项目一 中央空调冷冻水系统控制设计
项目目标：
知识点：1.掌握FROM、TO、MOV等指令的应用编程；
2.掌握梯形图与步进顺控混合编程的方法；
3.掌握温度传感器的工作原理；
4.掌握温度模块和模拟量模块的工作原理和BFM分配。
技能点：1.能分析项目任务要求，并熟练进行I/O分配和控制线路设计；
2.熟练进行模块及控制电路接线操作；
3.能进行模块缓冲寄存器数据跟踪；
4.能根据任务要求进行程序编写，并正确调试运行。
5.能根据任务要求设计触摸屏画面，并正确调试运行。
项目背景
1.中央空调节能应用前景
近年来’随着高层楼宇、写字楼以及工业厂房大量使用中央空调’但是随之而来节能问题越来越被人们提到一个重要的高度。根据相关资料统计’中央空调设备95%的时间在70%负荷以下波动运行’所以’实际负荷总不能达到设计的满负荷’特别是冷气需求量少的情况下’主机负荷量低’为了保证有较好的运行状态和较高的运行效率’主机能在一定范围内根据负载的变化加载和卸载’但与之相配套的冷却水泵和冷冻水泵却仍在高负荷状态下运行（泵功率是按峰值冷负荷对应水流量的1.2倍选配）’这样’存在很大的能量损耗’同时还会带来以下一系列问题。
1）水流量过大使循环水系统的温差降低’恶化了主机的工作条件’引起主机热交换效率下降’造成额外的电能损失。
2）由于水泵流量过大’通常都是通过调整管道上的阀门开度来调节冷却水和冷冻水流量’因此阀门上存在着很大的能量损失。
3）水泵通常采用
-△起动’电动机的起动电流较大’会对供电系统带来一定冲击。
4）传统的水泵起、停控制不能实现软起、软停’在水泵起动和停止时’会出现水锤现象’对管网造成较大冲击’增加管网阀门的跑冒滴漏现象。
由于中央空调冷却水、冷冻水系统运行效率低、能耗较大’存在许多弊端’并且属长期运行’因此’进行节能技术改造是完全必要的。
2.节能控制技术原理
在冷冻水循环系统中’PLC通过温度传感器及温度模块将冷冻水泵的出水温度和回水温度读入内存’根据回水和出水的温差值来控制变频器的转速’从而调节冷冻水泵的流量’控制热交换的速度。温差大’说明室内温度高’应提高冷冻泵的转速’加快冷冻水泵的循环速度以增加流量’加快热交换的速度；反之温差小’则说明室内温度低’可降低冷冻泵的转速’减缓冷冻水的循环速度以一般化流量’减缓热交换的速度’以节约电能。实际中冷冻泵节能最多可节能87.5%。节电率计算公式按式（1-1）进行计算（适用于软性负载）。
冷冻泵节电率=[1-（变频器运行频率÷50HZ）3]×100 （1-1）
项目要求
某中央空调冷冻水系统有两台冷冻水泵’负荷高峰时一台变频运行’一台工频运行；负荷低谷时’一台变频运行。主回路接线图如图1-10所示。要求按如下控制要求运行。
图1-10 主回路接线图
系统主设备配置如下：PLC采用FX2N-64MR（或采用FX3U-64MR）’变频器采用FR-A700或FR-D700’配有FX2N-4AD-PT和FX2N-2DA模块、人机界面操作采用三菱GT11系列触摸屏。
1）两台冷冻水泵按以下要求轮流运行：第一台变频运行→负荷高峰时’第一台工频运行’第二台变频运行→负荷低谷时’第一台工频泵停止’只第二台变频运行→负荷高峰时第二台工频运用’第一台变频运行→负荷低谷时’第一台变频运行……如此循环。
2）变频运行时工频运行顺序要求为：变频器停止输出’延时0.2S→断开变频器接触器’延时0.1S→合工频接触器。
3）水泵起动必须使用变频器软起动’起动加速时间为2S’停止减速时间2S。要求变频接触器先闭合’然后变频器才能输出。
4）变频器最高频率设定50.0HZ’最低频率设定27.5HZ’要求最高频率、最低频率有指示信号。
5）变频器要求用进出水温差来控制调速’温差0.5℃对应2.5HZ’对应数字量为200。
6）系统有手动功能’手动时调节频率在27.5～47.5HZ之间任意调整’每次调整0.5HZ。
7）实训或考核时’如电动机数量不够’工频控制电动机可以用指示灯代替’变频控制电动机可并用一台电动机。
8）据上述要求制作触摸屏控制画面’画面上有下列按钮、指示灯指示和数据显示。
①控制按钮：系统起动按钮、停止控制按钮’手动/自动控制。
②数据显示：进水温度、回水温度、有进回水温差和D-A数字量显示。
③运行指示：最高频率、最低频率指示信号’工频和变频各水泵运行指示。
根据以上控制要求’请自行设计分配I/O、控制电路’编写控制程序并调试运行’制作触摸屏画面并用触摸屏控制系统运行。
相关知识
一、FX2N-4AD-PT模拟量输入模块
（1）概述
FX2N-4AD-PT模拟特殊模块将来自4个铂温度传感器（Pt100’3线’100Ω）的输入信号放大’并将数据转换成12位的可读数据’存储在主处理单元（MPU）中。摄氏度和华氏度数据都可读取。
所有的数据传输和参数设置都可以通过FX2N-4AD-PT的软件控制来调整；由FX系列PLC的TO/FROM应用指令来完成。
（2）性能规格
FX2N-4AD-PT模拟量输入特殊模块主要性能指标见表1-1所示。
表1-1 FX2N-4AD-PT性能指标
（3）模块连接
1）使用Pt100传感器的电缆或双绞屏蔽电缆作为模拟输入电缆’并且和电源线或其他可能产生电气干扰的电线隔开。3种配线方法以压降补偿的方式来提高传感器的精度。
2）如果存在电气干扰’将外壳地线端子（FG）连接FX2N-4AD-Pt的接地端与主单元的接地端。可行的话’在主单元使用3级接地。
3）PLC的外部或内部的DC 24V电源都可使用。接线如图1-11所示。
图1-11 FX2N-4AD-PT接线图
（4）缓冲存储器（BFM）分配
FX2N-4AD-PT缓冲存储器共有31个’常用BFM分配见表1-2所示。表中带*号的缓冲存器属性为可读可写；不带*号的缓冲存储器属性为只读。
表1-2 FX2N-4AD-PT模块常用BFM分配表
二、FX2N-2DA模拟量输出模块
（1）概述
FX2N-2DA模拟量输出模块的功能是把数字量经CPU转换成模拟量输出’转换时’将12位的数字值转换成2点模拟输出（电压输出和电流输出）’以便控制现场设备。转换的输出的通道数有2通道。
使用FROM/TO指令与PLC进行数据传输。
（2）性能规格
FX2N-2DA性能规格见表1-3所示。
表1-3 输出特性
（3）模块连接
FX2N-2DA和主单元用电缆在主单元的右边进行连接如图1-12所示。
图1-12 FX2N-2DA接线图
（4）编程与控制
缓冲存储器（BFM）分配见表1-4所示。
表1-4 FX2N-2DA缓冲存储器分配表
编程时注意：
BFM#16：由BFM#17（数字值）指定通道的D-A转换数据被写。D-A数据以二进制形式’并以低端8位和高端4位两部分的顺序分两次写入。
FX2N-2DA模块在转换数据是12位数据’转换时当前值只能保持8位数据’所以在编制程序时’必须分二次传送’即先传送低8位’并用程序使低8位保持’再传送高4位。
（5）编程实例
有一FX2N-2DA模块连接在FX2N系列PLC的No：0号位置’当X0接通时执行通道1的数字到模拟的转换。编制程序如图1-13所示（实际本程序是FX2N-2DA模块输出规则的程序）。
图1-13 程序实例
Pt-100铂热式三线制温度传感器
本项目用Pt-100铂热式三线制温度传感器实物外形如图1-14所示’原理如图1-15所示。Pt100即表示它在0℃时阻值为100Ω’在100℃时它的阻值约为138.5Ω。工作原理：当Pt100在0℃的时候阻值为100Ω’其阻值会随着温度上升而成匀速增长的。近似线性关系。
图1-14 温度传感器实物外形图
图1-15 温度传感器原理图
项目设计指引
1.I/O口分配
根据控制要求分配I/O口’见表1-5所示。
表1-5 项目I/O口分配参考表
2.项目变频器参数设置（见表1-6）
表1-6 项目变频器参数表
3.D-A转换数字量对应关系
根据项目控制要求分析冷冻泵进出水温差、变频器输出频率和D-A转换数字量对应关系见表1-7所示。以便在编程时对于频率进行控制。
表1-7 D-A转换数字量对应关系
4.系统主设备连接
根据系统配置’进行PLC、变频器及模块等主设备连接’连接如图1-16所示。
5.设计控制回路接线图（见图1-17）
6.根据项目设计触摸屏监控画面（见图1-18）
7.参考程序
程序设计时’分为梯形图程序（见图1-19）和顺控程序（见图1-20）两部分’输入计算机时’将这两部分合在一块即为本项目综合参考程序。
图1-16 系统主设备连接图
图1-17 控制回路接线图
图1-18 触摸屏监控参考画面
图1-19 项目参数梯形图程序
图1-20 项目参考顺控程序
8.程序运行调试
1）将图1-19和图1-20所示参考程序输入计算机’并下载到PLC中。
2）运行前’确保模块接线正确和供电正常’Pt100传感器阻值正常且接线正确。
3）运行时’及时监控模块的各缓冲寄存器的值’确保有温差。
注意事项
1）运行前’一定要检测传感器的好坏。
2）运行时’一定要确保模块在线。
3）工频与变频电路接线要确保无误’以免损坏设备。
项目评价
本项目掌握情况可通过表1-8进行评价。
表1-8 项目设计调试评价表
（续）
知识拓展
由于工控产品的不断升级’现在FX2N-4AD-PT和FX2N-2DA模块往往用FX3U-4AD-PT和FX3U-2DA模块进行升级。以下就介绍这两种模块相关知识。
一、FX3U-4AD-PT模块
1.功能概述
FX3U-4AD-PT-ADP连接在FX3U、FX3UC PLC上’是获取4通道铂电阻温度的模拟量特殊适配器。最多可连接4台PT-ADP’测定温度可以自动写入到FX3U、FX3UC PLC特殊数据寄存器中。
2.技术规格
FX3U-4AD-PT-ADP技术规格见表1-9所示。
表1-9 FX3U-4AD-PT-ADP技术规格
3.数据处理特殊软元件
模块数据处理特殊软元件见表1-10所示。
表1-10 模块数据处理特殊软元件表
4.数据处理说明
1）温度单位的选择：温度单位的选择是通过将特殊辅助继电器M8260～M8290进行设定。ON时’为华氏温度；OFF时’为摄氏温度。设定Pt-ADP的温度单位所有通道一起转换。程序示例如图1-21所示。
图1-21 温度单位设定程序
2）温度数据读取：程序如图1-22所示。也可以直接使用D8260、D8261参与程序中各项运算’如PID和四则运算等。
图1-22 温度数据读取程序
3）参考编程示例：有一台PLC和FX3U-4AD-PT模块连接’要求将通道1和通道2的测定温度（℃）分别保存在D100和D102中’通道1的为即时值’通道2为平均值（平均次数为8）。编写参考程序示例如图1-23所示。
图1-23 示例参考程序
二、FX3U-4DA模拟量输出模块
（1）概述
FX3U-4DA模拟量输出模块是将来自PLC的4个通道的数值转换成模拟量值（电压/电流）并输出的模拟量特殊功能模块。在与FX3U PLC连接时最多可连接8台’与FX3UC PLC连接时最多可连接7台。可以对通道指定电压输出、电流输出。可以用数据表格的方式’对预先决定好的输出形式做出设定’然后根据表格进行模拟量输出。
（2）性能规格
模块的性能规格见表1-11所示。
表1-11 模块的主要性能规格
（3）转换特性
FX3U-4DA输出特性按输出模式设定’分别如下：
1）输出模式为0、1’输出电压为DC-10～+10V’其转换特性如图1-24、图1-25所示。
2）输出模式为2、4’输出电流为DC 0～+20mA’其转换特性如图1-26、图1-27所示。
3）输出模式为3’输出电流为DC4～20mA’其转换特性如图1-28所示。
4）缓冲寄存器分配：模块主要缓冲寄器分配见表1-12所示。
图1-24 模式0
图1-25 模式1
图1-26 模式2
图1-27 模式4
图1-28 模式3
表1-12 主要缓冲寄存器分配表
①其中BFM#0的设定说明。输出模式采用4位数的HEX码’对各位进行通道分配’通过在各位中设定0～F的数值’可以改变输出模式。设定方法及意义见表1-13所示。
表1-13 BFM#0的设定说明
问一问
1.本项目中DA模块执行通道1转换时’如何修改程序？
2.将本项目中两个FX2N-4AD-Pt和FX2N-2DA模块换成FX3U-4AD-Pt和FX3U-4DA模块’如何修改程序？
3.本项目中’如果将AD和DA模块调换位置’如何修改程序？
4.请在图1-18所示画面中增加“当前时间显示”和“系统时间修改”功能’PLC程序如何修改？