建筑设备自动化课程设计.doc

建筑设备自动化课程设计

山东建筑大学热能工程学院
建筑设备自动化
课程设计说明书

题目： 制冷机房1监控设计

专业： 建筑设施智能技术
班级： 建智111
姓名： 周文圣
学号： 2011031214
指导教师： 李慧、王桂荣

热能工程学院
第一章 摘要
1.1工程概况
该工程为某制冷机房空调水系统，由冷水机组提供制冷量。包括三台冷水机组、三台冷却水泵、三台冷冻水泵和三台冷却塔。多台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设计原则
1.设备运行安全；
2.满足用户的负荷需要；
3.最大限度节能；

1.3设计任务
1.冷冻水系统监控任务
（1）保证冷水机组的蒸发器通过足够的水量，以使蒸发器正常工作，防止出现冻结现象；
（2）随着用户负荷的变化，自动调整冷水机组供冷量，调整供给用户的冷冻水量；
（3）保证用户端一定的供水压力；
（4）在满足使用要求的前提下，尽可能减少冷冻泵的电耗。
2.冷却水系统监控任务
（1）保证冷水机组冷凝器通过足够的水量；
（2）根据室外气候及冷负荷变化情况调节冷却水运行工况，使冷却水温度在要求的范围内；
（3）根据冷水机组运行台数，自动调节冷却水泵和冷却塔的运行台数，控制相关阀门的关闭；
（4）在满足使用要求的前提下，尽可能减少冷却泵的电耗。
1.4设计内容
1.根据空调机房监控要求，设计监控方案。
2.确定传感器、执行器类型，布置传感器和执行器位置，统计传感器和执行器数量。
3.根据传感器和执行器样本，正确选择传感器和执行器，列表统计编号、名称、型号、规格、参数和生产厂家等信息。
4.统计模拟量、数字量输入输出点数，根据PLC产品样本选择相应智能模块，正确配置PLC硬件系统；绘制各模块接线图。绘制空调机房监控原理图；标明数据采集点（AI、DI）、控制点（AO、DO）。

第二章 监控方案
2.1冷水机组
冷水机组控制子系统是整个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。
2.1.1机组控制
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S7-200 PLc的指令实现。
2.1.2水温控制
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。在机组的出水管道中及输往用户的管道中分别设置温度传感器、压力变送器监测冷水机组进出口点的温度、压力等。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、压力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。
2.1.3制冷机台数控制
制冷机的台数控制方法有：操作指导法，压差旁通阀位置控制，恒定供回水压差的流量旁通控制法，回水温度控制和冷量控制法。
本设计采用冷量控制法原理是通过测量用户侧的供回水温度及冷媒水流量按Q=q*c*(t2-t1)。计算实际所需冷量，由此决定水泵运行台数。
采用这种控制方法，各传感器的设置位置是非常重要的。设置位置应保证回水流量传感器测量的是各用户侧来的总回水流量，不包括旁通流量；回水温度传感器t2应该是测量用户侧来的总回水温度，不应是回水与旁通水的混合温度。该种方法是工程中常用的一种方法。
2.1.4阀门控制
阀门由$7-200 PLC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／0模块控制，比例阀由模拟量输出模块控制。

2.2检测控制方案
监控系统为集散测控系统。包括三大部分：中央集中监控环节，现场检测及控制环节，和冷水机组。
1)中央集中监控环节
该环节位于远地主控室，是本系统的中央控制环节，由中央控制用工业控制计算机和适配器等构成，在整个系统中处于核心的控制环节，主要功能是监控整个供水系统的运行状况。
2)现场检测及控制环节
该环节由现场PLC，温度、流量和压力传感器，调节阀门，交流接触器，变频器及水泵组成。
3)冷水机组
冷水机组是提供冷水的设备，其内置的PLC控制机组的运行，通过调节机组压缩机的能调百分比调节机组的出水温度。机组PLC可以向中央控制计算机传输工况数据实现机组运行状况的中央监测，同时可以接收中央控制计算机的机组运行设定参数设定或改变机组的运行状态。
2.冷水机组监控功能表
分水器的干管上流量检测，
1、2用户的分水支路上温度、压力。
集水器的干管上流量检测，
1、2用户的分水支路上温度、压力。
在冷水机组的出口、入口处温度、压力。
在冷冻水泵、冷媒水泵处温度、压力。
变频泵处温度、压力。
在冷却塔处水位测量计、电磁阀。

设备名称
数量
监控功能
AI
AO
DI
DO
冷水机组
2
设备起停

2
设备状态

2

手、自动状态

2

故障报警

2

功率测量
2

用户侧供回水总管
1
供水温度检测
1

回水温度检测
1

供水压力检测
1

回水压力检测
1

回水流量检测
1

冷源侧供回水总管
1
供水温度检测
1

回水温度检测
1

供水压力检测
1

回水压力检测
1

回水流量检测
1

冷冻水循环水泵
2
设备起停

2
设备状态

2

手、自动状态

2

故障报警

2

功率测量
2

用户侧变频泵
2
设备起停

2
设备状态

2

手、自动状态

2

故障报警

2

功率测量
2

冷却水循环水泵
2
设备起停

2
设备状态

2

手、自动状态

2

故障报警

2

功率测量
2

冷却塔
2
温度检测
2

压力检测
2

水位检测
2

第三章 设备选型
4.1温度传感器选择：生产厂家、型号、规格、参数。
4.1.1生产厂家：
在网上找到“世界工厂”中找到深圳市华晨康有限公司，该公司生产各种温度传感器。
4.1.2产品型号：
PT100温度传感器
该公司生产的PT100温度传感器产品特征 ：
1、不锈钢套管封装，经久耐用 
2、活动螺丝固定，使用方便 
3、按照国际IEC751国际标准制造，即插即用 
4、多种探头尺寸可选、适应面广 
5、高精度、高稳定、高灵敏 
6、外形小巧，经济实用 
 产品货期：现货供应，特大批量请提前通知。 
4.1.3规格及参数：
特性指标 
●测温范围: -200-400℃ 
●探头长度: 5cm/10cm/15cm/20cm 
●探头直径: Φ5mm 
●电阻变化: 0.3851Ω/℃ 
●安装方式: 活动螺丝固定 
●螺丝规格: M8*1.0 
●引线长度: 一般2米，可订制长度（专用引线） 
●引线接法: 三线式 
●接线方式: 接线叉 
●套管材质: 不锈钢 
●传感器件: PT（铂） 
pt100温度传感器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表。主要用于工业过程温度参数的测量和控制。带传感器的变送器通常由两部分组成：传感器和信号转换器。传感器主要是热电偶或热电阻；信号转换器主要由测量单元、信号处理和转换单元组成（由于工业用热电阻和热电偶分度表是标准化的，因此信号转换器作为独立产品时也称为变送器），有些变送器增加了显示单元，有些还具有现场总线功能。
如何安装：pt100温度传感器如果由两个用来测量温差的传感器组成，输出信号与温差之间有一给定的连续函数关系。故称为。pt100温度传感器输出信号与温度变量之间有一给定的连续函数关系（通常为线性函数），早期生产的pt100温度传感器其输出信号与温度传感器的电阻值（或电压值）之间呈线性函数关系。标准化输出信号主要为0mA~10mA和4mA~20mA（或1V~5V）的直流电信号。不排除具有特殊规定的其他标准化输出信号。温度变送器按供电接线方式可分为两线制和四线制。[2]变送器有电动单元组合仪表系列的（DDZ-Ⅱ型、DDZ-Ⅲ型和DDZ-S型）和小型化模块式的，多功能智能型的。前者均不带pt100温度传感器，后两类变送器可以方便的与热电偶或热电阻组成带传感器的变送器。
应用范围：
医疗、电机、工业、温度计算、阻值计算等高精温度设备，应用范围非常之广泛。
由于PT100热电阻的温度与阻值变化关系，人们便利用它的这一特性，发明并生产了PT100热电阻温度传感器。它是集温度湿度采集于一体的智能传感器。温度的采集范围可以在-200℃～+200℃，湿度采集范围是0%～100%。
4.2压力传感器选择：生产厂家、型号、规格、参数。
4.2.1生产厂家：
Omega压力传感器有多种传感器和变送器
毫伏输出压力传感器：最经济的压力传感器，具有低输出信号，实际输出与压力传感器的输入直接成比例
电压输出压力传感器：包括信号调节功能以制造高得多的输出，通常为0 - 5VDC或0 - 10VDC，可在更加工业化的环境中使用。
电流输出压力传感器：最佳使用于远距离发送信号。常用于引线必须在1000英尺以上的应用。
压差变送器：通常用于流量测量，它们可以测量文氏管、孔或其他类型主要元素间的压差。
专用压力传感器：各种压力传感器，具有特殊功能，适于非标准应用。
4.2.2型号：
OMEGA的PX409系列电子气压计 是高精度的气压计，可针对实验室 或测试应用提供三种量程：16 ~ 32 inHg、26 ~ 32 inHg或0 ~ 32 inHg （绝对压力）。
配备一体化电缆的型号(PX409)的防 护等级为IP67，配备连接器的型号 （PX419和PX429）的防护等级为 IP65。它们均采用全不锈钢结构，非 常适合用于恶劣的工业环境。它们极 高的工作温度、广泛的补偿范围以及 绝佳的温度补偿让用户可在温度经常 变化、须监测气压的应用中获得稳定 的读数。可提供毫伏、电压或电流输 出型号。
以毫伏输出压力传感器为例说明：
1、±0.08% BSL的高精度，包括线性度、滞后性及重复性
2、广泛的温度补偿范围： -18 ~ 85°C (0 ~ 185°F)
3、出色的温度性能跨度： 在补偿范围内为±0.5%

4、含5测量点NIST可溯源校准
5、全不锈钢接液部件
6、响应时间短
7、具有固态可靠性和稳定性
8、400%的耐受压力
4.2.3规格及参数:
输出： 
    毫伏型： 10 mV/V (100 mV @ 10 Vdc)
  放大电压型： 0 ~ 5 Vdc或0 ~ 10 Vdc
  电流环路型： 4 ~ 20 mA
电源要求： 
    毫伏型： 5 ~ 10 Vdc (5 mA @ 10 Vdc)
 放大电压型： 
      0 ~ 5 Vdc电源电压： 10 ~ 30 Vdc @ 10 mA
      0 ~ 10 Vdc电源电压： 15 ~ 30 Vdc @ 10 mA
  电流环路型： 9 ~ 30 Vdc[最大环路电阻 = (Vs-9) x 50]；[温度高于 105°C (229°F)时为9 ~ 20 Vdc]
精度（综合线性度、滞后性和重复性）：  ±0.08% BSL
零点平衡： 通常为满量程的±0.5%，最大值为 1%
跨距设置： 通常为满量程的±0.5%，最大值为1%；接头向下，沿垂直方向校准
工作温度范围： -45 ~ 121°C (-49 ~ 250°F) 
[对电压或电流输出为-45 ~ 115°C(-49 ~ 240°F)]
补偿温度： 
量程> 5 psi： -29 ~ 85°C  (-20 ~ 185°F)
量程≤ 5 psi： -18 ~ 85°C (0 ~ 185°F)
跨距热效应（在补偿范围内）： 
量程> 5 psi： 量程的±0.5%
量程≤ 5 psi： 量程的±1%
长期稳定性（1年）： 通常为满量程的±0.1%
冲击： 50 g，11 ms半正弦波冲击，纵轴及横轴
振动： 5-2000-5 Hz，30分钟的周期，曲线L，军用标准Mil-Spec 810图514-2-2，纵轴及横轴
响应时间： <1 ms
带宽： DC ~ 1 kHz（常规）
耐受压力： 量程的400%
破裂压力： 6000 psia
电气终端： 
    PX409： 一体化2 m (6')电缆
    PX419： 微型DIN
    PX429： 扭锁式
对接连接器： 
    PX419： CX5302（内含）
    PX429： PT06F10-6S（单独销售）
环境保护： 
    PX409： IP67
    PX419： IP65
    PX429： IP65
    PX459： IP65
接液部件： 316不锈钢
压力端口： ¼-18 NPT外螺纹
重量： 115 ~ 200 g (4 ~ 7 oz)，
取决于配置
产品型号各种配置选项：
电气连接
PX409 代表 3米电缆
PX419 代表 微型DIN
PX429 代表 扭锁（相应连接器另售）
PX459 代表 M12连接器（接头/电缆组件单独出售）
百帕（毫巴）范围校准
16B 代表 16到32 inHg
26B 代表 26到32 inHg
32B 代表 0到32 inHg
16HB 代表 550到1100百帕
26HB 代表 880至1100百帕
32HB 代表 0到1100 hPa
电力输出
V 代表 10mV/V
5V 代表 0-5伏输出
10V 代表 0-10伏输出
I 代表 4-20 mA输出
精度选项
代表 标准0.08％的精度
-EH 代表 精度为 0.05％
-XL 代表 0.03％线性
4.3流量传感器选择:生产厂家、型号、规格、参数
4.3.1生产厂家：
Omega流量传感器有多种传感器和变送器。
转子流量计：转子流量计测量液体和气体的流量，具有线性刻度、相对长的测量范围和低压降。安装和维护都很简单。
变截面流量计：旨在提供经济、准确的油和水的流量指示，其中很多产品利用弹簧和活塞式组装，使它们能够安装在任何位置，而且不受粘度变化的影响。
活塞流量计：监测空气流速以确定最佳的性能、流量调节器设置或气动系统性能。最适用于移动或工业气动系统以及空气动力操作的手工具系统。
带模拟输出的流量计：内置或可选的模拟输出用于连接以控制产品。
4.3.2型号：
FL-10流量计的所有部件均采用 PTFE、PFA和PCTFE制成，是高纯度应用或测量腐蚀性液体的最佳选择。该产品有两款可供选择，一种带有用于监测和控制流量的标准阀门，另一种不带阀门，只用于监测流量。所有流量计均单独经过质谱检漏仪测试，经认证达到1 X 10-7 sccs氦气或更高的泄漏完整性等级。 
4.3.3规格及参数:
刻度： 0 ~ 10标度
精度： 满量程的±5%
最高温度： 121°C (250°F)
最大压力： 6.7 bar (100 psig)
泄漏完整性： 所有产品均单独经过
泄漏测试，经认证达到1 x 10-7 sccs
氦气等级
外管壳： 聚碳酸酯
流量管： PTFE PFA
浮子： PTFE
接液部件： PTFE管端接头、PCTFE
导杆
低流速： 144（长）x 32 mm（外径）
(5¹¹⁄₁₆ x 1¹⁄₄")
高流速： 267（长）x 51 mm（外径）
(10¹⁄₂ x 2")
4.4水位测量计
4.4.1生产厂家：
Omega水位传感器有多种传感器和变送器。
4.4.2型号：
LVCN414系列是非接触式超声波液位控制器和变送器，提供可靠的低成本、高性能小储罐液体处理解决方案。LVCN414目标用途是安装在滑道、工具或机械上的小型储罐中的过程、控制和化学品投送应用。LVCN414具有高度的灵活性，适合针对浮子、传导和压力传感器的系统集成或改造而设计的应用， 可通过USB连接及Windows XP兼容软件（可从 轻松配置。
LVCN414提供高精度和准确度， 支持实时/随时测量，降低作业成本，并提高生产率。过程或控制自动化应用的液位指示可通过现场显示屏或远程PLC进行监视。LVCN414 是一款全面的小储罐液位控制和测量解决方案。 
4.4.3规格及参数:
量程: 1.25 m (49.2")
精度: 3 mm (0.125")
分辨率: 0.5 mm (0.019")
射束宽度: 5 cm (2")
死区: 5 cm (2")
电源电压: 24 Vdc，12 ～ 24 Vdc/ Vac（LVCN414-R型号）
环路电阻: 最大400
功耗: 0.5 W
信号输出（LVCN414和LVCN414-I）: 4 ～ 20 mA，2线（采用回路供电时）
信号输出(LVCN414-V): 0 ～ 5 Vdc、0 ～ 10 Vdc或976 ～ 2000 Hz
接触类型（LVCN414和LVCN414-R）: (4)个SPST继电器1A
模拟故障安全（LVCN414、LVCN414-I和LVCN414-V）: 满、空或保持最后状态
继电器故障安全（LVCN414和LVCN414-R）: 
    断电: 保持最后状态
    通电: 开、闭或保持最后状态
滞后（LVCN414和LVCN414-R）: 可选
    配置: 通过从
USB/PC Windows® 软件进行配置
温度补偿: 自动全量程
温度: -35 ～ 60°C (-31 ～ 140°F)
外壳: NEMA 6P (IP68)
外壳材质: PC/ABS FR
耐扭电缆材料: Santoprene
传感器材质: PVDF
电缆长度: 1.2 m (4')
过程安装件: 1 NPT
安装垫圈: 氟橡胶
类别: 通用 
认证: CE
4.5电磁阀传感器选择:生产厂家、型号、规格、参数
电磁阀（Electromagnetic valve）是用电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器，并不限于液压、气动。用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。
电磁阀产品的主要型号有：ZCS型/ZBSF型/型ZCT型/ZCQ型/JOIISA型/RSPS型/ZS型/ADF型/MDFH型/ZC型/2W型/DFD型/DF型/RSP型/RSV型/SLDF型/ZQDF型/ZCX型/PS型/RSZF型/ZCZ型/ZCLF型/ZCSB型/231型/RSPS型/UD-C型/V2A型/RSSM型/ZQDF型/RSDF型/ZS型/ZCZP型/ZCG型/ZCZG型/RSO型/RSC型/FCD型/RSCS型/ZSH型/RSS型/ZCF型等型号电磁阀。
4.5.1型号：
ZCS使用流体 空气、水、油、热水、瓦斯 
动作方式 直动式 
型式 常闭式 
4.5.2规格及参数：
流量孔径 mm 2.5 4 16 20 25 35 40 50 
CV 值 0.23 0.6 4.8 7.6 12 24 29 48 
接管口径 1/8” 1/4” 3/8” 1/2” 3/4” 1” 1-1/4” 1-1/2” 2” 
使用流体粘度 20CST以下 
使用压力 水(热水) :0～10 空气 :0～10 油:0～5 Kgf/cm2 
最大耐压力 16kgf/cm2 
介质温度 -5～120 ℃ 
使用电压范围 ± 10% 电压:AC220V AC110V DC24V 其它电压和工厂接洽
本体材质 SUS304不锈钢 (SUS316可定制) 
油封材质 NBR或VITON
4.6设备的安装位置：
分水器的干管上安装流量、压力传感器，在各用户的分水支路上安装温度传感器。同样，在集水器的干管上安装流量传感器，在各用户的分水支路上安装温度、压力传感器。
在冷水机组的出口、入口处分别安装温度、压力传感器。
在冷冻水泵、冷媒水泵处安装温度、压力传感器。
变频泵处安装温度、压力传感器。
在冷却塔处需要安装水位测量计、电磁阀。
序号
设备名称及型号
单位
数量
单价
小计
品牌
备注
1
PT100
个
12
50
600
OMEGA

2
电源
个
1
1760
1760
西门子

3
Pci总线
个
1
6500
6500
西门子

4
8AI
个
8
150
1200
西门子

5
PX409-1
个
12
1000
12000
OMEGA

6
40针
个
5
300
900
西门子

7
Usb编程电缆
个
1
3000
3000
西门子

8
Wincc
个
1
15000
15000
西门子

9
FL-10-2.5
个
5
150
750
OMEGA

10
Dp
个
1
12000
12000
西门子

11
ZCS.2.5
个
4
80
320
OMEGA

12
Wincc手册
个
1
15
15
西门子

13
电缆线
米
1800
5
9000

14
电缆管
米
100
10
1000

15
电缆桥架
米
16
80
1280

16
电脑桌
台
1
400
400

17
Ups
台
1
1000
1000

18
显示器
台
1
1000
1000

19
功率变送器
套
6
1500
9000

20
工控机
台
1
8000
8000
研祥

21
程控柜
台
1
12000
12000

22
一体化温度变送器
台
12
1640
26240
昆仑海岸

第四章 课程设计小结
为期两周的课程设计将要结束了。在这两周的学习中，我学到了很多，也找到了自己身上的不足。感受良多，获益匪浅。
这次是第一次自动化和冷水机组的课程设计。我没有什么经验，拿到课程设计任务书，我大致浏览了一下：1、课程设计的内容和要求；2、课程设计图纸内容及张数；3、实验内容及要求；4、课程设计进程安排。
掌握制图规范，具体的规范在平时的学习中老师已经强调过了，所以不必在学习。其次，解决手工绘图与计算机绘图的技术难题。还有其他东西在具体的绘图过程中逐步改进。
这次建筑设备自动化课设虽然内容并不是很复杂，但是我们觉得设计的过程相当重要，学到了很多，收获了很多。我觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。小组人员的配合、相处，以及自身的动脑和努力，都是以后工作中需要的。 所以我认为这次的课程设计意义很深，和其他同学的共同学习、配合、努力的过程也很愉快，另外还要感谢老师的耐心辅导。
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