目 录
目 录 . ............................................................................................................................. 1
1绪论 . ................................................................................................................................ 3
1.1引言 . ..................................................................................................................... 3
1.2相关概念 . ............................................................................................................. 4
1.2.1中央空调 ................................................................................................... 4
1.2.2冷水机组 ................................................................................................... 4
1.2.3冷却塔 ....................................................................................................... 4
1.3 设计目的及要求 ................................................................................................. 4
1.3.1 课程设计目的 .......................................................................................... 4
1.3.2 本次设计的主要内容及要求 .................................................................. 5
2 冷水机组简介及选型 .................................................................................................... 6
2.1 冷水机组分类 ..................................................................................................... 6
2.2 工作原理 . ............................................................................................................ 7
2.3冷水机组的自动控制 .......................................................................................... 9
2.3.1冷水机组自动控制的发展 ....................................................................... 9
2.3.2 冷水机组的监控内容与监控方式 .......................................................... 9
2.4 冷水机组的选型 ............................................................................................... 12
2.4.1常用冷水机组的特点分析 ..................................................................... 12
2.4.2冷水机组选型应考虑因素 ..................................................................... 13
3 系统监测与控制方案设计 .......................................................................................... 16
3.1 冷水机组监控分析 ........................................................................................... 16
3.2 监控原理图 . ...................................................................................................... 17
3.2.1 监测内容 ................................................................................................ 18
3.2.2 联锁及保护 ............................................................................................ 19
3.2.3 控制 . ....................................................................................................... 19
4 冷水机组起停控制过程设计 ...................................................................................... 19
4.1 起停控制过程分析 ........................................................................................... 20
4.2 辅助设备联锁运行 ........................................................................................... 20
4.3 PLC梯形程序图 . ............................................................................................... 21
5 组态监控软件设计 . ..................................................................................................... 25
5.1 组态软件简介 ................................................................................................... 26
5.2 力控（Force Control）组态软件 . .................................................................... 26
5.3 系统工艺图 . ...................................................................................................... 27
5.4 工程组态 . .......................................................................................................... 28
5.4.1 定义I/O设备 . ........................................................................................ 28
5.4.2 建立数据库点 ........................................................................................ 29
5.4.3 创建数据连接项 .................................................................................... 30
6 致谢 . ............................................................................................................................. 32
7 参考文献 . ..................................................................................................................... 33
1绪论
1.1引言 随着信息技术的发展，电子技术、自动控制技术、计算机及网络技术和系统工程技术得到了空前的高速发展，逐渐渗透到人类生活的各个领域，对人类的生产、学习和生活方式产生了极大影响，给人们带来前所未有的方便和利益。与人类工作、学习和生活密不可分的主要活动场所——各类建筑也毫不例外地受到了影响和冲击，使人们对赖以生存的工作和生活的建筑环境的安全性、舒适性、便捷性等诸多方面也提出了更高要求，强调高效率、低能耗的“绿色建筑”是可持续发展的目标。智能建筑便是在这样的背景下应运而生，悄悄走进了人类生存的社会。 智能建筑是现代建筑技术、现代通信技术、现代计算机技术和现代控制技术等多种现代科学技术结合的产物。现代建筑技术给智能建筑提供了一个基本的建筑物支持平台，现代通信与网络技术构成了智能建筑的“神经网络”，而由现代计算机及网络技术和现代控制技术支持的建筑设备自动化系统给传统的土木建筑在其雄伟的钢筋混凝土结构和华丽的装潢外表之上又赋予了强大的生命力和活力。这种日趋完善的智能化建筑又及大地改变着人们的生产、生活环境和习惯，使人们在建筑环境的安全、舒适、便捷等方面得到了实惠。人们对智能建筑的功能不断提出更高的要求，推动着建筑设备自动化技术的不断发展。 集中空调冷水系统一般以制冷机、热泵、冷水机组为主，并配以多种水泵、冷却塔、膨胀水箱、阀门等。冷热源系统是暖通空调系统的心脏，也是耗能大户，因此是系统监控的重点。监测与控制系统的主要任务是：
1）基本参数的测量、设备的正常启停与保护。
2）基本的能量调节。
3）冷源及水系统全面调节保护与联动控制。
1.2相关概念
1.2.1中央空调 中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成。制冷系统为空气调节系统提供所需冷量，用以抵消室内环境的冷负荷；制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量。制冷系统是中央空调系统至关重要的部分，其采用种类、运行方式、结构形式等直接影响了中央空调系统在运行中的经济性、高效性、合理性。
1.2.2冷水机组 冷水机是一种物理机器。冷水机组是以多台压缩机并联工作的形式优化了冷水机组的工作结构，从而达到高效的制冷量
输出。
1.2.3冷却塔 冷却塔是利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热、对流传热和辐射传热等原理来散去工业上或制冷空调中产生的余热来降低水温的蒸发散热装置，以保证系统的正常运行，装置一般为桶状，故名为冷
却塔。 图1冷水机组实物图
1.3 设计目的及要求
1.3.1 课程设计目的
1. 进一步巩固理论知识，培养所学理论知识在实际中的应用能力。
2. 掌握一般建筑电气控制系统的设计方法。
3. 培养查阅图书资料、工具书的能力。
4. 培养工程绘图、书写技术报告的能力。
1.3.2 本次设计的主要内容及要求
1. 掌握冷水机组的启停控制顺序及其工作原理。
2. 根据冷水机组的实际运行的要求，制定合理的启停方案。
3. 绘制有关图纸：中央空调冷水机组监控原理图。
4. 掌握PLC 工作原理、编程、调试方法及PLC 控制系统的设计方
法以及在生产设备中的应用技术。
5. 正确确定I/O点数，合理选用PLC 控制器，并进行I/O地址分配，
编写梯形图程序。
6. 用Force Control设计上位机监控界面，并与PLC 通讯。
2 冷水机组简介及选型
2.1 冷水机组分类
2.2 工作原理
冷水机俗称冷冻机、制冷机、冰水机、冻水机、冷却机等，其性质原理是一个多功能的机器，除去了液体蒸气通过压缩或热吸收式制冷循环。蒸汽压缩冷水机组包括四个主要组成部分的蒸汽压缩式制冷循环压缩机，蒸发器，冷凝器，部分计量装置的形式从而实现了不同的制冷剂。吸收式冷水机利用水作为制冷剂，并依靠之间的水和溴化锂溶液，以达到制冷效果很强的亲和力。
在集中（中央）空调系统中，目前常用的制冷方式主要有压缩式制冷和吸收式制冷两种方式。在空调系统，冷冻水通常是分配给换热器或线圈在空气处理机组或其他类型的终端设备的冷却在其各自的空间，然后冷却水重新分发回冷却被冷却了。冷水机按制冷形式一般可分为水冷式和风冷式，在技术上，水冷比风冷能效比要高出300到500的kcal/h；在价格上，水冷要比风冷低得多；在安装上，水冷需纳入冷却塔方可使
用，风冷则是可移动，无需其他辅助。其工作原理图分别如下：
图2 风冷式冷水机工作原理
风冷式低温冷水机是为特殊的低温环境而设计的专用冷水机，其超强的制冷能力为宾馆，酒楼，超市等商业场所的食品保鲜，大型冷库肉类，海鲜急冻，冷藏，制冰领域，食品加工冷冻/冷藏，制药，化工等各种低温环境提供了可靠的保障。
图3 水冷式冷水机工作原理图
图4 风冷式冷水机组流程图
图5 水冷式冷水机组流程图
2.3冷水机组的自动控制
自动控制的任务就是实时控制基本设备的输出量，使其与负荷变化相匹配，以保证被控制参数（如温度、湿度、压力、流量等）达到给定值；同时也应保证制冷装置安全运行、参数超限保护及报警、参数记录、故障显示诊断等。调节单台机组的处理，对于不同机型的机组，其调节方法不同：离心机可调节入口导叶；往复机可采用多缸卸载或制冷剂旁通形式；螺杆机可调节滑阀位置；吸收式可调节蒸汽、热水或气体的混合比等，对于有变频器的制冷机可调节其频率。单台制冷机的监控与能量调节由制冷机供应商配置的人工智能控制系统完成。
2.3.1冷水机组自动控制的发展
冷水机组系统的自动化在我国经历了三个阶段：90年代以前，冷水机组的控制主要以启停控制为主，很少做温度控制。此阶段主要是根据负荷计算选择相应的冷水机组进行温度调节，控制上只进行启停控制，实际运行中常因负荷变化剧烈，房间温度时高时低，无法稳定，也造成一定的能源浪费。90年代初至90年代中期，随着现代工业化的发展，以及人们对舒适性、节约能源的要求的不断提高，冷水机组控制开始大量采用温度控制器，实行对房间温度的控制，基本上采用的是单回路控制系统。90年代后期，随着计算机技术、信息通讯技术和自动控制技术的迅速发展，以及人们对舒适、便利、安全、高效的工作和生活环境提出了更高的要求，尤其是智能建筑的迅速发展，在冷水机组控制中开始采用直接数字控制系统(DDC)和监督控制系统(SCC)，此时仍以单回路控制系统为主，但己有许多专家开始提出“采用串级控制系统”。
2.3.2 冷水机组的监控内容与监控方式
单台机组的控制任务一般由安装在主机上的单元控制器完成，有些单元控制器同时还完成一部分辅助系统的监控，还有些制冷机的供应商同时提供冷冻站的集中控制器，对几台制冷机及其辅助系统实行统一的监测控制和能量调节。制冷装置控制系统是制冷装置的组成部分，它为
更好地完成冷媒循环的制冷工艺系统服务。
1. 监控内容
就自动控制系统而言，主要的监控内容为：
1）对制冷工艺参数（压力、温度、流量）等，进行自动检测。参数检测是实现控制的依据。
2）自动控制某些工艺参数，使之恒定或者按一定规律变化。对一台自动控制的制冷装置，首先期望的维持被冷却对象在指定的恒温状态。由此而来，还涉及到其他一系列相关参数（如蒸发压力、冷凝压力、供液量、压缩机排汽量）的调节。
3）根据编制的工艺流程和规定的操作程序，对机器、设备执行一定的顺序控制或程序控制。实现自动保护，保证制冷设备的安全运行。在装置工作异常、参数达到警戒值时，使装置故障性停机或执行保护性操作，并发出报警信号，以确保人机安全。
随着使用技术和功能、容量等参数的不同，实现自动控制所采用的控制规律和控制元件也不尽相同。一般小型制冷装置系统简单、温控精度要求不高，采用较少的、简单便宜的自控元件、双位控制或比例控制便可以实现自动运行。复杂的大型空调用制冷装置，其机器设备多，工艺流程复杂、控制点多，运行中各设备、各参数的相互影响需要更仔细考虑，所以自动控制的监控难度相对较大，所需自控元件较多，所采用的控制规律，由单一的双位控制、PID 控制上升为智能控制。
2.BAS 对冷水机组的监控方式
随着计算机技术的发展，目前许多冷源设备自控通常都配有十分完善的计算机监控系统，能实现对机组各部位的状态参数的监测，实现故障报警、制冷量的自动调节及机组的安全保护，并且大多数设备都留有与外界信息交换的接口。接口形式有两种，一种为通信接口（如RS-232/RS-485），另一种为干触点几口。通过RS-232/RS-485接口，可以通过通信实现BAS 与主机的完全通信，而干触点接口只能接受外部的起
停控制、向外输出报警信号等，功能相对简单。对于自身已具有控制系统的制冷设备，BAS 实现对其监控的方式有三种：
1）不与制冷机组的控制器通信，而是在冷媒水、冷却水管路安装水温传感器、流量变送器、压力变送器，当计算机分析出需要开/关主机或改变出口水温设定值时，就以某种方式显示出来，通知值班人员进行相应的操作。此外，主机在配电箱中通过交流接触器辅助触头、热继电器触头等方式取得这些主机的工作状态参数，这种监控不能深入到主机内部，检测信号是不完整的。特别是报警信号只能检测到电动机的过载、缺相等，对压缩机吸排气的压力、润滑油压力和油温等都无法检测。冷站内的相关设备（风机、水泵、电动蝶阀等）的联动控制由BAS 承担。
2）采用主机制造商提供的冷冻站管理系统。这类管理系统能够把冷冻站内的设备全部监控管理起来，实现机组的起停控制、故障检测报警、参数监视、能量调节与安全保护等。另外还可实现机组的群控。采用这种方式可提高控制系统的可靠性和简便性，但还不能使空调水系统控制与冷冻站控制两者之间实现系统整体的理想优化控制与调节。
3）设法使主机的控制单元与BAS 通信。有三种途径：①控制系统厂商提供专门的异型机接口设置，如图x-x 所示的方式使控制单元与系统连接，通过修改其中的软件，就可以实现两种通信协议间的转换。②DCU 现场控制机带有下挂的接口（如RS-232或RS-485），可以外接控制单元。根据控制单元的通信协议装入相应的通信处理及数据变换程序，实现与冷源主机通信。③采用控制系统与制冷机组统一的通信标准，如BACnet ，实现互联BAS 与制冷机组之间的通信。这样可以实现整体的优化控制与调节。
制冷机
单元控制器
图 通信 变换接口
控制系统通信网接口
BAS 联动控制。
2.4 冷水机组的选型
目前，冷水机组常用的有活塞式、螺杆式、离心式等压缩式冷水机组及溴化锂吸收式制冷机组。根据冷凝器的冷却介质不同，还将压缩式冷水机组分为风冷式和水冷式两种。且活塞式、螺杆式和溴化锂吸收式制冷机尚有冷水机组和冷热水机组。另外，随着涡旋式压缩机的广泛应用，出现了涡旋式冷水机组。在诸多冷水机组中，选用合适的冷水机组能够达到设计方案最优，运行管理最佳。在选用冷水机组中，应了解目前各种冷水机组的型式及特点，从各方面综合考虑。
冷水机组整个热源系统和制冷系统组装在一起，现场施工方便，对机组进行电气线路和水管的连接与隔热施工，便可投入运行。且自动化程度较高，实现了微电脑智能化控制，并设有多种自动保护，如设有高低压保护、油压保护、电动机过载保护、冷媒水系统设有冷媒水冻结保护和断水保护，确保机组运行安全可靠。
2.4.1常用冷水机组的特点分析
(1)活塞式冷水机组
活塞式冷水机组的特点是可以根据负荷要求自动控制压缩机台数及压力、温度、制冷量等参数。制冷量可实现25％～100％分级调节。机组采用R134a 或R22作制冷剂，这两种制冷剂目前均可使用。其中，R22
虽对臭氧层有一定破坏作用，但限制期在2040年。活塞式压缩机的优点是制造工艺成熟，热力性能较好。开启式和半封闭式压缩机使用维护方便，且造价低，易于控制。缺点是与其它制冷压缩机相比，机器零件复杂，体积较大，检修周期短。
(2)螺杆式冷水机组
螺杆式冷水机组的特点是可设定冷媒水出水温度和控制精度，调节压力比和多台机组最佳匹配运行。可自动检测运行参数及显示故障种类。其制冷量在10％～100％范围内，可实现无级的调节。与活塞式压缩机相比其优点是体积小，重量轻，输气系数高，结构简单，适应工况范围宽。缺点是开启式螺杆式压缩机的噪声较大，润滑系统复杂。目前市场上使用的风冷螺杆式冷水机组，多使用半封闭式压缩机，其存在的问题得到了改善。
(3)离心式冷水机组
离心式冷水机组的特点是蒸发器和冷凝器可做在一个筒体中，作为压缩机的机座。使用面积和空间小，对基础要求不高。机组采用R134a 或R123作制冷剂。其制冷量可在10％～100％范围内无级调节(考虑到小制冷量下效率较低，制冷量一般在30％～100％范围内调节) 。与活塞式压缩机相比其优点是转速高，尺寸小，质量轻，振动小，寿命长，制冷剂含润滑油量少等优点。缺点是零件加工精度高，结构密封要求严。
2.4.2冷水机组选型应考虑因素
选择冷水机组应当根据当地气候条件、能源条件、水源及水质条件、冷水机组容量大小、运行经济性等情况，通过技术经济比较确定。
（1）能源条件。对于地区电价不高，电力资源丰富的地区，采用压缩式冷水机组，可以显出压缩式冷水机组的性能系数高，同制冷量下体积小的优点。而对于用电紧张、电价较高，但蒸汽供应或燃气(油) 供应较充足且价格稳定的地区，特别是有废汽的地区，采用溴冷机可以显出吸收式机组对热源温度要求不高，用电量少且环保的优点。
（2）水源和水质条件。水源、水质条件决定了冷水机组中冷凝器的类型，若水源丰富，水价合适，则采用水冷式冷水机组，反之，采用风冷式冷水机组。采用水冷式冷水机组的优点是制冷系统冷凝温度低，制冷系统的高压压力低，因而压缩机工作条件好，性能系数高。缺点是需要一套冷却水系统，初期投资高。在水源丰富但水质差的地区，一种方法进行水处理后循环使用，另一种方法就是采用风冷式冷水机组。特别注意的是对溴冷机来讲，冷却水质差又不进行水处理会造成机组制冷量衰减很快。这种情况下应对冷却水系统采取水处理措施。采用风冷式冷水机组和冷热水机组的优点是冷凝器的冷却系统简单，机组冷凝器由空气冷却，省去了复杂的冷却水系统；风冷式冷热水机组可以夏季供冷、冬季供暖，达到一机两用的目的；但在冬季若采用冷热水机组采暖，机组制热运行时，蒸发器易出现结霜现象，需要定期停机除霜，影响机组运行；其次，冬季冷热水机组在温度较低的地区工作时，因制热量不足，需要采用其他辅助加热措施。考虑到风冷冷热水机组冬季结霜及寒冷地区冬季温度低，造成制冷系统中高低压力比较大，机组性能系数低等问题，风冷式冷热水机组多用于长江流域及以南地区。
(3)冷水机组容量的大小。活塞式冷水机组的制冷量范围为10~700kW，因此，对于冷负荷小于700kW 的工程，采用活塞式冷水机组是合适的。近年来，涡旋式压缩机因容积效率高，动力平衡好，工作范围宽，可靠性好等优点，开始广泛使用。涡旋式冷水机组性能系数较高(达到4.3左右) ，由于大制冷量涡旋式压缩机制造困难，冷水机组一般由多台压缩机组合而成，制冷量范围在50~180kW，但价格比活塞式高。从长期运行效果看，采用涡旋式冷水机组优于活塞式冷水机组。随着涡旋式冷水机组产量的逐渐增大，在一定制冷量范围内，有可能代替活塞式机组。螺杆式冷水机组常用于空调负荷在600~1200kW范围内。由于螺杆式冷水机组变工况性能较好，近年来被广泛应用在常规空调系统和冰蓄冷空调系统中。离心式冷水机组制冷量较大，多用在制冷量大于600kW 的场合。溴冷机则用在制冷大于350kW 的空调场合。风冷式冷水
机组因冷凝温度较高，制冷剂与空气之间的传热系数低，因此，同样制冷量下，冷凝器体积比水冷机组大得多，因此，单机制冷量一般在400kW 以下。但在某些用水紧张地区采用大型风冷式冷水机组也很普遍。
就空调系统运行耗能来说，压缩式冷水机组因需电能作动力进行制冷，所以耗电量较大；而溴冷机以热能为动力进行制冷，蒸汽或燃气(油) 耗量大。就目前水平，国产冷水机组满负荷运行时，单位制冷量耗电(耗汽量) 和单位制冷量运行费用，水冷与风冷机组比较，水冷机组运行费用较低；水冷机适中，溴冷机运行费用较高，但如果在有废热的场合(如钢铁厂、发电厂等) ，则采用溴冷机为佳，压缩式机组运行费用较低，随着电力系统峰谷电价的实施，采用蓄冷空调的工程会越来越多，压缩式冷水机组在夜间用电低谷蓄冷，其运行费用会更低。当然，选择合适的冷水机组还受到机房大小、位置、初投资、人员素质等因素影响。
以所在西安建筑科技大学为例综合考虑，选用两台CW840水冷螺杆冷水机组。
3 系统监测与控制方案设计
3.1 冷水机组监控分析
冷水机组监控系统的作用是通过对制冷机组、冷却水泵、冷却水塔、冷媒水循环泵台数的控制，在满足室内舒适度或工艺温湿度等参数条件下，有效地、大幅度地降低冷源设备的能量消耗。冷水机组监控系统是整个空调控制系统的主要部分之一，由机组控制、水温控制及一次泵控制等环节组成。
(1)机组控制包括每台机组自身的运行控制、机组开启的台数控制。由自身的PLC 根据机组运行的自身规律和模式以及主控制器S7-200PLC(CPU226)的指令实现。
(2)水温控制子系统由温度信号采集、流量信号采集、数据传输及控制软件等环节组成。在二台机组的出水管道中及输往实验室的主管道中分别设置四个温度传感器，监测四个点的温度。在输水主管道中设置一流量计，监测主管道的水流量，转换得到的温度信号及流量信号传输至主控制单元的数据采集模块，进行数据采集。S7-200 PLC(CPU 226)将数据采集得到的温度数据、流量数据和预定的水温度值作为温度控制算法方程的参数，由软件根据算法方程确定开启机组的数量、对应的机组编号和对应开启机组的能调百分比，将能调百分比传输至机组PLC ，由机组PLC 调节压缩机的能调百分比，实现主输水管道中的水温控制。
控制算法是该环节的核心，为了能够实现通过调节压缩机的能调百分比调节水温，需要明确提供机组压缩机能调百分比与机组出水温度的关系的经验数据或实验数据。
一次泵的控制。由于一次泵为定频泵，它们的控制实际是供电与断电的切换，控制程序根据确定的冷水机组开启台数，确定相应一次水泵的开启或关闭，并控制对应阀门的开关。控制由主控制器输出控制信号经由驱动模块控制一次水泵的供电与断电。
(4)阀门控制。阀门由S7-200PLC(CPU226)的软件通过数字I/O或模拟量输出模块实现，电动阀门由数字I/O模块控制，比例阀由模拟量输出模块控制。
3.2 监控原理图
以单组冷水机组监控为例，原理图如下：
图8 单台冷水机组监控原理
中央空调冷水机组系统由冷媒水循环泵、通过管道系统所连接的制冷机蒸发器及用户所使用的各种冷媒水设备（如空调机和风机盘管）而组成。空调冷水机组监测与控制系统的核心任务是：
1) 保证制冷机蒸发器通过足够的水量以使蒸发器正常工作，防止冻坏。
2) 向冷媒水用户提供足够的水量以满足使用要求。
3) 在满足使用要求的前提下尽可能减少循环水泵电耗。
下图为设计的一台冷却塔时冷水机组监控系统（DDC ）原理图。该冷水机组系统由一台制冷机组、两台台冷却水泵、一台冷却塔和两台冷媒水泵组成。
3.2.1 监测内容
1）冷却水供、回温度
2）冷媒水、冷却水供回水管水流开关信号
图9冷水机组及其相关辅助设备监控系统原理图
3）冷媒水供、回水压差信号及回水流量信号
4）制冷机组正常运行、故障及远程/本地转换状态
5）冷却水泵、冷媒水泵、冷却塔风机工作、故障及手/自动状态。
DDC 将冷却水泵、冷媒水泵、冷却塔风机电动机主电路上交流接触器的辅助触点作为开关量输入（DI 信号），输出DDC 监控冷媒水泵的运行状态；主电路上热继电器的辅助触点信号作为冷媒水泵过载停机报警信号。
3.2.2 联锁及保护
1）根据排定的工作程序表，DDC 按时起停机组。顺序控制如图：
2）通过DDC 对各设备运行时间的积累，实现同组设备的均衡运行。当其中某台设备故障时，备用设备会自动投入运行，同时提示检修。
3）DDC 对冷却水泵、冷媒水泵、冷却塔风机的起停控制时间应与制冷机组的要求一致。
4）水泵启动后，水流开关监测水流状态，发生断水故障，自动停机。
5）设置时间延时和冷量控制上下限范围，防止机组频繁起动。
3.2.3 控制
1）测量冷媒水系统供、回水温度及回水流量，计算空调实际冷负荷，根据冷负荷确定制冷机组起停台数，已达到最佳节能效果。
2）根据冷却水回水温度，决定冷却塔风机的运行台数，自动起停冷却塔风机。
3）并通过控制其旁路电动调节阀的开度，调节流入冷却塔的水量。测量冷媒水系统供、回水总管之压差，控制其旁通阀开度，以维持压差平衡。
4 冷水机组起停控制过程设计
冷水机组系统是由PLC 进行总体控制的，这是由于PLC 能直接与冷水机组通讯获取机组所有的运行参数，而且能监视机组运行状态、故障报警点和遥控启停机等。为了获得更多的信息参与控制逻辑，我们还必须在机组外围安装一些传感器来获得一些机组运行的外部参数，并将所有的信号连接到PLC 控制器上。
4.1 起停控制过程分析
在空调冷媒水系统的起动或停止过程中，冷水机组与相应的辅助设备进行电气联锁。只有当所有的附属设备及附件都正常运行之后，冷水机组才能起动，停车过程则顺序相反。起停顺序及联锁控制如下图所示：
图10 单台冷水机组顺序控制步骤
当有多台制冷机组并联，并且在水管路中泵与制冷机组不是一一对应连接时，则制冷机组冷媒水和冷却水接管上还应设有电动蝶阀，以使制冷机组与水泵运行能一一进行。
4.2 辅助设备联锁运行
为了保证冷水机组的正常运行，系统要求冷水机组启动前进入冷水机组的冷却水和冷冻水要满足一定的流量要求。因此外围设备(包括冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、相关管路上的阀门) 就必须按照一定的先后逻辑关系连锁运行：控制系统要在每台冷水机组冷冻水和冷却水侧安装水温传感器和水流开关，在启动冷水机组前判断水流是否满足要求。
具体的控制策略如下：
(1)开启顺序
①开冷却塔风机
②开冷却塔的电动蝶阀和冷冻水管路冷却水管路上的电动蝶阀
③开冷却水泵
④开冷冻水泵
⑤确认冷水机组冷冻水和冷却水水流状态
⑥冷冻机组开启
(2)关闭顺序
①冷冻机组停机
②冷却水泵停机
⑧冷却塔停机
④冷却塔的电动蝶阀和冷冻水管路冷却水管路上的电动蝶阀关闭 ⑤一定时间延迟后冷冻水水泵关闭
冷水机组一般都内置有冷冻水和冷却水侧的温度传感器和水流开关，而且一般采用压差或电热型水流开关，比目前系统中常用的靶式水流开关更稳定可靠。这样就可以大大降低系统成本和复杂程度提高系统稳定性和可靠性。当系统有备用水泵需要轮流运行时就不能直接使用冷水机组内置的连锁控制逻辑。
4.3 PLC梯形程序图
根据上述起停顺序分析，运用PLC 梯形图编程如下：
表1 变量说明表
可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller) 是60年代末在继电器控制系统的基础上开发出来的。随着超大规模集成电路的出现，使PLC 向大规模、高性能方向发展，形成了多种系列化的产品。PLC 不仅能实现继电器控制所具有的逻辑判断、计数、计时等顺序控制，同时还具有执行算术运算、对模拟量进行控制等功能。随着PLC 软硬件功能的进一步加强，PLC 已经发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，它能与其他设备通信、生成报表、调度产出、可诊断自身故障及机器故障。这些改进使PLC 符合今天对高质量产出的要求，尽管PLC 功能越来越强，但还是保留了向前简单与易于使用的特点。
根据I/O点数和其他任务分析，可以确定西门子公司S7-200系列中CPU226 PLC可以满足要求。
5 组态监控软件设计
典型的计算机控制系统通常可以分为设备层、控制层、监控层、管理层四个层次结构构成了一个分布式的工业网络控制系统，其中设备层负责将物理信号转换成数字或标准的模拟信号，控制层完成对现场工艺过程的实时监测与控制，监控层通过对多个控制设备的集中管理，以完成监控生产运行过程的目的，管理层实现对生产数据进行管理、统计和
查询。监控组态软件一般是位于监控层的专用软件，负责对下集中管理控制层，向上连接管理层，是企业生产信息化的重要组成部分。
5.1 组态软件简介
组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预先设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I ／O 设备，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。
工业组态软件主要有以下优点：
(1)有较好的人机交互界面，提供丰富的图形功能；
(2)支持多种数据类型；
(3)提供网络连接与工业总线通信接口；
(4)拥有完整的管理与报表等功能；
(5)开发简单。
组态软件主要用于提供工业现场控制、楼宇控制的自动化解决方案，实现现场生产的远程可视化过程，现场数据获取和监控等功能。
本次课设为基于力控（Force Control）组态软件的冷水机组监控系统设计，因此采用力控组态软件。
5.2 力控（Force Control）组态软件
力控监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，比如在分布式网络应用中，所有应用（例如趋势曲线、报警等）对远程数据的引用方法与引用本地数据完全相同，
通过“组态”的方式可以大大缩短了自动化工程师的系统集成的时间，提高了集成效率。
力控监控组态软件能同时和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯，它可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合，达到集中管理和监控的目的，同时还可以方便的向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，实现与“第三方”的软、硬件系统进行集成。
5.3 系统工艺图
以单台冷水机组为例，系统总体工艺画面如下图：
图11 单台冷水机组工艺画面
以两台冷水机组，其系统工艺画面如下图：
图12 多台冷水机组及辅助设备工艺画面
5.4 工程组态
5.4.1 定义I/O设备
在力控中，把需要与力控组态软件交换数据的设备或者程序都叫做物理I/O设备，每个物理I/O 设备都有其遵循的通讯协议，力控根据这些设备的通讯协议定制出相应的I/O 驱动程序，要采集数据须根据设备型号选择正确的I/O驱动程序在力控中定义一个逻辑I/O设备与物理I/O设备对应，力控才能通过数据库变量和这些物理I/O设备进行数据交换。
打开工程，双击“I/O设备组态”，在展开项目中选择“力控”项并双击使其展开，然后继续选择“仿真驱动”并双击使其展开后，选择项目“Simulator(仿真）”，双击“Simulator(仿真) ”出现如图 3-3 所示的“设备配置-第一步”对话框，在“设备名称”输入框内键入一个自定义的名称，这里输入“lsjz ”（大小写都可以）。接下来要设置lsjz 的采集参数，即“数据更新周期”和“超时时间”。
图13 添加新的I/O设备
单机“完成”完成设置。通常情况下，一个I/O 设备需要更多的配置，如：通讯端口的配置（波特率、奇偶校验等）、超时时间、所使用的网卡的开关设置等。因为这是一个“仿真”I/O 驱动程序，它仿真“梯形图逻辑”和常用I/O 驱动程序任务（实际上完全由PC 完成），没有与实际的硬件连接，所以不需要进行更多的配置。
5.4.2 建立数据库点
在工程项目导航栏中，双击“数据库组态”启动组态程序DBMANAGER （如果没有看到导航栏窗口，激活Draw 菜单命令“查看—》工程项目导航栏”。
启动DB Manager后出现如图所示的DB Manager主窗口。
单击菜单条的“点”选项选择新建或双击单元格，出现“请指定区域、点类型”向导对话框。
选择“模拟I/O 点”，然后双击该点类型，出现如图 3-5所示的对话框，在“点名（NAME ）” 输入框内键入点名“AI1”。
操作如图：
图14 建立数据库点
其它参数如量程、报警参数等可以采用系统提供的缺省值。单击“确定”按钮返回，在点名单元格中增加了一个点名“AI1”。
按如上所述步骤，创建数字I/O 点“DO1 ”、“DO2”、“DO3”、“DO4”等等。
5.4.3 创建数据连接项
在前面创建了一个名为“lsjz ”的I/O 设备，现在的问题是如何将已经创建的数据库点与lsjz 设备中的数据项联系起来，以使这几个点的PV 参数值能显示当前的数据值，这个过程就是建立数据连接项的过程。由于数据库可以与多个I/O 设备进行数据交换，所以必须指定哪些点与哪个I/O 的哪个数据项设备建立数据连接。双击数据库中点AI1的单元格，选择“数据连接”选项或双击AI1所对的“数据连接”选项，然后在“设备”里选择dev ，单击“增加”按钮。
图14 建立数据连接
寄存器地址：设成0，寄存器地址有唯一性，不能与其他同类型寄存器数据的地址重复。
最大值和最小值的设置根据温度信号的量程来设置，如温度的量程是0-100。 配置完以上数据就可以点击“确定”按钮完成设置了。
6 致谢
经过一周的课程设计，我终于完成了基于力控Force Control的冷水机组监控系统设计。这次课程设计能够最终设计完成，除了本人努力之外，还得到了指导老师冯增喜的指导，在他的指导下我最终完成了这次课程设计；同时我还要感谢同组同学的大力帮助，他们在我出现困难时热情帮助，使我少走很多弯路，分工明确也使我们效率极大提高。在此，我对老师以及所有在我这次课程设计提供过帮助的同学表示诚挚的感谢！同时我还要向建大所有授过课的老师表示感谢，你们对知识严谨求实的态度、为人师表的工作作风，使我受益匪浅。
7 参考文献
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[7] 殷玉林. 基于冷水机组的供水系统的自动监控技术研究[D].南京理工大学硕士论文.2008