基于SIMATIC的中央空调制冷机组监控系统设计

论文摘要

某烟厂中央空调制冷系统，采用四台溴化锂制冷机集中供冷，采用手动的操作方式，各制冷机独立运行与控制，控制方案落后，运行效率低，不能满足生产和系统节能的要求。本文在深入分析双效溴化锂吸收式制冷机工作原理、冷却水、冷却塔和冷冻水循环系统工艺流程的基础上，采用西门子S7-300PLC和PROFIBUS-DP现场总线实现了对四台制冷机并联运行的全自动化控制。设计了参数自整定的模糊PID控制方案，用于对循环水泵和风机进行闭环控制。上位机采用西门子WINCC软件平台，开发了系统控制软件，实现了对整个制冷系统的集中监控。设计配置了基于西门子S7可编程序控制器的硬件，通过现场总线进行硬件组态。系统软件采用结构化的编程方式，通过各种功能块的相互调用完成对制冷机组的控制。利用PROFIBUS-DP网络、工业以太网与MPI网络，实现了对工业现场所有设备的网络化控制结构。对机组的7台冷却水泵和系统冷却塔的6台风机采用群控方式，以冷却水进出口温度为目标，用单台变频器对多台水泵（或风机）进行分别启动，并对其中的一台进行变频调节。采用模糊PID控制算法，实时调整控制参数实现最优闭环控制。另外，系统根据冷负荷的大小，由控制算法程序决定需要开启的制冷机的台数。上述设计有效地节约能源，大大地增强了系统运行的稳定性，降低了技改的工程量。该项目通过实施，实现了多机组并联运行的全自动、远程手动和就地操作的三种运行方式。运行结果显示，系统控制功能强，运行可靠，调试维护方便，节约电能达到了20%以上。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景和研究意义
• 1.2 制冷监控系统国内外研究现状
• 1.2.1 制冷机组控制国外的研究现状
• 1.2.2 制冷机组监控方面国内的发展现状
• 1.2.3 现场总线技术的应用
• 1.3 课题来源
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 2 多机并联制冷机组的运行与控制分析
• 2.1 溴化锂制冷机的特点
• 2.2 双效溴化锂吸收式制冷机的结构及工作原理
• 2.2.1 双效溴化锂吸收式制冷机的制冷过程
• 2.2.2 多机并联双效溴化锂吸收式制冷机组的结构组成
• 2.3 双效溴化锂制冷机组运行的控制特性分析
• 2.4 单体制冷机组的运行控制
• 2.4.1 单体制冷机组的安全运行
• 2.4.2 单体制冷机本身的能量调节
• 2.5 多机并联制冷机组的自动控制要求
• 2.5.1 冷却水循环泵的节能控制分析
• 2.5.2 冷却塔的节能控制分析
• 2.5.3 冷冻水泵的控制
• 2.5.4 多机并联运行的节能分析
• 2.6 本章小结
• 3 基于 SIMATIC 的中央空调制冷机组监控系统方案设计
• 3.1 自动控制方案的选择
• 3.1.1 DDC 与 PLC 工业控制方案比较
• 3.1.2 PLC 在工业控制中的优势分析
• 3.2 PLC 控制器的选型
• 3.3 现场总线在本控制系统中的应用
• 3.3.1 现场总线技术的应用分析
• 3.3.2 PROFIBUS 总线的种类及性能比较
• 3.4 基于 PROFIBUS-DP 总线的控制系统设计
• 3.4.1 DP 总线网络结构
• 3.4.2 基于 PROFIBUS-DP 总线的控制系统设计
• 3.5 基于工业以太网的监控系统设计
• 3.5.1 工业以太网的组成
• 3.5.2 基于 SIMATIC 的工业以太网络结构设计
• 3.6 本章小结
• 4 控制系统设计与网络组态
• 4.1 监控层的硬件设计
• 4.2 监控网络的组态
• 4.2.1 软件平台
• 4.2.2 网络组态
• 4.2.3 变频器数字控制的实现
• 4.3 本章小结
• 5 系统的软件设计和模糊控制算法
• 5.1 S7-300 PLC 的结构化编程与实现
• 5.2 基于模糊控制理论的循环水系统控制方案
• 5.2.1 冷却泵和冷却塔风机的群控设计
• 5.2.2 冷却循环水变频驱动的模糊 PID 控制分析
• 5.2.3 参数自整定模糊 PID 控制器设计
• 5.2.4 模糊 PID 控制器的 PLC 程序设计
• 5.3 多级并联制冷机组的自动控制
• 5.4 上位机监控软件设计
• 5.5 本监控系统实施前后的节能效果对比
• 5.6 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简介
• 学位论文数据集