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摘 要

随着地球能源的减少以及人们对环保意识的重视，水源热泵作为一种新兴空调系统受到越来越多的重视与青睐。

本文设计了一套基于PLC的水源热泵控制系统，通过对水源热泵控制系统控制方法的研究以及控制要求的分析，进行了包括硬件电路、监控画面组态以及软件编程三方面的设计。

硬件电路的设计包括一次回路和二次回路的设计，采用互锁的方法实现水泵的启停顺序控制，并根据计算所得建筑物冷热负荷对泵以及保护元件进行选型。同时，使用组态软件设计监控画面，实时显示系统各机组的启停状态，是否故障以及历史曲线趋势。用户可以通过监控界面对机组启停、手自动进行控制与设定。最后，对控制系统进行软件编程，通过PLC的PID功能指令实现系统的温度控制。

仿真结果表明：通过上述对控制系统的设计，水源热泵机组具有很好的稳定性、可靠性和安全性。采用变频器拖动电机工作，使系统能在在保持效率的同时做到节能。

关键字：水源热泵 PLC PID

PLC based control system design of the ground water heat pumps

Abstract

With the decrease of the earth energy and the attention people paid to the environmental protection, water heat pump is becoming a new type of air-conditioning system, which is attached more and more attention and favor.

A control system based on PLC for water heat pump was designed in this paper , through the analysis of control method and control requirements of the system, hardware circuit ,monitoring screen configuration and software programming was designed in this paper.

Design of hardware circuit includes primary circuit and secondary circuit design, interlocking method was used in pump order control, and the pump and protective element was selected according to the calculation of income building cooling and heating load. At the same time, monitor screen was design in configuration software . The user can control the unit by the monitoring boundary. Finally, the control system is programmed by PLC, and the temperature control of the system is realized by the PID function instruction .

The simulation result shows that the water heat pump unit has a steady stability and strong working ability through the design of the above mentioned control system. The system can save energy in the premise of work well due to the use of frequency conversion control.

Key Words: water heat pump PLC PID

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1国内外相关研究现状 1

1.2水源热泵控制系统基本概念 2

1.3水源热泵控制系统基本形式 2

1.4本课题主要内容 3

第二章 硬件部分的设计 4

2.1 PLC的选择 4

2.2建筑物热负荷计算 5

2.2.1建筑物冷热负荷计算 5

2.2.2电机功率计算 6

2.3主电路及控制电路 7

2.3.1控制方案的设计 7

2.3.2主电路设计与元器件选型 10

2.3.3变频器原理与选型 12

2.3.4控制电路设计 13

2.4 PLC I/O点的分配 14

2.5 PID功能指令介绍 15

第三章 软件部分的设计 18

3.1组态软件的介绍和选择 18

3.2 Wincc flexible的画面创建 19

3.2 .1变量的创建 19

3.2 .2画面的创建 19

3.3 Wincc flexible编译及仿真 23

3.4 PLC编程 26

参考文献 33

致 谢 35

第一章 绪论

随着我国经济发展及人民生活水平提高,人们对居住环境的热舒适要求也越来越高,这使得空调逐渐成为改善居住环境热舒适度的最主要工具。然而，伴随着大量空调设备在生产生活中的使用，建筑物对能源的消耗也随之增加。我国城市供能的主要来源仍是煤等化石燃料,风能、太阳能等绿色能源的使用较少。随着环保意识的增强，用户对节能方面的要求越来越高,开发商在新建工程中更多的使用节能措施以达到环保需求。

本文介绍了水源热泵的基本工艺和流程以及不同控制方案，通过对比研究设计一套基于PLC控制的水源热泵控制系统。文章首先介绍了基于PLC水源热泵控制系统的工艺及相关流程，第二章主要是控制系统硬件设计、原理图以及PLC点数统计。先根据控制要求设计手动控制与自动控制切换的硬件线路，主要包括设备的启停顺序、手自动切换、元器件等的选型等，最后按照工艺要求设计上位机控制界面编程与调试以及PLC软件编程及调试。

1.1 国内外相关研究现状

美国在上世纪60年代最早提出水源热泵系统这一概念,经过40多年不断的改进和发展,水源热泵技术变的越来越先进与成熟，得到了大范围的应用，每年都在以稳步的速度增长。水源热泵系统的大范围广泛使用，对环保节能有着重要意义。不仅降低了对能源日益增长的需求，同时也降低了温室气体的排放，减轻了环境的负担。每年水源热泵的使用率都在稳定增长着^[5]。

中国对水源热泵系统的研究开始于上世纪50年代,天津大学的吕灿仁教授最先开展了我国热泵的研究事业。上海、天津等地区在此前提下就已经尝试抽取地下水源的方式来达到制冷制热的目的。而我们国内的第一台真正意义上的水源热泵空调机大约是在1965年左右生产研制出来的。随着时代的发展，国内对水源热泵系统研究的相关技术也日趋成熟，越来越多的水源热泵厂家开始出现。经济的飞速发展带来的是能源的急剧消耗,未来的中国将面临着巨大的能源危机和环保压力。为了能够更好的节能减排以及提升自身竞争优势,我们必须加快我国自主水源热泵品牌的研发^[8]。

1.2 水源热泵控制系统基本概念

水源热泵控制系统主要由末端系统、井水系统、主机系统等组成^[11]。

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