第一篇：基于PLC的校園供電系統(tǒng)分時(shí)節(jié)能設(shè)計(jì)

基于PLC的校園供電系統(tǒng)節(jié)能控制

摘要：對(duì)于學(xué)校而言，用電負(fù)荷的變化周期性強(qiáng)、波動(dòng)大、為供電系統(tǒng)的分時(shí)段運(yùn)行創(chuàng)造了有利條件。結(jié)合實(shí)際案例介紹了兩臺(tái)變壓器分時(shí)段運(yùn)行的控制思路和設(shè)計(jì)方法。給出了控制系統(tǒng)原理圖和PLC控制的應(yīng)用程序，并對(duì)節(jié)能效果作了詳盡的計(jì)算。

1、引言

節(jié)能是一項(xiàng)國(guó)家長(zhǎng)期的基本國(guó)策，學(xué)校更應(yīng)該做節(jié)能的典范。除了加強(qiáng)學(xué)生的節(jié)能意識(shí)教育和加強(qiáng)用電管理之外，積極采用技術(shù)節(jié)能更是行之有效的途徑，在某校供電系統(tǒng)的改造中，根據(jù)學(xué)校負(fù)荷晝夜落差大、呈周期性變化的特點(diǎn)，對(duì)兩臺(tái)變壓器實(shí)行基于PLC控制的時(shí)段切換運(yùn)行,達(dá)到了節(jié)能的目的。

2、供電現(xiàn)狀與負(fù)荷分析

該學(xué)校占地面積約133333m2，有教學(xué)樓七棟，綜合辦公樓和行政辦公樓兩棟，學(xué)生公寓八棟，學(xué)生實(shí)習(xí)用車(chē)間四個(gè)，食堂、圖書(shū)館和多功能活動(dòng)中心各一個(gè)。學(xué)校總的計(jì)算負(fù)荷為900KV·A由兩臺(tái)600KV·A的油浸式變壓器供電，由于學(xué)校逐步擴(kuò)建的原因，兩臺(tái)變壓器相隔數(shù)年先后投運(yùn)。投運(yùn)后，線路沒(méi)有很好地梳理，只是為了兩臺(tái)變壓器的負(fù)荷平衡，對(duì)供電對(duì)象做了一些簡(jiǎn)單調(diào)整。兩臺(tái)變壓器之間沒(méi)有聯(lián)絡(luò)，檢修和調(diào)度都不方便。

為了尋找節(jié)電途徑，對(duì)學(xué)校的負(fù)荷運(yùn)行情況做了長(zhǎng)期的跟蹤監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)負(fù)荷的變化具有明顯的周期性，且落差較大。負(fù)荷比較集中的時(shí)間是7：30～16：00負(fù)荷率大約在70﹪，16：00以后部分教師下班，學(xué)生下課，負(fù)荷率降至38﹪而21：00以后隨著圖書(shū)館和教室的關(guān)閉，負(fù)荷降到最低點(diǎn)，變壓器的負(fù)荷率只有18﹪左右。

3、分時(shí)段運(yùn)行的節(jié)能效果與計(jì)算 3.1節(jié)能途徑分析

變壓器的效率是與負(fù)荷率相關(guān)的。一般而言，負(fù)荷率在55﹪左右時(shí)其效率最高。其關(guān)系如圖所示。由圖可以看出21：00至次日7：30之間負(fù)荷最小，變壓器的負(fù)荷率不足最高時(shí)的1/3，此時(shí)變壓器是處于低效率運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)然是不利的。變壓器的損耗包括鐵損和銅損兩部分。其鐵損只取決于變壓器的材料和制作工藝，與負(fù)荷無(wú)關(guān)，即鐵損為常量。而銅損卻和負(fù)荷率的平方成正比。當(dāng)負(fù)荷率降低時(shí)，其鐵損并未減少，它有可能成為損耗的主體。因此，著眼點(diǎn)就是要盡量避免變壓器的低負(fù)荷運(yùn)行或空載運(yùn)行。這也就是尋找的節(jié)能途徑。該學(xué)校由兩臺(tái)變壓器供 電，如果能分時(shí)段運(yùn)行，即在負(fù)荷高時(shí)，即21：00～7：30之間，照常由兩臺(tái)變壓器供電，而在21：00以后或節(jié)假日，也就是負(fù)荷最低時(shí)，由一臺(tái)變壓器集中供電，這樣既可以省掉一臺(tái)變壓器的空載損耗，又可使另一臺(tái)變壓器運(yùn)行在較高效率區(qū)間，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

3.2節(jié)能計(jì)算

通過(guò)上述分析提出了一種節(jié)能的途徑，究竟能否節(jié)能可以通過(guò)以下的計(jì)算來(lái)判定。從設(shè)備手冊(cè)中得知變壓器的參數(shù)為：型號(hào)S9—630/10，電壓10/0.4KV,鐵損1.3KW，銅 損6 KW。為了計(jì)算方便，不妨設(shè)變壓器的鐵損為W1 , 銅損為Wc，效率為m，則變壓器的損耗為：W1 = Wi +Wc m2

根據(jù)實(shí)際情況，僅就21：00至次日7：30這段時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。在這期間，兩臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷率為18﹪，合并為一臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)負(fù)荷率為36﹪，于是可計(jì)算如下：

一臺(tái)變壓器集中供電的損耗為：

W1 = Wi +Wc m2 = 1.3+6×0.362KW=2.07KW 兩臺(tái)變壓器同時(shí)供電時(shí)的損耗為： W2 =（Wi +Wc m2）×2 =（1.3+6×0.182）×2KW=2.99KW

由此可以看出合并為一臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)的節(jié)省功率為（2.99－2.07）KW=0.92KW。學(xué)校每年正常工作日為40周，共計(jì)200天，其余為假期，共計(jì)165天，正常工作日單臺(tái)變壓器集中供電的時(shí)間為11h，假日單臺(tái)變壓器集中供電的時(shí)間為24h。于是，就可以計(jì)算出一年的節(jié)電量為W=(0.92×200×11+0.92×165×24)KW·h=5667 KW·h，折算成資金為一萬(wàn)多元錢(qián)，用這筆錢(qián)可以創(chuàng)造出更多的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

值得提醒的是，本文的控制方法對(duì)于負(fù)荷變化周期性強(qiáng)且晝夜落差明顯的用電單位才有節(jié)電空間，對(duì)于其他用戶是否適用!需具體情況具體分析。

4.供電系統(tǒng)的改進(jìn)

通過(guò)以上分析計(jì)算可知，如果對(duì)兩臺(tái)變壓器按時(shí)段切換運(yùn)行，就可以節(jié)電。為此，對(duì)供電系統(tǒng)的主回路和控制回路進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，按照工程量最小、用料最省的原則，在最短的時(shí)間內(nèi)完成了改造。

4.1主回路設(shè)計(jì)

原來(lái)線路的問(wèn)題主要有兩方面，一是兩臺(tái)變壓器之間沒(méi)有聯(lián)絡(luò)，不能起到互為備用作用，更滿足不了時(shí)段切換運(yùn)行的需求；二是變壓器的負(fù)荷分配不合理，造成部分負(fù)荷線路超載，如食堂經(jīng)常會(huì)由于線路壓降過(guò)大而影響設(shè)備的使用，無(wú)故增加了供電的緊張氣氛。

針對(duì)上述問(wèn)題，首先對(duì)線路的負(fù)荷重新計(jì)算，線路重新調(diào)整，對(duì)負(fù)荷大的線路進(jìn)行分流，對(duì)重點(diǎn)負(fù)荷改用專(zhuān)線供電，基本上做到了合理配電和安全用電。為了滿足按時(shí)段切換運(yùn)行的要求，在兩段低壓母線之間增加了聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，考慮到頻繁操作的要求和低負(fù)荷運(yùn)行的實(shí)際情況，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)采用CKJ5—630/1.14型低壓交流接觸器，CKJ5系列交流真空接觸器適用于額定電壓至1140V，額定電流630A，的饋電線路中，適用于頻繁操作的場(chǎng)合。為了使變壓器能與電源隔離，在保留原有高壓側(cè)真空斷路器的基礎(chǔ)上，又在變壓器低壓側(cè)增加了ZN7型低壓真空斷路器!該斷路器容量大，可以較頻繁地操作。真空斷路器和接觸器的操作電壓都選擇AC220V，使用方便。改造后的部分供電系統(tǒng)如圖所示。

4.2控制回路設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)對(duì)兩臺(tái)變壓器的切換運(yùn)行，實(shí)際就是對(duì) QF1、QF2、QF3、QF4 以及KM進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。當(dāng)需要兩臺(tái)變壓器同時(shí)供電時(shí)，QF1、QF2、QF3、和QF4 均閉合，KM斷開(kāi)；當(dāng)需要一臺(tái)變壓器集中供電時(shí)，QF1、QF2和QF3、QF4中的一組和KM閉合而另一組斷開(kāi)?？紤]到長(zhǎng)假期和特殊情況的需要，控制系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了手動(dòng)/自動(dòng)操作選擇。當(dāng)選擇手動(dòng)操作時(shí)，由操作人員確定

是一臺(tái)變壓器集中供電還是兩臺(tái)變壓器分別供電，當(dāng)需要一臺(tái)變壓器供電時(shí)，還可以人為選擇是哪一臺(tái)變壓器供電；當(dāng)選擇自動(dòng)工作制時(shí)，變壓器的切換由PLC來(lái)控制，系統(tǒng)會(huì)按PLC的程序自動(dòng)運(yùn)行，控制原理圖如圖所示。圖中SS1為手動(dòng)/自動(dòng)選擇，向左45°為自動(dòng)，向右45°為手動(dòng)；SS2為單臺(tái)或兩臺(tái)運(yùn)行選擇，向右45°時(shí)，KA1得電，1﹟變壓器（T1）單臺(tái)集中供電，向左45°時(shí)，KA2得電，2﹟變壓器（T2）單臺(tái)集中供電，當(dāng)打到中間“0”位時(shí)KA2得電，此時(shí)為兩臺(tái)變壓器分別供電。KA3、KA4、KA5三個(gè)接點(diǎn)來(lái)自PLC的外接繼電器。當(dāng)選擇自動(dòng)工作制時(shí)，它們就會(huì)在PLC程序的控制下，自動(dòng)完成單臺(tái)供電或兩臺(tái)變壓器供電的按時(shí)段切換控制。

5.PLC的接線與編程 5.1 PLC接線 根據(jù)該校的要求，選用了三菱公司的 FX2N—16MR型PLC，該P(yáng)LC總的I/O點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)，體積小，重量輕，經(jīng)濟(jì)耐用。按鈕SB是自動(dòng)工作制時(shí)的投入起動(dòng)按鈕，它和SS1串聯(lián)后接入X0，SS2的4、5、6三個(gè)回路分別接X(jué)1、X2和X3的輸入接口。斷路器的輔助接點(diǎn)分別接到PLC 的X4至X7。輸出端口Y0、Y1、Y2和Y3分別接

圖4 PLC接線示意圖 四個(gè)繼電器，其接點(diǎn)分別與圖3中的相關(guān)繼電器連接，以實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器的切換控制。PLC接線圖如圖4所示。

另外，PLC的電源也受SS1的控制。當(dāng)SS1選擇自動(dòng)工作制時(shí)，PLC電源接通并轉(zhuǎn)入運(yùn)行（RUN）狀態(tài)。此時(shí)只要按下SB起動(dòng)按鈕，PLC程序就開(kāi)始執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行。

5.2 PLC應(yīng)用程序的編制 5.2.1計(jì)時(shí)器的擴(kuò)展編程

在自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，計(jì)時(shí)器幾乎是不可缺少的，自從有了PLC之后，時(shí)間控制變得更加簡(jiǎn)單和方便。PLC中的定時(shí)器種類(lèi)多（有普通定時(shí)器和積算式定時(shí)器），數(shù)量大（總共有256個(gè)的定時(shí)器可供選用），精度高（定時(shí)精度可到ms）。即便如此，對(duì)于超長(zhǎng)延時(shí)的需求而言，還顯得有些不足。例如，在設(shè)計(jì)中，一臺(tái)變壓器集中供電和兩臺(tái)變壓器分散供電的轉(zhuǎn)換就是靠時(shí)間來(lái)控制的，從7：30～21：00這個(gè)時(shí)段，需要計(jì)時(shí)長(zhǎng)達(dá)13.5h，而FX2N系列PLC的最大計(jì)時(shí)長(zhǎng)度也僅有3276.7s，不到1h。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在編程時(shí)利用計(jì)數(shù)器和定時(shí)器的配合，實(shí)現(xiàn)了定時(shí)器的時(shí)間擴(kuò)展，達(dá)到了長(zhǎng)延時(shí)的目的

把定時(shí)器設(shè)定為1800s（30min），定時(shí)器每到達(dá)設(shè)定值時(shí)#就重新開(kāi)始計(jì)時(shí)，這樣，當(dāng)定時(shí)器完成一個(gè)計(jì)時(shí)過(guò)程時(shí)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就加1，當(dāng)計(jì)數(shù)器累計(jì)到27時(shí)，定時(shí)器就延時(shí)了13.5h。即30×27min=810min=13.5h。PLC中計(jì)數(shù)器有100多個(gè)，每個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值可高達(dá)32767，由此可見(jiàn)，只要用該方法編程，就不存在超長(zhǎng)計(jì)時(shí)問(wèn)題了。定時(shí)器擴(kuò)展的程序如圖5所示。

5.2.2應(yīng)用程序編制

因?yàn)樽儔浩鞯那袚Q具有明確的周期性，且遵循嚴(yán)格的時(shí)間關(guān)系，比較適合采用步進(jìn)順控指令（SFC）編程。步進(jìn)指令簡(jiǎn)單明了，運(yùn)行可靠。變壓器時(shí)段運(yùn)行的步進(jìn)指令狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖6所示。從轉(zhuǎn)移圖中可知，當(dāng)PLC接通電源時(shí)，初始脈沖M8002激活狀態(tài)S0，使S20、S21、C0和C1復(fù)位；一旦SS1選擇自動(dòng)并且SB按鈕閉合，PLC 的X0使能，激活狀態(tài)S20，使Y1輸出，KA4得電，QF1—QF4閉合，1#、2# 兩臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行；由T0和C0組成的計(jì)時(shí)環(huán)節(jié)也開(kāi)始計(jì)時(shí)；當(dāng)時(shí)間到達(dá)設(shè)定值時(shí)，C0輸出，激活狀態(tài)S21，PLC 的輸出Y3使能，使聯(lián)絡(luò)接觸器KM吸合。同時(shí)，根據(jù)SS2的選擇位置不同，Y0 和Y2必有且只有一個(gè)得電，以完成由兩臺(tái)變壓器分散供電到由一臺(tái)變壓器集中供電的轉(zhuǎn)換。單臺(tái)變壓器集中供電的時(shí)間，由T1和C1組成的計(jì)時(shí)環(huán)節(jié)控制，到達(dá)時(shí)間設(shè)定值且C2的計(jì)數(shù)值不到5，狀態(tài)就會(huì)轉(zhuǎn)到S20，開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)，這樣周而復(fù)始，每天就會(huì)按照設(shè)計(jì)，保證變壓器的分時(shí)段可靠運(yùn)行。

程序中還考慮了雙休日的特殊情況，因?yàn)閷W(xué)校雙休日都是放假的，且一年中也天數(shù)不少，應(yīng)該給以重視。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中的S22就是雙休日的控制部分，計(jì)數(shù)器C2反映了KM1（Y3）的得電次數(shù)，當(dāng)C2計(jì)數(shù)值累計(jì)到5時(shí)，說(shuō)明已到周末，程序自動(dòng)轉(zhuǎn)入狀態(tài)S22，于是原來(lái)工作的單臺(tái)變壓器繼續(xù)工作48h，直到周一7：30轉(zhuǎn)入正常時(shí)段運(yùn)行。

5.2.3 程序的不足

整個(gè)系統(tǒng)的控制思想以時(shí)段為基礎(chǔ)，也就是只考慮了一個(gè)區(qū)間的長(zhǎng)短，如果投入運(yùn)行的起始點(diǎn)不同，所謂的“時(shí)段”就失去意義了。而程序中沒(méi)有自動(dòng)校正起始點(diǎn)的功能，只能靠人工控制投入運(yùn)行的時(shí)間點(diǎn)，具體地說(shuō)，應(yīng)該是某一個(gè)周一的7：30投入。沒(méi)有設(shè)計(jì)自動(dòng)校正功能，主要是考慮學(xué)校用電情況比較正常，不出意外的話，一個(gè)學(xué)期調(diào)整一次即可，并不困難。這樣看來(lái)，程序的不足之處顯得不那么重要，實(shí)際運(yùn)行情況也證明了這一點(diǎn)。

6.運(yùn)行分析

由于學(xué)校負(fù)荷穩(wěn)定，可預(yù)見(jiàn)性和規(guī)律性強(qiáng)，設(shè)計(jì)前又掌握了充分的一手資料。所以投運(yùn)后經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的跟蹤測(cè)試，實(shí)際節(jié)能效果和理論分析基本吻合，負(fù)荷率的波動(dòng)基本能在 2﹪以?xún)?nèi)，達(dá)到了預(yù)期效果。

7.結(jié)束語(yǔ)

該改造項(xiàng)目投產(chǎn)后，系統(tǒng)運(yùn)行正常，設(shè)備基本沒(méi)有故障，達(dá)到了節(jié)能、延長(zhǎng)設(shè)備壽命的目的。該項(xiàng)目投資少，見(jiàn)效快，具有很好的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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第二篇：校園路燈系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)探討

校園路燈系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)探討

摘要： 如今我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，人們生活水平日益提高，能源和資源變得日益緊張，電力短缺已成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的突出矛盾。學(xué)校作為一個(gè)國(guó)家人才輸出地，在我國(guó)乃至世界當(dāng)中都占有相當(dāng)重要的分量，而學(xué)校由于照明所產(chǎn)生的耗電量無(wú)疑是眾多公共事業(yè)單位中最多的部門(mén)之一。但在號(hào)召節(jié)能減排的當(dāng)下，我們應(yīng)從技術(shù)角度以及行為角度去尋找能夠解決此類(lèi)問(wèn)題的方法，既要保證合適照度、保證各種教學(xué)和生活等方面工作的順利進(jìn)行，又要求節(jié)約電能，提倡綠色照明環(huán)境。

關(guān)鍵詞：校園路燈系統(tǒng)；光源類(lèi)型；節(jié)能

21世紀(jì)，可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的綠色思潮，倡導(dǎo)綠色低碳生活，減少能源的浪費(fèi)，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)已成為人類(lèi)社會(huì)的廣泛共識(shí)。大學(xué)校園校區(qū)面積大，有教學(xué)工作區(qū)、學(xué)生生活居住區(qū)、食堂、超市和運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所等不同的功能區(qū)域，在這些區(qū)域內(nèi)安裝有大量的室外照明燈具，這些室外照明燈具作為學(xué)校一個(gè)很重要的照明用電組成部分，室外照明設(shè)計(jì)不僅要體現(xiàn)藝術(shù)性還要注重其功能性，既要保證合適照度、保證各種教學(xué)和生活等方面工作的順利進(jìn)行，又要求節(jié)約電能，提倡綠色照明環(huán)境

1、學(xué)校路燈照明系統(tǒng)的現(xiàn)狀：

目前校園路燈存在路燈的布點(diǎn)方式不合理，照明效果欠佳，燈型不統(tǒng)一、線路老化、燈桿銹蝕嚴(yán)重、不滿足節(jié)能要求等現(xiàn)象。根據(jù)調(diào)查，有很多學(xué)校晚上23：00過(guò)后校園里幾乎沒(méi)有行人來(lái)往了，然而校園路燈卻是“通宵達(dá)旦”。學(xué)校路燈有些是全夜燈，也有些是后夜燈，基本上是人工控制，勞動(dòng)強(qiáng)度很大，繁瑣，由于工作人員開(kāi)啟或關(guān)閉路燈的不及時(shí)，造成不方便路人與浪費(fèi)用電的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。在不影響路燈正常工作的情況下對(duì)其進(jìn)行節(jié)能研究有著重要意義。

2、光源類(lèi)型的選擇

參考《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求，結(jié)合大學(xué)校園室外道路照明的具體情況，路燈照明系統(tǒng)所采用光源的主要類(lèi)型有：高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、節(jié)能燈（緊湊型熒光燈）、半導(dǎo)體發(fā)光二級(jí)管（LED）燈、太陽(yáng)能燈等。

（1）校園主干路、次干路的道路照明光源，考慮大量的車(chē)流、人流以及景觀的照明需要，應(yīng)采用具有發(fā)光效率高、壽命長(zhǎng)、透霧能力強(qiáng)、色溫適中、顯色性也符合一般道路照明要求的高壓鈉燈。

（2）生活居住區(qū)和商業(yè)區(qū)的人行道路照明光源，考慮尊重人的感受，強(qiáng)調(diào)以人為本的理念；同時(shí)要營(yíng)造環(huán)境幽靜輕松的氛圍，可考慮選擇發(fā)光效率比較高、壽命長(zhǎng)、顯色性好的金屬鹵化物燈或緊湊型熒光燈。

（3）在滿足道路照明標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)效益分析對(duì)比以及試點(diǎn)成熟的基礎(chǔ)上，適當(dāng)推廣使用太陽(yáng)能路燈、半導(dǎo)體發(fā)光二級(jí)管（LED）燈等新能源節(jié)能 燈具。

3、校園路燈節(jié)能措施

（1）節(jié)能不是靠降低照明水平來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是在確保各級(jí)道路符合相應(yīng)的照明標(biāo)準(zhǔn)的前提下考慮節(jié)能。因此，首先就得根據(jù)被照明場(chǎng)所的要求和特點(diǎn)合理選定照明標(biāo)準(zhǔn)值。否則，標(biāo)準(zhǔn)選高了會(huì)造成能源浪費(fèi)，標(biāo)準(zhǔn)選低了又不符合照明要求。

（2）照明設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的核心環(huán)節(jié)。在進(jìn)行照明設(shè)計(jì)時(shí)，要同時(shí)提出多套方案進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，在確定它們都符合照明標(biāo)準(zhǔn)的要求后，再進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)分析比較，從中選取最佳的方案。

（3）合理選擇照明器材是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的有效手段之一。根據(jù)《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求，應(yīng)選擇符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于節(jié)能評(píng)價(jià)規(guī)定的光源和鎮(zhèn)流器。在選擇燈具時(shí)，首先要滿足燈具相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及光強(qiáng)分布和眩光限制的要求，在此前提條件下再選擇高效率者。

（4）氣體放電燈的功率因數(shù)一般在0.4～0.6之間，可通過(guò)實(shí)施電容補(bǔ)償或配用電子鎮(zhèn)流器來(lái)提高功率因數(shù)，降低無(wú)功損耗。從經(jīng)濟(jì)合理的角度考慮，補(bǔ)償后的功率因數(shù)在0.8～0.9之間為宜。

（5）在深夜普遍降低路面照度是節(jié)能效果最為明顯的一項(xiàng)措施。由于深夜車(chē)流、人流量小，應(yīng)該普遍推行這種措施。因此，在主干路、次干路應(yīng)該采取這一措施。實(shí)施這一措施的辦法包括：

第一，采用雙光源燈具是一種合理的辦法。深夜的交通流量小，關(guān)閉1只光源，如將1盞燈具內(nèi)的2只光源在上半夜全部點(diǎn)亮，下半夜道路車(chē)流量小時(shí)關(guān)掉其中1只光源，既可以達(dá)到節(jié)能目的，又不影響路面照度均勻度。

第二，采用深夜能自動(dòng)降低路燈光源功率的裝置，如變功率鎮(zhèn)流器或智能型照明調(diào)控裝置等。變功率鎮(zhèn)流器是通過(guò)時(shí)間控制器和電子開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)鎮(zhèn)流器的電抗，減小光源回路電流，從而調(diào)節(jié)照明裝置的功率，從全功率降至60%～70%的功率。如高壓鈉燈燈具內(nèi)安裝變功率鎮(zhèn)流器時(shí)，深夜能自動(dòng)降低光源的功率，從而達(dá)到節(jié)能的目的。智能型照明調(diào)控裝置是一種智能型降壓穩(wěn)壓調(diào)光裝置，能夠根據(jù)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，平滑地對(duì)路燈輸入電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，自動(dòng)調(diào)光。在深夜電網(wǎng)電壓升高、道路車(chē)流量小時(shí)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)壓，降低光源的功率，從而降低路面照度，達(dá)到節(jié)能的效果。

第三，采用深夜關(guān)閉不超過(guò)半數(shù)燈具的辦法，但不得關(guān)閉沿道路縱向相鄰的兩盞燈具，以免路燈照明均勻度降低過(guò)多，影響交通安全。當(dāng)路燈為單側(cè)布置時(shí)，應(yīng)采用間隔熄燈的方式；當(dāng)路燈為雙側(cè)交錯(cuò)布置時(shí)，應(yīng)采用熄滅一側(cè)路燈的方式；當(dāng)路燈為雙側(cè)對(duì)稱(chēng)布置時(shí)，應(yīng)采用交叉熄燈的方式。

第四，由于技術(shù)原因，考慮到線路壓降以及終端負(fù)載的電壓需求，電網(wǎng)供電電壓普遍偏高，尤其是在午夜以后，由于市網(wǎng)電壓遠(yuǎn)高于額定電壓，路燈照明系統(tǒng)電壓不能根據(jù)電網(wǎng)波動(dòng)、照度需求以及照明時(shí)段等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，往往導(dǎo)致燈具過(guò)度發(fā)熱，造成大量的電能浪費(fèi)、照明燈具的使用壽命大幅縮短。目前路燈照明的電能利用率還不到65%，電能浪費(fèi)相當(dāng)嚴(yán)重，存在著巨大的節(jié)能空間。采用智能路燈節(jié)能設(shè)備對(duì)路燈系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全自動(dòng)的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)人性化的亮度設(shè)置和控制。采用智能路燈節(jié)能設(shè)備后照度基本不變，燈具的功耗明顯減少，使用壽命大大延長(zhǎng)。學(xué)校用于路燈照明系統(tǒng)維護(hù)的成本也將明顯減少，同時(shí)也將帶來(lái)相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

（6）電纜截面的選擇。校園室外路燈照明系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)用電功率不是很大，線路上的工作電流也不是很大，但需要敷設(shè)線路較長(zhǎng)。負(fù)荷計(jì)算時(shí)電纜載流量的要求容易得到滿足，但由于路燈照明系統(tǒng)線路較長(zhǎng)，線路壓降要滿足線路末端的電壓要求是需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。解決線路壓降問(wèn)題的方法可以考慮適當(dāng)加大線路截面；加大線纜截面積的同時(shí)也提高了線路的輸送能力，對(duì)提高供電可靠性、電壓合格率以及節(jié)約電能是大有好處的。

（7）選擇合理的控制方式，采用具有可靠度高和一致性好的控制設(shè)備也是一項(xiàng)重要的節(jié)能措施?；谛@特殊的分區(qū)特點(diǎn)，室外路燈照明系統(tǒng)的控制方式應(yīng)合理選擇，做到需要開(kāi)燈時(shí)能即刻開(kāi)啟，需要關(guān)燈時(shí)馬上就能關(guān)閉，這樣才能準(zhǔn)確控制全年的燈具燃點(diǎn)時(shí)間，達(dá)到節(jié)能目的。對(duì)于重要校園路燈照明區(qū)域應(yīng)根據(jù)所在地區(qū)的地理位置和季節(jié)變化合理確定開(kāi)關(guān)燈時(shí)間，并應(yīng)根據(jù)天空亮度變化進(jìn)行必要修正。宜采用光控和時(shí)控相結(jié)合的控制方式，以時(shí)控為基礎(chǔ)，并輔以光控功能，使路燈照明的開(kāi)、關(guān)控制準(zhǔn)確合理。路燈照明宜采用智能化控制，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用有線和無(wú)線傳輸方式，對(duì)路燈的啟閉、運(yùn)行狀態(tài)、故障情況等進(jìn)行遙控、遙測(cè)、遙信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的遠(yuǎn)距離監(jiān)控和管理。通過(guò)時(shí)控、光控、程控等多種智能化控制模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈照明的動(dòng)態(tài)智能化控制，從而達(dá)到長(zhǎng)期安全、節(jié)能運(yùn)行和科學(xué)管理的目的。對(duì)于非重要路燈照明區(qū)域，在滿足照度及安全的情況下，應(yīng)選擇在深夜自動(dòng)或手動(dòng)關(guān)閉部分，以節(jié)約電能。

（8）由于太陽(yáng)能路燈以太陽(yáng)光為能源，白天在陽(yáng)光的照射下，太陽(yáng)能電池板給蓄電池充電，晚上蓄電池給負(fù)載供電使用，無(wú)需復(fù)雜昂貴的管線鋪設(shè)，無(wú)需人工操作，工作穩(wěn)定可靠，安全無(wú)污染，節(jié)省電費(fèi)免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)以及LED路燈的定向發(fā)光、功率消耗低、驅(qū)動(dòng)特性好、響應(yīng)速度快、抗震能力高、使用壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。所以隨著太陽(yáng)能以及LED路燈技術(shù)的發(fā)展成熟，校園路燈設(shè)計(jì)在綜合經(jīng)濟(jì)效益分析合適的情況下，逐步采用太陽(yáng)能以及LED路燈將成為綠色節(jié)能校園建設(shè)的一個(gè)有著巨大潛力的發(fā)展方向。

4、總結(jié)：

校園是學(xué)生和教職工工作和生活的主要場(chǎng)所，合理的安裝路燈會(huì)給大家的生活和學(xué)習(xí)帶來(lái)很大的方便，同時(shí)，也會(huì)有效的減少校園內(nèi)的安全事故，保障學(xué)生和教職工的安全。因此，學(xué)校對(duì)校園內(nèi)路燈的管理與優(yōu)化應(yīng)該盡快進(jìn)行和落實(shí)。路燈之類(lèi)的設(shè)施實(shí)施節(jié)能改進(jìn)，不久可以降低能耗成本，而且有助于緩解政府能源供應(yīng)和建設(shè)壓力，對(duì)減少?gòu)U氣污染保護(hù)環(huán)境也有巨大的現(xiàn)實(shí)意義，我們要努力落實(shí)以人為本，全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的科學(xué)發(fā)展觀，減輕環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展的重要舉措。這在一定程度上提高了人們的生活水平。校園路燈穩(wěn)定可靠的工作關(guān)系是關(guān)系到校園全體師生的大事，事關(guān)人身安全與財(cái)產(chǎn)，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)校園路燈控制系統(tǒng)具有很重要的社會(huì)意義。

參考文獻(xiàn) ：

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[3] 祝洪波.大學(xué)校園路燈照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討.現(xiàn)代物業(yè)，2011，10（3）

第三篇：煙臺(tái)西門(mén)子PLC培訓(xùn),暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)探討

暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方案探討

摘要:節(jié)能是世界各國(guó)的一同政策,而在建筑工程中完結(jié)暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能是其時(shí)建筑界尋求的政策,案所面臨的困難和方案方向進(jìn)行論說(shuō)。

關(guān)鍵詞:暖通空調(diào)系統(tǒng);節(jié)能;方案 ；三菱system’s energy conservation zone pursue

展開(kāi),而在世界動(dòng)力危機(jī)不斷凸顯的情況下，據(jù)統(tǒng)計(jì)建筑能耗現(xiàn)已占有社會(huì)總能耗的27 %以上。有些區(qū)域已靠近40 %,且其總量呈逐年上升趨勢(shì)。動(dòng)力總消費(fèi)量的比例已從20世紀(jì)70年代末的10 %,上升到近年的27.48 %,其間2/3為暖通空調(diào)系統(tǒng)所消耗。在建筑工程中暖通空調(diào)系統(tǒng)正逐漸的得以運(yùn)用,用于暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗也將進(jìn)一步增大,一同中國(guó)其時(shí)

現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)的能耗無(wú)量。因此在暖通空調(diào)系統(tǒng)中考慮節(jié)能,意義十分嚴(yán)峻。

1暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方案面臨的難題

“動(dòng)力危機(jī)”是世界各地廣泛面臨的困境,用之前的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),必要注重并處置的疑問(wèn)。但在節(jié)省動(dòng)力方面,位,經(jīng)濟(jì),甚至還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)性的標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，卻因?yàn)榻?jīng)濟(jì)利益而缺少監(jiān)督力度，,是一個(gè)節(jié)，加之沒(méi)有,致使重復(fù)締造、質(zhì)量,致使動(dòng)力浪費(fèi)情況嚴(yán)峻。暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方案的在方案方案上,其時(shí)在暖通空調(diào)方案時(shí)很少方案人員先核算室內(nèi)負(fù)荷,大多方案人員仍是沿用核算值來(lái)判定負(fù)荷。即使核算,也僅僅用現(xiàn)有程序核算,核算后沒(méi)有關(guān)于具體的情況加以調(diào)整。這一表象往往構(gòu)成負(fù)荷過(guò)大,而加大出資動(dòng)力浪費(fèi)。關(guān)于某些“三邊”工程,方案人員

為了趕發(fā)展,沒(méi)有視具體的情況進(jìn)行悉數(shù)分析得出最佳方案,作用風(fēng)管彎頭過(guò)多,有些阻力丟掉過(guò)大壓力不平衡,使風(fēng)量分配不均,致使不一樣房間冷熱不均,達(dá)不到需要的室內(nèi)環(huán)境。雖然中國(guó)建筑業(yè)展開(kāi)敏捷,可是,廣泛選用新的建筑材料不考慮保證建筑物的熱力情況的建筑方案方案,致使一系列不能滿足室內(nèi)微氣候條件的情況出現(xiàn)。大約注意到建筑區(qū)域的氣候特征,具有決定性作用。有的當(dāng)?shù)剡€存在這種情況,差的材料方案時(shí),實(shí)行該方案時(shí),因?yàn)榻?jīng)濟(jì)方面的緣由，作用會(huì)在施工方案方面，構(gòu)成利益傾向不一樣，中國(guó)采暖區(qū),門(mén)窗氣密性差，構(gòu)成均勻每年每平方米采暖能耗高達(dá)30.5 kg。差科學(xué)。在工作進(jìn)程中，處理人員不能充分的曉得空調(diào)系統(tǒng)工作系統(tǒng),在工作高峰期的差異上不科學(xué)。通常是正常期和高峰期機(jī)器的工作數(shù)量一樣,這樣就構(gòu)成了能量的極度浪費(fèi)。而在修補(bǔ)和保養(yǎng)上,處理人員往往做不到位。因風(fēng)道滲漏致使熱丟掉、空調(diào)機(jī)盤(pán)管和過(guò)濾器附著異物致使機(jī)器功用降低等表象處處可見(jiàn)。關(guān)于低功率的設(shè)備不能及

時(shí)修補(bǔ)和更換,構(gòu)成不必要的能耗。

此外,我們的建筑節(jié)能曉得差,暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的方案得不到廣泛的推廣。還沒(méi)有在社會(huì)上、建筑界構(gòu)成共同。在技術(shù)實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)上,缺少行政法規(guī)和實(shí)行組織施行監(jiān)督和逼迫。包費(fèi)制與用戶利益無(wú)關(guān),不能運(yùn)用戶節(jié)能,建筑節(jié)能缺少經(jīng)濟(jì)政策驅(qū)動(dòng)機(jī)制,在方案暖通空調(diào)度能系統(tǒng)時(shí),締造單位往往只計(jì)較一次性基建出資,收。節(jié)能科技出資太少，節(jié)能工業(yè)系統(tǒng)還未建立。2

首要，要依,其時(shí)國(guó)內(nèi)市,其間以熱,天然,(氣)為熱源,通過(guò)壓縮機(jī)的,并:空氣源(風(fēng)冷)熱泵。其時(shí)的產(chǎn)品首要是家用熱泵空調(diào)器、商用單元式熱泵空調(diào)機(jī)組和熱泵冷熱水機(jī)組。地源熱泵(尤其是土壤型)可以節(jié)能30 %左右,而直燃型溴化鋰吸收式機(jī)組供熱式的功率相當(dāng)于燃油或燃?xì)忮仩t,關(guān)于鍋爐房來(lái)說(shuō),大型區(qū)域鍋爐房明顯優(yōu)于小型鍋爐。通過(guò)這些科

學(xué)的分析,方案人員在方案暖通空調(diào)度能系統(tǒng)時(shí),就可以依據(jù)工程建筑自身的情況,選擇合理的可行的熱源系統(tǒng),因?yàn)椴灰粯拥赜虿灰粯咏ㄖこ痰男枰蜅l件不一樣,所以從方案期間初步就有必要注意對(duì)熱源的選用。

其次,在方案時(shí)有必要考慮到減少熱前語(yǔ)運(yùn)送進(jìn)程中能耗的首要方法。一是在方案需要材料的選用上,式保溫材料對(duì)管道進(jìn)行保溫節(jié)能,管等。二是在才華的運(yùn)送系統(tǒng)處理的方案上,核算供暖系統(tǒng)進(jìn)行悉數(shù)的水利平衡調(diào)試,為中間的管網(wǎng)水力平衡技術(shù),分配和控制，選，運(yùn)送功率高的載能,然后前進(jìn)運(yùn),選,依據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),在方案時(shí)應(yīng)注意朝向、周邊區(qū)與內(nèi)區(qū)、運(yùn)用功用的差異等對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行選擇和差異,一同要考慮分隔設(shè)置或分環(huán)設(shè)置以便于控制、調(diào)度及處理。比如在采暖中散熱器宜明裝在外墻窗臺(tái)下,散熱器表面涂料及設(shè)備方法、南北向房間系統(tǒng)宜選用分環(huán)設(shè)置等方法。在通風(fēng)空

調(diào)系統(tǒng)的方案上,選用不一樣朝向、內(nèi)外區(qū)系統(tǒng)應(yīng)分隔設(shè)置或分環(huán)設(shè)置,或選用多分區(qū)新風(fēng)機(jī)、多分區(qū)空調(diào)機(jī)系統(tǒng),對(duì)內(nèi)外差異別運(yùn)送不一樣參數(shù)的風(fēng),風(fēng)量也可分別調(diào)度與控制,然后避免不一樣區(qū)域出現(xiàn)過(guò)冷或過(guò)熱的能量浪費(fèi)表象。例如變風(fēng)量(VAV)系統(tǒng)、變露點(diǎn)送風(fēng)系統(tǒng)、輻射板供冷與供熱系統(tǒng)、變水量系統(tǒng)、水環(huán)熱泵系統(tǒng)、變制冷劑流量(VRV),分析環(huán)境控制場(chǎng)合的特征和各種系統(tǒng)具有的特征,作,然后抵達(dá)既經(jīng)濟(jì)的方案上,換通風(fēng)方式等。

3結(jié)束語(yǔ)

總之，才華完外,從實(shí)習(xí)

第四篇：游泳池水處理系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)

遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)

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游泳池水處理系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)

摘 要

在工業(yè)不斷發(fā)展的今天，人們更加追求自動(dòng)化的同時(shí)可編程序控制器映入了我們的眼簾，可編程序控制器在各行各業(yè)的應(yīng)用不斷增加，讓我們看到他的應(yīng)用之廣泛，此次設(shè)計(jì)是在游泳池水處理自動(dòng)控制方面的一個(gè)具體體現(xiàn)，正文介紹了可編程序控制器（PLC）、西門(mén)子S7-300 CPU313及溫度傳感器在游泳池水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用及PID調(diào)節(jié)。本設(shè)計(jì)在詳細(xì)了解了S7-300 PLC的結(jié)構(gòu)、用法，以及游泳池水處理系統(tǒng)的工藝流程的前提下，運(yùn)用PLC對(duì)水處理各環(huán)節(jié)進(jìn)行精確的控制。引入PLC后，比傳統(tǒng)的游泳池更加安全、可靠，更加節(jié)省人力資源，操作簡(jiǎn)單，節(jié)省硬件等諸多優(yōu)點(diǎn)，隨著市場(chǎng)的開(kāi)放與不斷擴(kuò)大許多國(guó)外的品牌不斷涌入我國(guó)，我們可以選用更適合要求的產(chǎn)品。選用合適的PLC有利于系統(tǒng)的完美發(fā)揮，無(wú)論是從抗干擾能力或是其他方面PLC控制的系統(tǒng)都是當(dāng)前最具實(shí)力的產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：可編程序控制器；S7-300；PID溫控

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PLC designing of natatorium water processing system

Abstract With the development and advancement of industry, the Programmable Logic Controller that has been widely applied in a lot fields has become focus nowadays.This designing is a material and concrete exhibition in the aspect of natatorium water processing system.This article mainly illustrates PID regulation and the application of Programmable Logic Controller---PLC, Siemens S7-300 CPU313 and temperature sensor in the natatorium water processing system.The article has detailed introduced the S7-300 PLC structure and usage.Furthermore, it has completely complained the process of circulation water processing system and temperature regulation, as well as the concrete operation process.Comparing to the traditional one, the PLC controlling system has made the natatorium more safe and credible.Moreover, it not only can be operated easily, but also can save a lot of human resource and hardware for us too.As people have known, Programmable Logic Controller has become the developing trend of industrial automation.Due to the open and distensible market, a lot of foreign products of PLC that provide more choices for us have entered.As people have known, a good choice of PLC will make the system more perfect.Keywords：Programmable Logic Controller ；S7-300；PID temperature control

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目 錄

摘 要.........................................................................................................................................I ABSTRACT...........................................................................................................................II 1 緒 論....................................................................................................................................1 1.1 引言..................................................................................................................................1 1.2 國(guó)內(nèi)外游泳池水處理方式..............................................................................................1 1.3 本課題研究主要內(nèi)容......................................................................................................2 1.4 課題研究的意義..............................................................................................................2 系統(tǒng)概述.............................................................................................................................4

2.1 設(shè)計(jì)要求..........................................................................................................................4 2.2 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介..................................................................................................................4 2.3 控制系統(tǒng)要求..................................................................................................................5 2.3.1 水循環(huán)及過(guò)濾部分...................................................................................................6 2.3.2 水質(zhì)檢測(cè)及加投藥部分...........................................................................................7 2.3.3 恒溫加熱系統(tǒng)控制...................................................................................................7 PID溫度控制...................................................................................................................11

3.1 基本概念........................................................................................................................11 3.1.1 比例調(diào)節(jié)（P調(diào)節(jié)）..............................................................................................11 3.1.2 積分調(diào)節(jié)（I調(diào)節(jié)）...............................................................................................11 3.1.3 微分調(diào)節(jié)（D調(diào)節(jié)）.............................................................................................12 3.2 PLC中的PID控制實(shí)現(xiàn)方法........................................................................................12 西門(mén)子S7-300及硬件設(shè)計(jì)........................................................................................15

4.1 PLC的簡(jiǎn)介....................................................................................................................15 4.1.1 PLC的特點(diǎn)..............................................................................................................15

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4.1.2 PLC的分類(lèi)..............................................................................................................16 4.2 PLC的基本組成............................................................................................................16 4.2.1 主機(jī).........................................................................................................................16 4.2.2 編輯器.....................................................................................................................18 4.2.3 I/O擴(kuò)展和其他外圍設(shè)備........................................................................................18 4.3 PLC的基本工作原理和工作方式................................................................................18 4.4 硬件介紹........................................................................................................................19 4.4.1 數(shù)字量模塊.............................................................................................................19 4.4.2 模擬量模塊.............................................................................................................20 操作與軟件部分.............................................................................................................22

5.1 水循環(huán)控制過(guò)程............................................................................................................22 5.2 恒溫加熱部分控制........................................................................................................23

結(jié) 論......................................................................................................................................24 致 謝......................................................................................................................................25 參考文獻(xiàn)...............................................................................................................................26 附 錄......................................................................................................................................27

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第 1 頁(yè) 緒 論

1.1 引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展人民的生活水平也在不斷提高，人民對(duì)物質(zhì)、精神生活不斷提出新的要求，健身、游泳、等娛樂(lè)活動(dòng)不斷增加，游泳逐步成為一項(xiàng)群眾性的休閑娛樂(lè)活動(dòng)。在炎炎夏日，游泳場(chǎng)館更是變成了人們消暑納涼的消費(fèi)場(chǎng)所。特別是在暑期，熱浪滾滾，酷熱難耐，許多家長(zhǎng)帶著放假的孩子，興致勃勃地嬉戲暢游在游泳池之“藍(lán)天碧水”間。而在最熱的時(shí)候，游泳場(chǎng)館更是天天爆滿，隨之而來(lái)對(duì)這些活動(dòng)的客觀要求也不斷提出了新的標(biāo)準(zhǔn)與要求，對(duì)游泳的環(huán)境和各方面的要求也逐步提高。近幾年來(lái)，集娛樂(lè)、休閑與健身為一體的游泳場(chǎng)館的需求與建設(shè)可謂方興未艾，國(guó)家級(jí)大型游泳館、各種公共游泳館、家用游泳池、星級(jí)賓館的室內(nèi)游泳池等遍及全國(guó)城鎮(zhèn)。游泳池、水上樂(lè)園像雨后春筍般涌現(xiàn)，其中許多游泳池已跳開(kāi)古板的傳統(tǒng)模式，摹仿國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)更新穎，融健身性、娛樂(lè)性于一體，更具吸引力及生命力。

1.2 國(guó)內(nèi)外游泳池水處理方式

為了節(jié)約用水，保護(hù)水資源保證水質(zhì)及衛(wèi)生指標(biāo)，絕大多數(shù)游泳池采用循環(huán)凈化給水方式。但由于我國(guó)游泳場(chǎng)館的發(fā)展相對(duì)較晚(二十世紀(jì)九十年代中后期才真正開(kāi)始大規(guī)模發(fā)展)，所以在運(yùn)行管理方面和給排水的設(shè)計(jì)方面積累總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)較少，缺乏系統(tǒng)的分析與交流，且游泳池的實(shí)際運(yùn)行與規(guī)范下的設(shè)計(jì)存在著較大的差異。就水處理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，目前規(guī)范基本上是按市政給水處理廠的要求來(lái)制定的，在設(shè)計(jì)中均是按照規(guī)范中的專(zhuān)業(yè)比賽用連續(xù)處理運(yùn)行來(lái)設(shè)計(jì)的，而在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)論是水質(zhì)還是投藥管理等，均不同于設(shè)計(jì)與規(guī)范，造成了水處理場(chǎng)地及設(shè)備的極大浪費(fèi)，無(wú)形中增大了建設(shè)投資費(fèi)用。另外大多數(shù)游泳場(chǎng)館未配制專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員參與運(yùn)行管理，因此，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，因各種原因發(fā)生了較大的水耗、熱耗及電耗，并造成了不必要的水質(zhì)超標(biāo)甚至惡化，給經(jīng)營(yíng)帶來(lái)較大的負(fù)擔(dān)與影響。鑒此通過(guò)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備下的游泳池的研究，對(duì)于進(jìn)一步節(jié)水、節(jié)能，降低運(yùn)行成本有著重要的經(jīng)濟(jì)意義，并由此總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行理論分析，從而提出游泳池水處理的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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1.3 本課題研究主要內(nèi)容

現(xiàn)代游泳池主要分三大部分：一是循環(huán)及過(guò)濾部分，二是水質(zhì)檢測(cè)及加投藥部分，三是恒溫及加熱部分。水處理循環(huán)系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)最為關(guān)鍵的地方，主要由兩臺(tái)循環(huán)水泵互為備用，循環(huán)水泵是為提供循環(huán)動(dòng)力及循環(huán)處理水量而設(shè)置。循環(huán)水泵的自動(dòng)過(guò)程由兩臺(tái)泵互為備用(1 # 泵和2 # 泵)，且8小時(shí)自動(dòng)切換和非正常停泵自動(dòng)起動(dòng)備用泵(如加熱繼電器動(dòng)作等)。起動(dòng)過(guò)程由兩臺(tái)泵輪值起動(dòng)，即在程序中設(shè)定一個(gè)起動(dòng)泵號(hào)N(N = 1、2)，當(dāng)?shù)谝淮芜M(jìn)入水循環(huán)主程序時(shí)，首先讀取泵號(hào)N(并令N 加1)，決定首先開(kāi)啟哪一號(hào)泵，若無(wú)故障運(yùn)行后，且在一個(gè)周期內(nèi)要求停泵，當(dāng)再次進(jìn)入水循環(huán)主程序時(shí)，則起動(dòng)當(dāng)前泵。以此，來(lái)減小某一臺(tái)泵因連續(xù)工作而引起的損耗。實(shí)際證明此方法可行且有效。當(dāng)某一臺(tái)泵出現(xiàn)故障需停機(jī)時(shí)，需等待該泵完全停止后，方可開(kāi)啟另一臺(tái)泵，否則會(huì)出現(xiàn)局部回流現(xiàn)象，極易損壞水泵，因此，在起動(dòng)另一臺(tái)水泵時(shí)，有一個(gè)10s 的延時(shí)。為了補(bǔ)充因各種原因所造成的池水熱損失及加熱補(bǔ)充水需設(shè)置換熱設(shè)備。目前，國(guó)內(nèi)采用的是快速式換熱器和新型板式換熱器。恒溫加熱部分由PLC可編程序控制器來(lái)控制，恒溫及加熱控制主要采用PID調(diào)節(jié)，輸出控制信號(hào)由PQW288輸出控制伺服控制器來(lái)控制蒸汽調(diào)節(jié)閥的開(kāi)啟度，定量地給汽水管道混合器通以蒸汽，使池水按要求保持恒溫。水池溫度的檢測(cè)通過(guò)兩個(gè)途徑獲得：一是水池溫度；二是蒸汽調(diào)節(jié)閥進(jìn)水池布水口的溫度。檢測(cè)蒸汽進(jìn)水池的溫度目的是為了與水池溫度相比較，不致兩者溫差過(guò)大，以免造成人員短時(shí)間內(nèi)不適應(yīng)或受傷。I2.3控制條件為緊急停止信號(hào)，由值班人員發(fā)出。水質(zhì)檢測(cè)都是通過(guò)檢測(cè)儀器送來(lái)的模擬量檢測(cè)信息，輸入到模擬量模塊進(jìn)行處理，處理后根據(jù)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)確定控制量，分別控制各藥劑精確計(jì)量泵，加投水處理藥劑。各模擬量輸入的處理及控制都基本相同。絮凝劑加投的前提是循環(huán)水泵開(kāi)啟，若循環(huán)水泵未開(kāi)啟，絮凝劑加投后，也只是在局部起作用，不僅浪費(fèi)資源，更使水質(zhì)變差。

1.4 課題研究的意義

本設(shè)計(jì)主要著重介紹各環(huán)節(jié)的控制和操作過(guò)程及原理，選用的控制設(shè)備也比傳統(tǒng)的設(shè)備更為先進(jìn)，目前可編程序控制器在整個(gè)電氣控制領(lǐng)域已經(jīng)占領(lǐng)主導(dǎo)地位，發(fā)展的也是非常迅速，它的控制方式采用可編程序控制器進(jìn)行控制。PC或PLC，它是在集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。由于它具有的功能強(qiáng)、可靠

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高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)外以廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域，并成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的支柱產(chǎn)品。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)在PC技術(shù)與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面的發(fā)展也很快。除許多從國(guó)外引進(jìn)的設(shè)備、自動(dòng)化生產(chǎn)線外，國(guó)產(chǎn)的機(jī)床設(shè)備已越來(lái)越多的采用PC控制系統(tǒng)取代的繼電器、接觸器控制系統(tǒng)。國(guó)產(chǎn)化的小型PC性能也基本達(dá)到同類(lèi)國(guó)外產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)。目前PLC已廣泛用于冶金、化工、輕工、電力、建筑、交通、運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)行業(yè)[1]。

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第 4 頁(yè) 系統(tǒng)概述

2.1 設(shè)計(jì)要求

1．循環(huán)水泵的自動(dòng)過(guò)程由兩臺(tái)泵互為備用，8h自動(dòng)切換和非正常停泵自動(dòng)起備用泵。

2．溫度控制精度1°C。3．采用可編程序控制器設(shè)計(jì)。4．畫(huà)出原理圖，編制程序。

2.2 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

布水口游泳池布水口溫度儀Ⅱ進(jìn)池口水管熱力蒸汽熱交換伺服控制器溫度儀ⅠPH儀余氯儀濁度儀出池口水管循環(huán)水泵1號(hào)過(guò)濾沙缸N過(guò)濾沙缸2號(hào)定時(shí)器絮凝劑加投消毒劑加投稀鹽酸加投硫酸銅加投

圖2.1 游泳池水處理工藝流程圖

現(xiàn)代游泳觀的池水處理系統(tǒng)類(lèi)似與自來(lái)水廠的水處理系統(tǒng)，通過(guò)循環(huán)水泵將池水置

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換出來(lái)檢測(cè)水質(zhì)，再通過(guò)化學(xué)和物理的方法調(diào)整水質(zhì)，然后將達(dá)到一定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的“凈水”回灌進(jìn)游泳池。本設(shè)計(jì)的游泳池水處理工藝流程如圖2.1所示。通過(guò)循環(huán)水泵將池水置換出來(lái)檢測(cè)水質(zhì)，再通過(guò)化學(xué)和物理方法調(diào)整水質(zhì)，然后將達(dá)到一定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的“凈水” 回灌進(jìn)游泳池。一般檢測(cè)項(xiàng)有濁度、過(guò)氧化物、尿素含量、菌去群含量、余氯值、臭氧值和pH值等。以pH值調(diào)節(jié)為例，當(dāng)pH值過(guò)高，超過(guò)控制時(shí)，則通過(guò)精確計(jì)量泵加投稀鹽酸以調(diào)低pH值，這就是化學(xué)的方法。再如當(dāng)濁度達(dá)到一定值時(shí)，亦通過(guò)精確計(jì)量泵將絮凝劑（需攪拌）加投到循環(huán)泵前，絮凝劑可將水中懸浮物凝結(jié)成塊，通過(guò)過(guò)濾沙缸把“濁水”過(guò)濾成“凈水”回灌到泳池[2]。另外，沙缸還有反沖洗過(guò)程，就是當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行一定時(shí)間后，沙缸的沙層表面會(huì)積蓄很多的污物，使沙缸對(duì)水的阻力增大，流速減緩，過(guò)濾效果下降。因此，必須定期進(jìn)行清除。清除的辦法就是使水流反方向流動(dòng)，如圖2.2所示。溫度儀I、II進(jìn)行溫度檢測(cè)。檢測(cè)的結(jié)果經(jīng)模擬量輸入模塊送到PLC，由PLC處理后一方面送控制屏進(jìn)行溫度顯示，另一方面由PLC的PID指令控制。經(jīng)PID調(diào)節(jié)后，輸出的信號(hào)通過(guò)模擬量輸出模塊控制伺服蒸汽調(diào)節(jié)閥，定量的給汽水管道混合器通以蒸汽，使池水按要求保持恒溫[3]。

進(jìn)水F1F3F5F2廢水F4沙缸

圖2.2 沙缸反沖洗工作示意圖

2.3 控制系統(tǒng)要求

該系統(tǒng)按只檢測(cè)濁度、余氯、pH值和溫度等幾項(xiàng)來(lái)配置，PLC按輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、通信接口數(shù)等技術(shù)要求選定，檢測(cè)儀、泵、伺服控制器及操作系統(tǒng)根據(jù)工藝流程選定或按甲方要求選定。

具體硬件配置如下：西門(mén)子S7-300 CPU313一塊，SM321、SM322的數(shù)字量模塊各一塊，SM331S、M332模擬量模塊各一塊；德國(guó)普羅明特溫度傳感器——變送器兩支，遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)

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濁度儀、pH儀、余氯儀各一臺(tái)；高溫電動(dòng)伺服閥一臺(tái)；精確計(jì)量泵四臺(tái)；循環(huán)水泵兩臺(tái)；大廳顯示屏（自制）一臺(tái)；5.7in臺(tái)達(dá)觸摸屏一臺(tái)；控制柜（定制）一臺(tái)。2.3.1 水循環(huán)及過(guò)濾部分

水循環(huán)主程序開(kāi)始啟動(dòng)準(zhǔn)備N(xiāo)手動(dòng)自動(dòng)？Y啟動(dòng)1號(hào)泵Y故障？NNNY停泵？停泵延時(shí)10s計(jì)時(shí)8小時(shí)？停泵延時(shí)10sY啟動(dòng)2號(hào)泵Y故障？NN計(jì)時(shí)8小時(shí)？停泵？NYY總停水循環(huán)主程序結(jié)束

圖2.3 水處理主程序流程圖

水循環(huán)及過(guò)濾部分主程序流程圖如圖2.3所示。循環(huán)水泵的自動(dòng)過(guò)程由兩臺(tái)泵互為備用，8h自動(dòng)切換和非正常停泵自動(dòng)啟動(dòng)備用泵（如熱繼電器動(dòng)作等）。循環(huán)水泵的手

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動(dòng)過(guò)程，只是配合自動(dòng)過(guò)程的輔助手段，手動(dòng)狀態(tài)除操作兩臺(tái)泵的起/停以外，還擔(dān)當(dāng)過(guò)濾缸反沖洗過(guò)程的操作。

正常情況下，水流的方向是F1入F4出，其他閥門(mén)關(guān)閉。反沖洗時(shí)，水流從F2入F3出，其他閥門(mén)關(guān)閉。污物被反向的水流帶走而排入污水管道。反沖洗持續(xù)時(shí)間需根據(jù)實(shí)際情況現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。從反沖洗結(jié)束到正常過(guò)濾狀態(tài)中間有一個(gè)過(guò)渡狀態(tài)，這段時(shí)間水流不應(yīng)流入泳池，因?yàn)榇藭r(shí)水流不穩(wěn)且有殘余雜質(zhì)存在。因此這個(gè)過(guò)程的閥門(mén)狀態(tài)是F1入F5出，其他閥門(mén)關(guān)閉。這個(gè)過(guò)程持續(xù)時(shí)間很短，通常在 1min 之內(nèi)，需現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，最后，F(xiàn)5關(guān)閉，F(xiàn)4打開(kāi)，反沖洗過(guò)程結(jié)束。反沖洗過(guò)程的觸發(fā)條件一般有3個(gè)：壓差反沖洗、定時(shí)反沖洗和手動(dòng)反沖洗。這兩個(gè)過(guò)程基本是物理的過(guò)程[4]。2.3.2 水質(zhì)檢測(cè)及加投藥部分

水質(zhì)檢測(cè)都是通過(guò)各檢測(cè)項(xiàng)目的檢測(cè)儀器送來(lái)的模擬量檢測(cè)信息，輸入到模擬量模塊進(jìn)行處理，處理后根據(jù)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)確定的控制量，分別控制各藥劑精確計(jì)量加投泵加投水處理藥劑。各模擬量輸入的處理及控制都基本相同，這里僅以濁度—絮凝劑為例說(shuō)明模擬量輸入及控制的基本方法[5]。濁度—絮凝劑流程圖如圖2.4所示。

從圖2.5所示濁度控制曲線看出，要求濁度控制值在2~4NTU，5NTU為濁度報(bào)值，即當(dāng)大于等于4NTU時(shí)開(kāi)計(jì)量泵加投絮凝劑，當(dāng)小于等于2NTU時(shí)關(guān)計(jì)量泵，大于等于5NTU報(bào)警。如果在編程時(shí)將控制值轉(zhuǎn)換為程序刻度值，由于濁度儀輸出范圍是4~20mA。因此需分兩步換算，如圖2.6第一步，將2和4NTU對(duì)應(yīng)的電流值求出來(lái)。第二步，由電流值計(jì)算出對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換值。即：

x2?

4?(20?4)2?(20?4)?4?10.4,x2??4?7.2（2.1）

1010

y1?2.3.3 恒溫加熱系統(tǒng)控制

10.4?276487.2?27648?14377,y2??99

53（2.2）

2020在環(huán)境溫度和水溫較低時(shí)，還需對(duì)池水進(jìn)行加溫控制。池水加溫在泳池水處理中，也占有重要的地位。它是通過(guò)溫度儀I、II進(jìn)行溫度檢測(cè)。檢測(cè)的結(jié)果經(jīng)模擬量輸入模

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塊送

濁度—絮凝劑主程序開(kāi)始子程序7開(kāi)始調(diào)用子程序7初始化預(yù)置采樣計(jì)數(shù)器和清0調(diào)用子程序8計(jì)算平均值子程序7結(jié)束N循環(huán)水泵開(kāi)？Y濁度 ≥ 4？N子程序8開(kāi)始Y啟動(dòng)絮凝劑攪拌器從模擬量輸入PIW4中取個(gè)值加到采樣值中，采樣計(jì)數(shù)器加1，直到最大采樣數(shù)用移位求采樣平均值3S后啟動(dòng)絮凝劑劑量泵N濁度 ≤ 2？子程序8結(jié)束Y關(guān)泵及攪拌器濁度—絮凝劑主程序結(jié)束

圖2.4 濁度—絮凝劑流程圖

圖2.5 濁度刻度控制曲線

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10量程/NTU27648刻度值4204y2y10x1x2I/mA(a)204x1x2I/mA(b)20

圖2.6 濁度刻度值換算比例圖

到PLC，由PLC處理后一方面送控制屏進(jìn)行溫度顯示，另一方面由PLC的PID指令控制。經(jīng)PID調(diào)節(jié)后，輸出的信號(hào)通過(guò)模擬量輸出模塊控制伺服蒸汽調(diào)節(jié)閥，定量的給汽水管道混合器通以蒸汽，使池水按要求保持恒溫。該流程圖僅介紹自動(dòng)部分，如圖2.7所示，該部分主要介紹池水（冬天）恒溫PID調(diào)節(jié)，溫度值向大廳顯示屏傳送的有關(guān)內(nèi)容。標(biāo)準(zhǔn)PID控制允許將閉環(huán)控制器、脈沖控制器以及步驟控制器集成到用戶程序中。帶集成控制器設(shè)置的參數(shù)分配工具允許設(shè)置控制器，可在極短時(shí)間內(nèi)優(yōu)化使用。如果簡(jiǎn)單PID控制器不足以解決自動(dòng)化任務(wù)，可使用模塊化PID控制?？梢曰ミB所包含的標(biāo)準(zhǔn)功能塊，創(chuàng)建幾乎任何一種控制器結(jié)構(gòu)。

恒溫及加熱系統(tǒng)主程序、子程序及中斷部分梯形圖恒溫及加熱系統(tǒng)主程序、子程序梯形圖見(jiàn)附錄。在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制，又稱(chēng)PID調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的[6,7]。

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恒溫 加熱主程序開(kāi)始Y模塊有錯(cuò)？N調(diào)用溫度控制模塊？Y調(diào)用FB41 啟動(dòng)PID調(diào)節(jié)水溫由PQW288輸出N由I1.3啟動(dòng)伺服電動(dòng)蒸氣閥驅(qū)動(dòng)電源恒溫 加熱主程序結(jié)束

圖2.7恒溫加熱系統(tǒng)控制流程圖

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第 11 頁(yè) PID溫度控制

3.1 基本概念

PID控制是比例積分微分控制的簡(jiǎn)稱(chēng)。PID控制是一種負(fù)反饋控制，在反饋控制系統(tǒng)中，自動(dòng)調(diào)節(jié)器和被控對(duì)象構(gòu)成一個(gè)閉合回路。在連接成閉合回路時(shí)，可能出現(xiàn)兩種情況：正反饋和負(fù)反饋。正反饋?zhàn)饔眉觿”豢貙?duì)象流入量流出量的不平衡，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)不穩(wěn)定；負(fù)反饋?zhàn)饔脛t是緩解對(duì)象中的不平衡，這樣才能正確地達(dá)到自動(dòng)控制的目的。

PID控制具有以下優(yōu)點(diǎn) 1．原理簡(jiǎn)單，使用方便。2．適應(yīng)性強(qiáng)。

3．魯棒性強(qiáng)，即其控制品質(zhì)對(duì)被控對(duì)象特性的變化不大敏感 3.1.1 比例調(diào)節(jié)（P調(diào)節(jié)）

在P調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)u與偏差信號(hào)e成比例，即：

u?KCe

（3.1）式中KC稱(chēng)為比例增益。

比例調(diào)節(jié)的顯著特點(diǎn)就是有差調(diào)節(jié)。采用比例調(diào)節(jié)，則在符合擾動(dòng)下的調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后，被調(diào)節(jié)量不可能與設(shè)定值準(zhǔn)確相等，他們之間一定有殘差。比例調(diào)節(jié)的殘差隨著比例帶的加大而加大。3.1.2 積分調(diào)節(jié)（I調(diào)節(jié)）

在I調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)的變化速度du/dt偏差信號(hào)e成正比，即

du?S0e

（3.2）dtt0或

u?S0?ed t

（3.3）式中S0稱(chēng)為積分速度，可視情況取正值或負(fù)值。

調(diào)節(jié)器的輸出與偏差信號(hào)的積分成正比。積分調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)是無(wú)差調(diào)節(jié)與P調(diào)節(jié)的

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有差調(diào)節(jié)形成鮮明對(duì)比，只有當(dāng)被調(diào)節(jié)量偏差e為零時(shí)I調(diào)節(jié)器的輸出才會(huì)保持不變。然而與此同時(shí)調(diào)節(jié)器的輸出卻可以停留在任何數(shù)值上。這意味著被控對(duì)象在負(fù)荷擾動(dòng)下的調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后，被調(diào)量沒(méi)有殘差，而調(diào)節(jié)閥則可以停止在新的負(fù)荷所要求的開(kāi)度上。I調(diào)節(jié)的另一特點(diǎn)是它的穩(wěn)定作用比P調(diào)節(jié)差。

采用I調(diào)節(jié)時(shí)口制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益與積分速度S0成正比。增大積分速度將會(huì)降低控制系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，直到最后出現(xiàn)發(fā)散的振蕩過(guò)程。3.1.3 微分調(diào)節(jié)（D調(diào)節(jié)）

調(diào)節(jié)器能夠根據(jù)被調(diào)節(jié)量的變化速度來(lái)移動(dòng)調(diào)節(jié)閥，而不要等到被調(diào)節(jié)量已經(jīng)出現(xiàn)較大偏差后才開(kāi)始動(dòng)作，那么調(diào)節(jié)效果將會(huì)更好，等于賦予調(diào)節(jié)器以某種程度的預(yù)見(jiàn)性這種調(diào)節(jié)稱(chēng)為微分調(diào)節(jié)。此時(shí)調(diào)節(jié)器的輸出與被調(diào)量或其偏差對(duì)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)成正比。

即

u?S2de

（3.4）dt單純按上述規(guī)律運(yùn)作的調(diào)節(jié)器是不能工作的。這是因?yàn)閷?shí)際的調(diào)節(jié)器都有一定的失靈區(qū)，如果被控對(duì)象流入流出量只相差很少以至被調(diào)量只以調(diào)節(jié)器不能察覺(jué)的速度緩慢變化時(shí)，調(diào)節(jié)器并不會(huì)運(yùn)作。但是經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間以后，被調(diào)節(jié)量偏差去可以積累到相當(dāng)大的數(shù)字而得不到校正，這種情況是不能容許的。

3.2 PLC中的PID控制實(shí)現(xiàn)方法

典型的基于數(shù)字PID的閉環(huán)控制系統(tǒng)。PLC的PID控制器的設(shè)計(jì)是以連續(xù)系統(tǒng)的PID控制規(guī)律為基礎(chǔ)，將其數(shù)字化寫(xiě)成離散形式的PID控制方程，再跟據(jù)離散方程進(jìn)行控制程序設(shè)計(jì)。在連續(xù)系統(tǒng)中，典型的PID控制器的輸入輸出關(guān)系如下：

?1M(t)?Kc?e(t)?TI??T0e(t)dt?1de(t)? ??M0

（3.5）dtTD?式中:M(t)為控制器的輸出量，M0為輸出的初始值，e(t)為給定值與被控變量的誤差信號(hào)，Kc為比例系數(shù)；TI為積分時(shí)間常數(shù)；TD為微分時(shí)間常數(shù)。

將上式離散化，第n次采樣時(shí)控制器的輸出為：

Mn?KC(spn?pvn)?KCTST(spn?pvn)?KCD(pvn?1?pvn)

（3.6）

TITS

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標(biāo)準(zhǔn)PID控制允許將閉環(huán)控制器、脈沖控制器以及步驟控制器集成到用戶程序中。帶集成控制器設(shè)置的參數(shù)分配工具允許設(shè)置控制器，可在極短時(shí)間內(nèi)優(yōu)化使用。如果簡(jiǎn)單PID控制器不足以解決自動(dòng)化任務(wù)，可使用模塊化PID控制?？梢曰ミB所包含的標(biāo)準(zhǔn)功能塊，創(chuàng)建幾乎任何一種控制器結(jié)構(gòu)[8]。

FB41稱(chēng)為連續(xù)控制的PID用于控制連續(xù)變化的模擬量，與FB42的差別在于后者是離散型的，用于控制開(kāi)關(guān)量，其他二者的使用方法和許多參數(shù)都相同或相似。PID的初始化可以通過(guò)在OB100中調(diào)用一次，將參數(shù)COM-RST置位，當(dāng)然也可在別的地方初始化它，關(guān)鍵的是要控制COM-RST；PID的調(diào)用可以在OB35中完成，一般設(shè)置時(shí)間為200MS，原理上，PID的調(diào)節(jié)節(jié)奏應(yīng)該與其采樣周期一致，這是數(shù)學(xué)模型應(yīng)與物理過(guò)程一致的要求。這也就是FB41要在OB35中周期調(diào)用且OB35的周期要與FB41采樣周期一致的原因。

當(dāng)然，在OB1或其他FC、FB中調(diào)用FB41也是可以的，此時(shí)最好將OB1參數(shù)區(qū)中掃描周期作為FB41的采樣周期。FB41參數(shù)的設(shè)置很靈活，可根據(jù)自己的習(xí)慣或應(yīng)用的方便選擇。

PVPER_ON ：是PID輸入輸出參數(shù)“PERIPHERAL化”的使能位，即將參數(shù)看成0~27648之間的整數(shù)。換個(gè)說(shuō)法，就是PID的反饋值直接取自相應(yīng)AIW通道，而PID輸出則直接給出到AQW通道。參數(shù)整定由FB41完成。本設(shè)計(jì)用調(diào)節(jié)裝置的啟動(dòng)標(biāo)志來(lái)觸發(fā)本位。

CYCLE ：采樣周期。根據(jù)物理量變化快慢定，一般要求與FB41執(zhí)行的周期一致，選擇200ms。

SP_INT：PID的設(shè)定值。注意設(shè)定值與反饋值的單位一致。為了避免錯(cuò)誤，建議將SP_INT轉(zhuǎn)換為-100.0~100.0%之間無(wú)量綱的百分?jǐn)?shù)，輸入到FB41時(shí)，注意只取百分號(hào)之前的數(shù)即可，輸入設(shè)定值38.8即23.5 ℃。

PV_PER：PID過(guò)程的反饋值，直接取自反饋量的PIW通道的A/D碼。GAIN：比例系數(shù)。設(shè)定1。TI：積分時(shí)間。設(shè)定10min。

LMN_PER：PID的調(diào)節(jié)輸出，直接對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)輸出AQW通道。

P_SEL： BOOL：比例選擇位：該位ON時(shí)，選擇P（比例）控制有效；選擇有效。I_SEL： BOOL：積分選擇位；該位ON時(shí)，選擇I（積分）控制有效；選擇有效。

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D_SEL ： BOOL：微分選擇位，該位ON時(shí)，選擇D（微分）控制有效；一般的控制系統(tǒng)不用。

LMN_HLM：REAL：PID上極限，一般是100%。LMN_LLM：REAL：PID下極限；一般為0%。

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第 15 頁(yè) 西門(mén)子S7-300及硬件設(shè)計(jì)

4.1 PLC的簡(jiǎn)介

可編程序控制器（Programmable Controller），簡(jiǎn)稱(chēng)PC或PLC。它是20世紀(jì)70年代以來(lái)，在集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。由于它具有功能強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)外已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的支柱產(chǎn)品。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)在PC技術(shù)與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面的發(fā)展也很快，除許多從國(guó)外引進(jìn)的設(shè)備、自動(dòng)化生產(chǎn)線外，國(guó)產(chǎn)的機(jī)床設(shè)備已越來(lái)越快地采用PC控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。國(guó)產(chǎn)化的小型PC性能也基本達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)。4.1.1 PLC的特點(diǎn)

1．可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

為了確保PLC在惡劣的工作環(huán)境下能可靠的工作。在設(shè)計(jì)中強(qiáng)化了PLC 的抗干擾能力，使之能抗諸如點(diǎn)噪聲，電源波動(dòng)，振動(dòng)，電磁干擾等干擾，能在高溫高濕以及空氣中存在有各種強(qiáng)腐蝕物質(zhì)粒子的惡劣環(huán)境下可靠地工作。PLC能承受電網(wǎng)電壓的變化，可直接由交流市點(diǎn)供電，直接取自電控箱電源，即使在電源瞬間斷電的情況下仍可以正常工作[9]。

電源電壓： AC220 ±15% 抗振強(qiáng)度： 10Hz~55Hz 0.5mm 3軸方向各2h 抗沖擊強(qiáng)度：10g 3軸方向各3次

抗干擾強(qiáng)度：1000Vp-p、脈寬1us、30~100Hz噪聲 工作溫度：0℃~55℃ 存放溫度：-20℃~+70℃ 濕度：

35%~90%（不結(jié)霧）

耐壓：

AC1500V 1min（各端子與接地端之間）2．編程簡(jiǎn)單，易于掌握

PLC在基本控制方面采用“梯形圖”語(yǔ)言進(jìn)行編程，這種梯形圖是與繼電器控制電路圖相呼應(yīng)的，形式簡(jiǎn)練，直觀性強(qiáng)，廣大電氣工程人員容易接受，還可以采用系統(tǒng)流程

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圖和語(yǔ)句表方式編程，三種語(yǔ)言可有條件地相互轉(zhuǎn)化，PLC這是PC優(yōu)于微機(jī)的另一個(gè)特點(diǎn)。

3．模塊化結(jié)構(gòu)

PLC的各個(gè)部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)有機(jī)架和電纜將各模塊連接起來(lái)。系統(tǒng)的功能模塊可根據(jù)用戶的實(shí)際需求自行配置，從而實(shí)現(xiàn)最家性能價(jià)格比。由于配置靈活，使擴(kuò)展，維護(hù)方便。4．安裝簡(jiǎn)便，調(diào)試方便

PLC安裝簡(jiǎn)便，只要把現(xiàn)場(chǎng)的I/O設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端子相連就能完成了全部的接線任務(wù)，縮短了安裝時(shí)間。5．網(wǎng)絡(luò)通信

PLC提供標(biāo)準(zhǔn)通信接口，可以方便地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信 6．體積小，重量輕，功耗低。4.1.2 PLC的分類(lèi)

1．按結(jié)構(gòu)型式分類(lèi)：整體式和模塊式。

（1）整體式PLC是將電源，CPU，I/O不見(jiàn)都集中在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。（2）模塊式PLC是將PLC各部分分成若干個(gè)單獨(dú)的模塊。（3）疊裝式PLC是將整體式和模塊式結(jié)合起來(lái)。2．按PLC控制規(guī)模分類(lèi)

（1）小型PC I/O點(diǎn)數(shù)在256以下，存儲(chǔ)器容量2K步。

（2）中型PC I/O點(diǎn)數(shù)在256~2048點(diǎn)之間，存儲(chǔ)容量是2K~8K步。（3）大型PC I/O點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，存儲(chǔ)容量達(dá)8K步以上。

4.2 PLC的基本組成

從廣義上說(shuō)，PLC也是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，只不過(guò)比一般的計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò)程相連接的借口和更直接的適用與控制要求的編程語(yǔ)言。所以PLC與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)十分相似，也具有中央處理器，存儲(chǔ)器，輸入/輸出接口，電源等[10]。4.2.1 主機(jī)

既PC本機(jī)，它就是以CPU（中央處理單元）為核心的一臺(tái)專(zhuān)用計(jì)算機(jī)。

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1．CPU CPU在PLC控制系統(tǒng)中的作用類(lèi)似與人體的神經(jīng)中樞。是運(yùn)算與控制中心。用來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算，并對(duì)全機(jī)進(jìn)行控制。它按照PLC中系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務(wù)：

（1）接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)

（2）用掃描的方法接受現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入狀態(tài)表或數(shù)據(jù)積存器中。

（3）診斷電源，PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。

（4）在PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器中逐條讀出用戶的程序，經(jīng)指令解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，去啟動(dòng)有關(guān)控制電路，分時(shí)、分渠道地去執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、組合、比較和變換動(dòng)作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯運(yùn)算或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)。（5）根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位數(shù)據(jù)寄存器和輸出寄存器的內(nèi)容，再由輸出寄存器的位狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關(guān)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等外部功能。（6）PLC的CPU包括三種：?jiǎn)纹瑱C(jī)、通用微型處理芯片、雙極性位片處理芯片。2．存儲(chǔ)器

（1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)

用以固化PLC生產(chǎn)廠家編寫(xiě)的系統(tǒng)工作程度，相當(dāng)于單片機(jī)的監(jiān)控程序或個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)。在很大程度上它決定該種PLC的性能和質(zhì)量用戶無(wú)法更改或調(diào)用。（2）用戶程序存儲(chǔ)區(qū)

包括用戶程序存儲(chǔ)器（程序區(qū)）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)（數(shù)據(jù)區(qū)）兩種。前者用于存放用戶程序，后者用于存放用戶在執(zhí)行過(guò)程中使用的有關(guān)狀態(tài)量或數(shù)值量以生成用戶數(shù)據(jù)區(qū)。3．輸入、輸出單元（I/O單元）

I/O單元又稱(chēng)I/O接口電路，PLC程序執(zhí)行過(guò)程中需調(diào)用的各種開(kāi)關(guān)量（狀態(tài)量）數(shù)字量或模擬量等各種外部或設(shè)定值，都是通過(guò)輸入電路進(jìn)入PC。而程序執(zhí)行結(jié)果又是通過(guò)輸出電路送到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)外部控制功能[11]。（1）輸入接口電路

各種PC輸入電路結(jié)構(gòu)大都相同，其輸入方式有三種： 接口輸入12V或24V 交流輸入100V~200V或200V~240V

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交直流輸入 交直流12V或24V（2）輸出接口電路

為適應(yīng)不同的負(fù)載需要，各類(lèi)PLC有三種輸出方式： 繼電器輸出 晶體管輸出 晶閘管輸出（3）電源單元

PLC對(duì)供電電源要求不高，可直接采用普通單相交流電。允許電源電壓額定值在+10%~-15%范圍內(nèi)波動(dòng)。4.2.2 編輯器

編輯器用作用戶程序編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視，還可以通過(guò)鍵盤(pán)去調(diào)用和顯示PC的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。它接口與CPU聯(lián)系，完成人機(jī)對(duì)話連接。它可分為簡(jiǎn)易型和智能型兩種。前者只能用于聯(lián)機(jī)編程，后者既可聯(lián)機(jī)又可脫機(jī)編程。4.2.3 I/O擴(kuò)展和其他外圍設(shè)備

1．I/O擴(kuò)展機(jī)用來(lái)擴(kuò)展輸入、輸出點(diǎn)數(shù)

當(dāng)用戶所需的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)超過(guò)主機(jī)輸入、輸出點(diǎn)數(shù)時(shí)，就要加I/O擴(kuò)展機(jī)來(lái)擴(kuò)展。

2．其他外圍設(shè)備

根據(jù)系統(tǒng)控制的需要，PLC還可以通過(guò)自身的專(zhuān)用通信接口連接一些其他外圍設(shè)備。[12]

4.3 PLC的基本工作原理和工作方式

PLC是采用周期性循環(huán)掃描，集中輸入和集中輸出的工作方式。這種工作方式的顯著特點(diǎn)：可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，但響應(yīng)滯后、速度慢，也就是說(shuō)PLC以降低速度求得高可靠性。PLC處于（停止）工作狀態(tài)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)等內(nèi)容，一旦進(jìn)入（運(yùn)行）狀態(tài)，就采用周期性循環(huán)掃描方式執(zhí)行用戶程序。在正常情況下，一個(gè)用戶程序掃描周期分為三個(gè)階段組成。1．輸入采樣階段

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PLC在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入相對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器中。此時(shí)，輸入映像寄存器被刷新。接著，進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無(wú)論輸入信號(hào)如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫(xiě)入輸入端的新內(nèi)容。所以一般來(lái)說(shuō)，輸入信號(hào)的寬度要大于一個(gè)少秒周期，否則很可能造成信號(hào)的丟失。2．程序執(zhí)行階段

根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，一般來(lái)說(shuō)，PLC按從左到右，從上到下的步驟順序執(zhí)行程序。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時(shí)，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對(duì)應(yīng)的元件的當(dāng)前狀態(tài)。然后，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。對(duì)元件映像寄存器來(lái)說(shuō)，每一個(gè)元件的狀態(tài)會(huì)隨著程序而變化。3．輸出處理階段

在所有程序指令執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過(guò)一定方式輸出，最后經(jīng)過(guò)輸出端子驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。

4.4 硬件介紹

具體硬件配置如下：西門(mén)子S7-300 CPU313一塊，SM321、SM322的數(shù)字量模塊各一臺(tái)，SM331S、M332模擬量模塊各一塊；德國(guó)普羅明特溫度傳感器——變送器兩支，濁度儀、pH儀、余氯儀各一臺(tái)；高溫電動(dòng)伺服閥一臺(tái)；精確計(jì)量泵四臺(tái)；循環(huán)水泵兩臺(tái)；控制柜（定制）一臺(tái)。

CPU313最大數(shù)字量I/O點(diǎn)128個(gè)，最大模擬量I/O點(diǎn)32個(gè)，可連接8塊模板。內(nèi)置20KBRAM最大可擴(kuò)展512KB FLASHEPROM存儲(chǔ)卡，64個(gè)計(jì)數(shù)器128個(gè)定時(shí)器。具有PID控制器。具有MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。4.4.1 數(shù)字量模塊

S7-300有多種型號(hào)的數(shù)字量I/O模塊可供選擇 1．SM321數(shù)字量輸入模塊

SM321數(shù)值量輸入模塊主要有4種模塊可供選擇，即直流16點(diǎn)輸入、直流32點(diǎn)輸入、交流8點(diǎn)輸入、交流16點(diǎn)輸入模塊。另外，還提供了直流16點(diǎn)輸入帶過(guò)程診斷和

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中斷的模塊、直流8點(diǎn)輸入帶源輸入模板，交流32點(diǎn)輸入模板。2．SM322數(shù)字量輸出模塊

SM322數(shù)值量輸出模塊經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換，信號(hào)可直接用于驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、小型電動(dòng)機(jī)，燈和電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器等。按負(fù)載回路使用電源不同分為：直流輸出模塊、交流輸出模塊和交支流兩用輸出模塊。按輸出開(kāi)關(guān)的種類(lèi)不同又可分為：晶體管輸出方式、晶閘管輸出方式和繼電器觸電輸出方式。

SM322數(shù)字量輸出模塊有7種型號(hào)輸出模板可供選擇，即16點(diǎn)晶體管輸出.、32點(diǎn)晶體管輸出、16點(diǎn)晶閘管輸出、8點(diǎn)晶閘管輸出、8點(diǎn)繼電器輸出和16點(diǎn)繼電器輸出模塊。選擇模塊時(shí)，因每個(gè)模塊的端子共地情況不同，應(yīng)根據(jù)模塊輸出類(lèi)型和現(xiàn)場(chǎng)輸出信號(hào)負(fù)載回路的供電情況選擇。3．SM323數(shù)字量I/O模塊

此模塊有兩種類(lèi)型，一種是8個(gè)共地輸入端和8個(gè)共地端，另一種上一帶有16個(gè)共地輸入端和16個(gè)共地輸出端，兩種模塊特性相同。I/O額定負(fù)載電壓DC24V，輸入電壓“1”信號(hào)電平為11V~30V，“0”信號(hào)電平為-3V~+5V。I/O通過(guò)光耦合器與背板總線隔離。輸出具有短路保護(hù)。4.4.2 模擬量模塊

1．SM331模擬量輸入模塊

SM331模擬量輸入模塊目前有三種規(guī)格型號(hào)：既8AI×12位模塊、8AI×16位模塊和2AI×12位模塊。其中具有12位的輸入模塊除通道數(shù)不一樣外，其工作原理、性能、參數(shù)設(shè)置等個(gè)方面都完全一樣。

SM331輸入模塊主要由A/D轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開(kāi)關(guān)、補(bǔ)償電路恒流源、光電隔離部件、邏輯電路組成。實(shí)際應(yīng)用時(shí)可使用STEP7組態(tài)工具屏蔽掉不用的模擬量通道。

SM331的每?jī)蓚€(gè)聽(tīng)到構(gòu)成一個(gè)通道輸入組，可以按通道輸入組任意選擇測(cè)量方法和測(cè)量范圍。模塊上需要接DC24V的負(fù)載電壓L+，有反接性保護(hù)功能；對(duì)于變送器或熱電偶的輸入具有短路保護(hù)功能。2．模擬量輸出模塊

SM322模擬量輸出模塊目前有三種規(guī)格型號(hào)：既4AO×12位模塊、2AO×12位模塊、4AO×16位模塊。其中具有12位的輸出模塊除通道數(shù)不一樣外，其工作原理、性能、參

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數(shù)、設(shè)置等各方面都完全一樣。

這里4AO×12位模擬量輸出模塊為代表介紹SM332。SM332，4×12位模擬量輸出模塊，上有4個(gè)通道，每個(gè)通道都可以單獨(dú)編程為電壓輸出或電流輸出，輸出精度為12位，模塊對(duì)CPU背板和負(fù)載電壓都有光隔離。在輸出電壓時(shí)，可以采用2線回路和4線回路兩種方式與負(fù)載相連。3．模擬量I/O模塊

模擬量輸入/輸出模塊有兩種規(guī)格：一種是4模入/2模出的模擬量模塊，其輸入、輸出精度為8位：另一種也是有4模入/2模出的模擬量模塊，其輸入、輸出精度為12位。輸入范圍為0V~10V或0mA~20mA。

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第 22 頁(yè) 操作與軟件部分

5.1 水循環(huán)控制過(guò)程

當(dāng)按下按鈕SB0時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始啟動(dòng)，按下SB1水循環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)啟動(dòng)，首先1號(hào)泵得電運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)1號(hào)泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，PLC內(nèi)部計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)8小時(shí)后將自動(dòng)切換到2號(hào)泵，當(dāng)其中某一個(gè)泵運(yùn)轉(zhuǎn)的期間有故障非正常停泵，PLC內(nèi)部設(shè)有監(jiān)控裝置，比如當(dāng)1號(hào)泵非正常停轉(zhuǎn)，PLC回在10秒鐘后自動(dòng)啟動(dòng)2號(hào)泵，當(dāng)2號(hào)泵非正常停泵時(shí)，其內(nèi)部指令也會(huì)在10秒鐘后自動(dòng)啟動(dòng)1好泵，兩臺(tái)泵互為備用。

總停開(kāi)關(guān)SB2，當(dāng)想停止運(yùn)轉(zhuǎn)整個(gè)系統(tǒng)時(shí)，可以通過(guò)此按鈕停止所有動(dòng)作，當(dāng)按下此鍵后PLC內(nèi)部有個(gè)切斷兩臺(tái)水泵的中間繼電器，當(dāng)其得電時(shí)，兩臺(tái)水泵將失去供電而停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

手動(dòng)加反沖洗部分，當(dāng)按鈕SB3按下后2號(hào)泵會(huì)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)下按鈕SB5時(shí)，可以停止2號(hào)泵，當(dāng)按下按鈕SB4后1號(hào)泵開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，如果想停止運(yùn)轉(zhuǎn)可按按鈕SB6，則1號(hào)泵也會(huì)停止下來(lái)。按下SB8可以進(jìn)行反沖洗過(guò)程，按下SB7結(jié)束反沖洗過(guò)程。

整個(gè)水循環(huán)控制過(guò)程：水循環(huán)主程序開(kāi)始，啟動(dòng)準(zhǔn)備，當(dāng)無(wú)異常發(fā)生將進(jìn)行自動(dòng)控制，自動(dòng)控制過(guò)程中可以切換到手動(dòng)部分，由于手動(dòng)操作直接簡(jiǎn)單就不在這里闡述了，當(dāng)自動(dòng)控制開(kāi)始后首先啟動(dòng)1號(hào)泵，1號(hào)泵檢測(cè)如果沒(méi)有故障則開(kāi)始進(jìn)行計(jì)時(shí)當(dāng)計(jì)時(shí)8小時(shí)后1號(hào)泵停轉(zhuǎn)，自動(dòng)切換到2號(hào)泵，2號(hào)泵也將進(jìn)行檢測(cè)如果沒(méi)有故障也將進(jìn)行計(jì)時(shí)，當(dāng)8小時(shí)后自動(dòng)切回1號(hào)泵，如果1號(hào)泵發(fā)生故障系統(tǒng)將決定是否停泵，如果停泵，經(jīng)過(guò)10秒鐘后切換到另一臺(tái)泵繼續(xù)工作，如果不需要停泵，系統(tǒng)將跳回啟動(dòng)泵的位置，重新進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)整個(gè)水循環(huán)過(guò)程不需要時(shí)可以停止系統(tǒng)，則水循環(huán)主程序結(jié)束。

根據(jù)第二章水循環(huán)主程序流程圖（2.1），寫(xiě)出控制梯形圖程序（自動(dòng)程序段），見(jiàn)附錄。

其中T37為定時(shí)器PT為80s，1號(hào)泵和2號(hào)泵8小時(shí)長(zhǎng)延時(shí)計(jì)時(shí)器，前8小時(shí)計(jì)時(shí)器由T37和C20組成： 80×360/3600=8h，Q0.2輸出到1號(hào)泵接觸器，M0.2為1號(hào)泵自動(dòng)中繼，M2.0為反沖洗中繼，M2.2為1號(hào)泵手動(dòng)中繼。Q0.3輸出到2號(hào)泵接觸器，M0.3為2號(hào)泵自動(dòng)中繼，M2.0為反沖洗中繼，M2.3為2號(hào)泵手動(dòng)中繼。

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5.2 恒溫加熱部分控制

當(dāng)水循環(huán)過(guò)程開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)后，可對(duì)水溫進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，當(dāng)按下按鈕SB9后，他通過(guò)設(shè)置在PLC內(nèi)部的子程序來(lái)完成對(duì)溫度的監(jiān)控與顯示，當(dāng)發(fā)現(xiàn)水溫發(fā)生過(guò)高或者過(guò)低時(shí)，可通過(guò)按鈕SB10，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，可設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)溫度，當(dāng)兩個(gè)按鈕都按下后，系統(tǒng)將很快很穩(wěn)定的把溫度調(diào)節(jié)在規(guī)定范圍以?xún)?nèi)，由于他是不間斷監(jiān)控，所以調(diào)節(jié)速度會(huì)很快，SB10按鈕是通過(guò)控制PLC內(nèi)部的一個(gè)繼電器來(lái)控制伺服蒸汽閥的，省略了人為調(diào)節(jié)過(guò)程，也避免了人為造作的超調(diào)量過(guò)高。其中SB9、SB10必須在水循環(huán)系統(tǒng)開(kāi)始以后才可以進(jìn)行調(diào)節(jié)的。

當(dāng)池水溫度過(guò)高或者過(guò)低時(shí)，通過(guò)出池口水溫的測(cè)量，系統(tǒng)將根據(jù)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)是否報(bào)警，此系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)溫度為23.5度，最低為20度，最高45度，如果超過(guò)45度或者低于20度，系統(tǒng)將發(fā)出響鈴報(bào)警。

恒溫及加熱系統(tǒng)主程序、子程序及中斷部分梯形圖見(jiàn)附錄。

其中I2.3由控制按鈕操作，M22.3由按鈕操作，開(kāi)機(jī)運(yùn)行中調(diào)用子程序。溫度設(shè)定值=0.388對(duì)應(yīng)溫度值為23.5度，當(dāng)PIW308≤11520時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)換成溫度值為20度，當(dāng)PIW308≥17920時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)換成溫度值為45度，將這些數(shù)值編入程序，使伺服控制器定量控制蒸汽流量，使進(jìn)水管與出水管溫差不會(huì)過(guò)大。

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結(jié) 論

本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)水處理工藝流程的研究，做出了水處理系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的PLC控制程序和引入PID溫度控制對(duì)恒溫及加熱系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且完成了對(duì)各環(huán)節(jié)控制程序的調(diào)試工作。PLC技術(shù)的應(yīng)用使游泳池水處理的全自動(dòng)可視化控制成為可能，使水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化水平及控制系統(tǒng)的可靠性、智能性和安全性都得到提高，很好地滿足了人們對(duì)現(xiàn)代化游泳場(chǎng)館的需要。同時(shí)也降低了能耗，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了管理效率。本系統(tǒng)采用 S7-300可編程控制器，很好地完成了預(yù)定的控制任務(wù)，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有非常好的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。

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致 謝

經(jīng)過(guò)半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。在這里要感謝我的導(dǎo)師李福云老師。李老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從外出實(shí)習(xí)到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是李老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。除了敬佩李老師的專(zhuān)業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。然后還要感謝大學(xué)四年來(lái)所有的老師，為我們打下自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。最后感謝電信學(xué)院和我的母?！|寧科技大學(xué)四年來(lái)對(duì)我的大力栽培。

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參考文獻(xiàn)

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附 錄

OB1 游泳池水處理主程序

NETWORK 1 I0.0I0.1I0.4I0.7M0.0M0.0

NETWORK 2 M0.0ENFC100ENOFC101ENENO

NETWORK 3 I1.3M0.2I1.4M0.0M21.4M5.0M5.0M0.3

NETWORK 4 M5.0M5.1Q1.1

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FC100 水循環(huán)系統(tǒng)程序 NETWORK 1 M0.1I0.3M1.0I0.4I0.5M0.3M2.0M0.2M0.2M1.6T40I0.6M1.1I0.7I0.1M0.2M2.0M0.3M0.3M1.5T38

NETWORK 2

Q0.2I0.4M0.1T39M0.4M0.4

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NETWORK 3

T38M0.4Q0.2S_ODTSSQM4.0S5T#10STVBIT39RBCD

NETWORK 4

T39T38S_ODTSSQM4.1S5T#1STVBIT39RBCD

NETWORK 5 T38M1.1M1.5M1.5

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NETWORK 6 Q0.3I0.7M0.1T40M0.5M0.5

NETWORK 7 M0.5Q0.2ST40M4.2S_ODTSQS5T#10STVBIT41RBCD

NETWORK 8

T41T40S_ODTSSQM4.3S5T#1STVBIT41RBCD

NET WORK 9 T40M1.0M1.6M1.6

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NETWORK 10

T37M0.1T37S_ODTSSQM4.4S5T#1H20MTVBIT37RBCD

NETWORK 11

C20T37C21S_CDCDQM4.5M0.1SCVC#360C21PVCV_BCDRI0.0

NETWORK 12 T37C20CDC21S_CDQM4.6M0.1SCVC#360C21PVCV_BCDRI0.0

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NETWORK 13 M0.1C20M1.0C21M1.1

NETWORK 14 M0.1I0.1I1.1I0.4M2.2M0.2I0.2I1.2I0.7M2.3M0.3I1.3I1.4I0.4I0.5M2.0M2.0

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NETWORK 15 M0.2Q0.2M2.0M2.2

NETWORK 16 M0.3Q0.3M2.0M2.3FC101水質(zhì)檢測(cè)及投藥控制系統(tǒng)主程序 NETWORK 1 FC102ENENO

NETWORK 2 M9.0M9.1FC103ENENO

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NETWORK 3 M0.3CMP ≤ IM5.2M0.2MW420IN1

9953IN2CMP ≤ IM5.4MW420IN114377IN2M5.4M5.2M5.5M5.5T44M5.5S_ODTSSQS5T#3STVBIT44RBCDT44M5.6

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NETWORK 4 M5.5Q0.5M8.0

NETWORK 5 M5.6Q0.4M8.1

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FC101 濁度平均值計(jì)算初始化

設(shè)置采樣次數(shù) NETWORK 1 I0.0M0.0PENMOVEENO0INOUTMW400ENMOVEENO256INOUTMW402ENMOVEENO0INOUTMW410ENMOVEENO0INOUTMW414ENMOVEENO0INOUTMW418

FC103 計(jì)算濁度采樣平均值 NETWORK 1

M0.0ENPIW304INMOVEENOOUTMW412

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NETWORK 2 CMP ≥ IENMW4120IN1IN20INMOVEENOOUTMW410

NETWORK 3 M0.0ENADD_DIENOOUTMD414MD410IN1MD414IN2ADD_DIENENOOUTMW400MW400IN11IN2

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NETWORK 4

CMP ≥ IMW400IN1MW402IN2

I_DIENENOMW402INOUTMD402MOVEENENOMD414INOUTMD418DIV_DIENENOMD408IN1OUTMD418MD402IN2MOVEENENO0INOUTMD414MOVEENENO0INOUTMW400

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OB35 PID溫度控制 NETWORK 1 M5.0ENCOM_RESTMAN_ONM0.0M0.0M0.0PVPER_ONP_SELI_SELINT_HOLDI_ITL_OND_SELT#200MS3.880000e+001CYCLESP_INTPV_INPIW306PV_PERMAN1.000000e+000T#10MGAINTITDTM_LAGDEADB_W1.000000e+0020.000000e+000LMN_HLMLMN_LLMPV_FACPV_OFFLMN_FACLMN_OFFI_ITLVALDISVENOLMNLMN_PERQLMN_HLMQLMN_LLMLMN_PLMN_ILMN_DPVERPQW2889.700000e+0013.000000e+000

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第五篇：家用電器節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

家用電器節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

設(shè)計(jì)者：

指導(dǎo)教師：

（XX學(xué)院，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化工程，機(jī)本班）

作品內(nèi)容簡(jiǎn)介

通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了一套空調(diào)與電熱水器聯(lián)合節(jié)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)家庭、酒店、理發(fā)店醫(yī)院等同時(shí)需要制冷和制熱（包括制熱水）系統(tǒng)的節(jié)能。通過(guò)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的改進(jìn)實(shí)現(xiàn)，空調(diào)廢熱利用，節(jié)約熱水器耗能。把熱水器變成空調(diào)系統(tǒng)的一個(gè)冷凝器，在夏天使用空調(diào)時(shí)順便加熱熱水，熱水器不耗電；春秋冬通過(guò)熱泵原理，利用空調(diào)設(shè)備，用電能取得大量熱量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

研制背景及意義

空調(diào)和熱水器是家庭的必備家電，目前大中城市普遍采用的是電熱水器，酒店既大量使用空調(diào)有需要大量熱水，夏天空調(diào)制冷產(chǎn)生的大量廢熱，如果能利用這些廢熱來(lái)加熱水可提供大量生活熱水。春秋冬季節(jié)需要大量生活熱水，如果用電熱水器來(lái)加熱，能耗很到，空調(diào)設(shè)備也基本閑置，如果能利用空調(diào)裝置和熱水器裝置構(gòu)成一個(gè)熱泵，既可實(shí)現(xiàn)空調(diào)裝置的有效利用，也能實(shí)現(xiàn)熱水器的節(jié)能。

對(duì)于家庭、酒店、理發(fā)店或醫(yī)院等系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，同時(shí)購(gòu)買(mǎi)空調(diào)和熱泵熱水器可實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能，但是熱泵熱水器投資巨大，節(jié)能卻不省錢(qián)。沒(méi)有經(jīng)濟(jì)意義。

因此，我們致力于研發(fā)盡量少的的增加設(shè)備投資的情況下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能。

設(shè)計(jì)方案

2.1機(jī)械控制

空調(diào)熱水器設(shè)計(jì)如圖1所示

室內(nèi)換熱器

熱水器換熱器（冷凝器）

室外換熱器

壓縮機(jī)

毛細(xì)管（節(jié)流閥）

6、7

四通閥8、9

截止閥

可調(diào)節(jié)三通閥

圖1

空調(diào)熱水器系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

空調(diào)熱水器原理圖如圖2

室內(nèi)換熱器

熱水器換熱器（冷凝器）

室外換熱器

壓縮機(jī)

毛細(xì)管（節(jié)流閥）

6、7

四通閥8、9

截止閥

可調(diào)節(jié)三通閥

圖2

空調(diào)熱水器原理圖

制冷、制熱水循環(huán)：

關(guān)閉閥門(mén)8，打開(kāi)閥門(mén)9，四通閥6，7通電，當(dāng)水溫較低時(shí)，閥門(mén)10調(diào)節(jié)流量是工質(zhì)全部流向2（熱水器換熱器）加熱水，當(dāng)水溫升高（>32度）調(diào)節(jié)閥門(mén)10減小流向2的流量，讓一部份工質(zhì)流經(jīng)3（室外換熱器），當(dāng)水溫超過(guò)40度，只讓工質(zhì)流經(jīng)3。

室內(nèi)換熱器（蒸發(fā)器）

熱水器換熱器（冷凝器）

室外換熱器（冷凝器）

壓縮機(jī)

毛細(xì)管（節(jié)流閥）

6、7

四通閥8、9

截止閥

可調(diào)節(jié)三通閥

圖3

制冷制熱水循環(huán)

制熱、制熱水循環(huán)：

關(guān)閉閥門(mén)9，打開(kāi)閥門(mén)8，四通閥6，7失電，此時(shí)3（室外換熱器）充當(dāng)蒸發(fā)器，1（室內(nèi)換熱器）、2（熱水器換熱器）充當(dāng)冷凝器，通過(guò)閥門(mén)10可以實(shí)現(xiàn)僅制熱，或者僅制熱水，同時(shí)制熱和制熱水將受室外換熱器負(fù)荷限制。

室內(nèi)換熱器（冷凝器）

熱水器換熱器（冷凝器）

室外換熱器（蒸發(fā)器）

壓縮機(jī)

毛細(xì)管（節(jié)流閥）

6、7

四通閥8、9

截止閥

可調(diào)節(jié)三通閥

圖4

制熱制熱水循環(huán)

設(shè)計(jì)時(shí)考慮的主要問(wèn)題：

1.熱水器和空調(diào)的工況差異大，在水溫的不同階段由于工況的漂移，壓縮機(jī)負(fù)荷急劇變化，致使機(jī)組無(wú)法有效運(yùn)行，如何在不影響空調(diào)性能的前提下，實(shí)現(xiàn)空調(diào)的熱量利用？

2.空調(diào)熱水器能否實(shí)現(xiàn)的四季均可利用？

3.熱水器換熱器怎么在空調(diào)中一直充當(dāng)冷凝器？

2.2電器部分（電路控制）

1.空調(diào)控制系統(tǒng)十分復(fù)雜，修改難度大，同時(shí)改動(dòng)成本也高。因此我們基本不對(duì)空調(diào)控制系統(tǒng)的進(jìn)行修改。

2.根據(jù)水溫調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度，市場(chǎng)有該控制電路成品，采用這種產(chǎn)品。我們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門(mén)10的控制。

3.還需要另外設(shè)計(jì)的控制包括閥門(mén)8、9和四通閥7，（注：四通閥6在空調(diào)控制系統(tǒng)中）下面設(shè)計(jì)對(duì)閥門(mén)8、9和四通閥7進(jìn)行的控制設(shè)計(jì)：

這些閥門(mén)只存在兩種狀態(tài)：狀態(tài)一：閥門(mén)8關(guān)，閥門(mén)9開(kāi)，四通閥7得電；狀態(tài)二：閥門(mén)8開(kāi)，閥門(mén)9關(guān)，四通閥7失電。所有閥門(mén)的兩種狀態(tài)對(duì)應(yīng)相反。閥門(mén)8、9均為得電打開(kāi)，因此控制電路設(shè)計(jì)就比較簡(jiǎn)單。

圖5

電磁閥控制

開(kāi)關(guān)向右，電磁閥9得電打開(kāi)，電磁閥8失電關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)制冷制熱水循環(huán)；

開(kāi)關(guān)向左，電磁閥8得電打開(kāi)，電磁閥9失電關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)制熱制熱水循環(huán)

理論設(shè)計(jì)計(jì)算

1.空調(diào)工況計(jì)算：

考慮到目前主要使用的制冷劑為R22，有必要對(duì)原有設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改造，本設(shè)計(jì)計(jì)算采用R22做制冷劑計(jì)算，但R22對(duì)臭氧層有破壞作用，屬于將要淘汰的制冷劑之一。故在日后新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造中考慮使用R134a等環(huán)保制冷劑。

空調(diào)制冷系統(tǒng)，工質(zhì)為R22，需要制冷量=5kW，空調(diào)用冷氣溫度為=15°C，蒸發(fā)器端部傳熱溫差為?

=10°C，冷卻水溫度為=32°C，冷凝器端部的傳熱溫差取

?=

8°C，液體過(guò)冷度△=5°C，有害過(guò)熱度△=5°C，壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)為λ=0.8,指示效率?=0.8。

分析：繪制制冷循環(huán)的壓-焓圖，如右圖所示

根據(jù)已知條件，得出制冷劑的工作溫度為：

=+?=32+8=40°C

=-?=10-5=5°C

=-?=40-5=35°C

=+?=5+5=10°C

查R22表得到各循環(huán)特征點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)如下：

點(diǎn)號(hào)

P（MPa）

t（°C）

h（kJ/kg）

v（/kg）

0

0.58378

407.143

0.58378

412

0.043

1.5335

446

1.5335

250

熱力計(jì)算：

(1)

單位質(zhì)量制冷量

=-=407.143-250=157.143kJ/kg

(2)

單位容積制冷量

=/=157.143/0.043=3654.5kJ/

(3)

理論比功

=-=446-412=34kJ/kg

(4)

指示比功

=/?=34/0.8=42.5kJ/kg

=+=412+42.5=454.5kJ/kg

(5)

制冷系數(shù)

ε=/=157.143/34=4.62

ε=/=157.143/42.5=3.70

(6)

冷凝器單位熱負(fù)荷

=-=454.5-250=204.5kJ/kg

(7)

所需工質(zhì)流量

=/=5.0/157.143=0.0318kg/s

(8)

理論輸氣量

=/λ=1.37×/0.8=1.71×

/s

實(shí)際輸氣量

==0.0318×0.043=1.37×

/s

(9)壓縮機(jī)消耗的理論比功

==0.0318×34=1.08

kW

壓縮機(jī)消耗的指示功率

=/

?=1.08/0.8=1.35

kW

(10)冷凝器的熱負(fù)荷

==0.0318×204.5=6.50

kW

(11)熱力學(xué)完善度

卡諾循環(huán)制冷系數(shù)ε=(273+10)/(40-15)=11.32

指示熱力學(xué)完善度

?=ε/ε=3.7/11.32=0.327

2.熱水器換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算：

經(jīng)分析：該換熱器在空調(diào)中一直起著水冷式冷凝器的作用，下面按照水冷式冷凝器的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)換熱器。

設(shè)計(jì)要求：熱負(fù)荷

Qk=6.5KW;

冷凝溫度

tk=40oC；制冷劑

R22

（1）

冷凝器的結(jié)構(gòu)形式：臥式殼管式冷凝器

（2）

冷卻水溫

t’,溫升△t,t1’=32oC;在臥式冷凝器中，一般取△t=3～5oC,取△t=4

oC，冷卻水出口溫度

t’

’=

t1’+△t=36

oC

（3）

冷凝器中污垢熱阻

管外熱阻

ro=0.9x10-4m2.oC/W

管內(nèi)熱阻

ri=

0.9x10-4m2.oC/W

（4）

冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算

①

冷卻水流量

qvs

和平均傳熱溫差△tm

冷卻水流量qvs為

QVS=Qk／(ρc?t)=6.5／(1000×4.187×4)=0.388×10-3

m/s

平均傳熱溫差

△tm

=t，-t,／㏑[tk-t1,/(tk-t1，)]=36-32/㏑[40-32/(40-36)]=5.8

℃

②

初步規(guī)劃的結(jié)構(gòu)尺寸

選用的銅管，取水流速度

u=1.5m/s

則每流程的管子數(shù)

z=4qVS／πdi2u=4×0.388×10-3/[3.14×(10-2)2×10-6×1.5]=5.15

圓整后z=6

根

實(shí)際水流速度

u=4qVS／πdi2z=4×0.388×10-3/[3.14×(10-2)2×10-6×6]=1.3

m/s

③

管程與有效管長(zhǎng)

假定熱流密度q=6400w/m2則所需的傳熱面積Fo為

Fo=Qk/q=6500/6400=1.015

m2

管程與管子有效長(zhǎng)度乘積

NLc=F0/πd2z=1.015/(3.14×0.01×6)=5.38

m

采用管子或正三角形排列的布置方案，管距

S=20mm,對(duì)不同流程數(shù)N，有不同管長(zhǎng)lc及筒徑D,見(jiàn)下表：

N

lc(m)

NZ

D(m)

lc/D

2.69

0.14

1.34

0.18

0.89

0.20

0.67

0.22

從D及l(fā)c/D值看，8流程是可取的④

傳熱系數(shù)

1)

管內(nèi)冷卻水與內(nèi)壁面的換熱系數(shù)，αi=0.023λ/di

Ref0.8Prf0.4

計(jì)算時(shí)取冷卻水的平均溫度ts為定性溫度

ts=(t1’+t1’’)/2=(32+36)/2=34℃

Ref=udi/v=1.3×0.008/(0.7466×10-6)=13930

Ref0.8=2066

Pr=4.976(查物性表中的數(shù)據(jù))

Pr0.4=1.9

λ=62.48×10-2

W/(m

oC)

αi=0.023×62.48×10-2/0.008×2066×1.9=7051

W/(m2

oC)

2)

水平管的排數(shù)

因流程數(shù)N=8，總的管子數(shù)Nz=48，將這些管子布置在17個(gè)縱列內(nèi)，每列管子數(shù)分別為1，2，3，4，3，3，3，3，4，3，3，3，3，4，3，2，1則按公式

=[48/(2×10.75+2×20.75+10×30.75+3×40.75)]4=2.94

(3)管外換熱系數(shù)α0的計(jì)算

α0=cb(1/?t0d0)0.25

W/(m2

·℃)

查表得

b=1465.9,c=0.725,α0=nm-0.25αco=2585?t0-0.25

W/(m2

·℃)

（4）傳熱系數(shù)大。傳熱過(guò)程分成兩部分：第一部分是熱量經(jīng)過(guò)制冷劑的傳熱過(guò)程，其傳熱溫差為?t0，第二部分是熱量經(jīng)過(guò)管外污垢管。管壁管內(nèi)污垢層以及冷卻水的傳熱過(guò)程：

第一部分的熱流密度：

q1=λα0?t=2585?t00.75

W/m3

第二部分的熱流密度為：

q2=?ti/[(1/αi+γi)d0/di+δ/λ(d0/dm)+

γ0]

W/m2

其中

dm為管子的平均直徑，將有關(guān)數(shù)值代入求的：

q2=2614?ti=2614(5.8-?t0)

取不同的?t0試湊：

?t0

q1

q2

7319.2

5892.5

3.5

6012.2

6614.78

3．35

6404.3

6400.9

可見(jiàn)?t0=3.35時(shí)，q1與q2的誤差已經(jīng)很小，所以tw=36.65oC，q=6404

W/m2

這與前面假定的q=6400

W/m2

只差0.6%，表明前面的假定可取。

(5)傳熱面積和管長(zhǎng)：

傳熱面積F0=1.015m2，有效管長(zhǎng)L=0.67m，適當(dāng)增加后，取管長(zhǎng)為0.93m。

(6)水的流動(dòng)阻力

沿程阻力系數(shù)ξ=0.3164/Ref0.25=0.3164/(13930)0.25=0.0291

冷卻水的流動(dòng)阻力?P為：

?P=1/2

ρu2

[(ξ

N

L/di)+1.5(N+1)]

=0.5×1000×1.32×[0.0291×8×0.93/0.008+1.5(8+1)]

=0.034MPa

考慮到外部管路損失，冷卻水總壓降約為：

?P，=0.1+?P=0.134MPa

取離心水泵的效率?=0.6，則水泵所需的功率為：

Pe

=qr

?P，/?=0.388×10-3×0.134×106/0.6=86.7

W

設(shè)計(jì)綜述如下：Ф10×1的銅管總數(shù)為48根，每根傳熱管的有效長(zhǎng)度為930mm，管板的厚度取30mm，考慮傳熱與管板之間脹管加工時(shí)兩端各伸出3mm，傳熱管實(shí)際下料長(zhǎng)度為1000mm，殼體長(zhǎng)度為930mm，殼體規(guī)格為Ф273×7mm的無(wú)縫鋼管，取端蓋水腔深度為50-60mm，端蓋鑄造厚度約為10mm，則冷凝器外形總長(zhǎng)為1100mm。冷卻水流程為8，傳熱管48根。冷凝器外壁涂上1mm的隔熱涂料。

3.熱水器燒水時(shí)間計(jì)算（實(shí)用性計(jì)算）：

熱水器換熱器熱負(fù)荷

6.5kW，電熱水器總共50L水

將50L水從14℃加熱到40℃水溫升高26℃

燒水時(shí)間t

假設(shè)水箱保溫不夠散熱，損失20熱能

燒水時(shí)間t’=

冷凝器設(shè)計(jì)入口溫度為32℃，當(dāng)水溫較低(<=32)時(shí)，冷凝器的傳熱溫差較大，傳熱快。當(dāng)水溫較高（>32℃）時(shí)，冷凝器的傳熱溫差較小，傳熱慢?？傮w來(lái)看，啟動(dòng)空調(diào)20分鐘內(nèi)，能夠?qū)⑺疅_(kāi)到40℃供洗澡用。

4.節(jié)能計(jì)算

情況1：夏季使用空調(diào)制冷，且需要熱水洗澡，冷水水溫20℃

需要水溫40℃：節(jié)約全部原來(lái)需要電熱水器燒水消耗的電能

需要水溫60℃：節(jié)約初始20℃到40℃的燒水電能；40℃到60℃，使用電熱水器加熱；

電熱水器耗能：W=cm?t=4187*50*40=8374000J

本裝置耗能：W=cm?t=4187*50*20=4187000J

與使用電熱水器加熱相比節(jié)能：（8374000-4187000）/8374000=50%

情況2：春秋季節(jié)不使用空調(diào)制冷，且需要熱水洗澡，冷水水溫15℃

需要水溫40℃：使用熱泵加熱，供熱系數(shù)為4.3，與電熱水器加熱相比，節(jié)約電能76%。

需要水溫60℃，先使用熱泵將水加熱到40℃，再用電熱水器加熱到60℃；

電熱水器耗能：W=cm?t=4187*50*45=9420750J

本裝置耗能：W=cm?t=4187*50*（25/4.3+20）=5404151J

與使用電熱水器加熱相比節(jié)能：42.6%。

情況2：春秋季節(jié)不使用空調(diào)制冷，且需要熱水洗澡，冷水水溫10℃

需要水溫40℃：使用熱泵加熱，供熱系數(shù)為4.3，與電熱水器加熱相比，節(jié)約電能76%。

需要水溫60℃，先使用熱泵將水加熱到40℃，再用電熱水器加熱到60℃；

電熱水器耗能：W=cm?t=4187*50*50=10467500J

本裝置耗能：W=cm?t=4187*50*(30/4.3+20)=4187000J

與使用電熱水器加熱相比節(jié)能：46%。

綜上，本設(shè)計(jì)主要在節(jié)約電熱水器加熱部分的能量，至少能節(jié)能40%以上。且夏天能利用空調(diào)制冷的熱量，春秋冬季使用熱泵制熱，節(jié)能優(yōu)勢(shì)明顯。

工作原理及性能分析

工作原理：能級(jí)匹配節(jié)能原理，熱泵原理

電熱水器通過(guò)電加熱的方式加熱水，是把功變成熱，能級(jí)嚴(yán)重不匹配，造成能源的品質(zhì)浪費(fèi)。本作品基于熱泵原理（通過(guò)做功把熱量由低溫?zé)嵩磦飨蚋邷責(zé)嵩?，得到?shù)量高于功的能量），較電加熱熱水器而言實(shí)現(xiàn)電能的合理利用。

性能分析：

從經(jīng)濟(jì)性上來(lái)說(shuō)，熱泵成本較高，本作品合理的利用空調(diào)裝置，實(shí)現(xiàn)熱水器的熱泵改造，實(shí)現(xiàn)設(shè)備投資的節(jié)約。

理論估計(jì)本設(shè)計(jì)的性能要遠(yuǎn)高于空調(diào)和熱水器單獨(dú)使用。具體的性能指標(biāo)還有看實(shí)際中空調(diào)和熱水器聯(lián)用對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的影響程度，才能確定。

創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

1）實(shí)現(xiàn)空調(diào)和熱水器不同工況的有效整合；

2）操作和控制簡(jiǎn)便，容易地使用它；

3）空調(diào)設(shè)備在春秋冬季節(jié)得到有效利用。

在全國(guó)大中城市，空調(diào)和電熱水器普及數(shù)量很多，大部分屬于隔離狀態(tài)，有待在節(jié)能改造，因此應(yīng)用前景很廣。

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