随着工业的发展，人民生活水平大幅提升，中央空调系统在生活中随处可见，其广泛应用于学校、商超、地铁等场合。在大型建筑当中，中央空调系统好比人体供血系统一样，是十分重要的组成部分。其消耗的电能规模也十分庞大，占建筑四到六成的总能量消耗。而目前，中央空调控制系统信息传输速度慢、控制方式落后、无法监控设备运行状态，导致供给侧负荷和需求侧负荷不匹配，加之用电规模庞大，造成电能的巨大浪费。因此，设计一款具有较高自动化程度的中央空调控制系统，带来的收益是非常可观的。假如优化后的中央空调系统节能1%，每年节省的电能累计也是非常大的，这不仅为国家节省大量的能源，同时也降低消费者的开销。节能的主要措施是采用变频器，变频器的使用不仅降低了中央空调启动的次数，而且减少了大功率电机频繁启动时对电网的冲击次数，保障电网的可靠运行，同时也提高了消费者使用的舒适度。 1中央空调的结构组成
中央空调的主要结构包括空调主机、水循环系统、空调风机、冷却塔及相应的控制系统。以空调制冷工作过程为例，其工作原理如图1所示。传统的中央空调系统主要有两大缺点。一
是空调风机启动后，就一直保持在额定功率状态运行，输出的风量是固定值。二是空调的水循环系统设计是根据可能出现的最大负荷来进行的，并留有一定的余量。这样的控制策略导致使用场景中的温度无论怎样变化，中央空调系统的风机、冷却泵、冷冻泵的电机转速都保持在设计的额定状态，系统能耗始终处于设计的最大值。而由于中央空调的使用场景多，且受多种因素(季节、天气、人流量增减)变化影响，造成中央空调负荷充满不确定性。若中央空调系统继续保持工频运行的设计方案，不仅会使水泵和风机频繁地启动/停止，产生较大的冲击电流，不利于电网的安全运行，还会造成大量能源浪费。
2中央空调控制系统的硬件设计
本设计主要采用电机配置变频器来实现调速控制。对不同负荷采取变风量控制和变流量控制来降低空调风机、压缩机、冷却泵和冷冻泵电机产生的无效能源消耗。使实际需要的负荷同中央空调系统制造的冷量实现动态平衡，以达到节能的目的。
PLC采用S7-1200，CPU型号为1214DC/DC/DC，并配置了TP700 Comfort人机界面，用来显示系统温度趋势和报警信息等。变频器型号为MM420。控制时需要利用PLC中的“PID_Temp”功能块进行输出控制。中央空调系统温度检测范围一般在10°℃到40℃，所
以本次选用的温度传感器为工业中常用到的PT100热电阻。该传感器结构简单，模块化、标准化设计，可以快速替换，且价格便宜，在一般的温度测量中应用广泛。
3 中央空调控制系统的软件设计
控制系统编程采用西门子博图软件，博图是把工程组态、软件编程和项目环境整合一体的全集成自动化软件。它把西门子STEP7、WinCC和StartDrive等独立的软件配置到了统一的软件平台，可以在相同开发环境中把PLC、HMI和驱动装置组态到一起，市面上所用的自动化控制编程任务基本都可以在上面完成。
3.1中央空调工作控制流程设计
PLC根据指令，对控制对象进行控制，分为自动控制和手动控制。自动控制主要是启动各个设备和对各种泵进行变频控制，根据控制温度和实际温度差值，进行PID调节。具体在流程中的控制为：首先设定为自动模式，系统检测当前的实际温度，然后和设定的温度值进行比较，结果如果是相等或相近，则空压机低频节能运行；如果温度相差较大，则启动空压机、冷却泵、冷冻泵等设备进行工频全压运行，控制模式算法采用PID算法，可在博图软
件中设置P、I和D的参数值，并设置为自动调节参数。手动控制则是分别对各个设备和各个泵进行单独控制，以及对泵的频率设定控制。具体操作为：首先设定控制模式为手动模式，然后根据实际情况决定是否手动启动风机和设定风机的频率即风速，然后根据传感器的检测结果，人为地判断设定温度和当前温度的差值大小，由操作者判断是否启动冷却泵，并设定冷却泵的频率即转速，若要温度提升，则手动启动加热器。
3.2 中央空调工作控制组态设计
利用博图软件中的HMI设计软件，设计如图4、图5所示的组态界面。主要包括手动界面和自动界面。自动界面相对内容较少，只需要显示各个房间的温度值和风机、冷却泵、冷冻泵以及加热器的运行状态和各个泵的运行频率即可，不需要对各个设备在该界面进行控制，具体的控制过程体现在PLC的程序中，并自动完成。手动状态界面首先要显示各个房间的温度，各个设备和各个泵的运行状态以及当前运行的频率，然后需要对各个设备的运行状态进行手动控制，并要手动设定各个泵的运行频率。
4小结
家用智能控制系统
本设计实现了小型中央空调的PLC控制。在整个设计过程中，对中央空调的结构、运行原理、控制策略进行了研究，得到中央空调变频运行的方案。在此基础上设计了硬件控制系统并对主要硬件进行了选型；设计了软件控制的流程，规划了控制流程图；设计了组态监控界面包括自动控制界面和手动控制界面，从而实现了中央空调的变频运行控制，最终实现变频节能的目的，该设计方案和思路对在大型建筑物(如学校、商超、地铁等公共场所)的中央空调变频节能运行设计有一定的参考作用。
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