PLC實現(xiàn)綜合站房的分布式監(jiān)控
1 引言
在大型機械加工行業(yè)尤其是汽車行業(yè)中往往用到較多的能源站房及其他站房，如制冷站、循環(huán)水站、熱交換站、空壓站、以及污水處理站等。他們就像人體的心臟、腎臟等重要器官，在工廠的能源（壓縮空氣、熱水、高溫蒸氣等）供應(yīng)、循環(huán)、回收等過程中起著極為重要的作用。因此，對上述站房系統(tǒng)的監(jiān)測管理及控制也就成為工廠自動化（FA）的重要組成部分，通過對這些站房實現(xiàn)自動監(jiān)測控制，可以起到大量節(jié)約資源，節(jié)省人工的作用。因此，對上述站房的自動監(jiān)控，也將越來越廣泛地得到應(yīng)用。
本文主要介紹制冷站、熱交換站、循環(huán)水站的分布式監(jiān)控系統(tǒng)。
2 綜合站房工藝流程
綜合站房工藝流程示意圖如圖1所示。
圖1綜合站房工藝流程框圖
本站房主要完成給用戶提供冷源、熱源的功能，主要用于劇院、醫(yī)院、大型辦公場所、恒溫廠房的中央空調(diào)系統(tǒng)等。
(1)冷凍水監(jiān)控系統(tǒng)
本系統(tǒng)以
制冷機的監(jiān)控為主，制冷機為大連三洋蒸汽式溴冷機，該機自帶PLC和RC-232串口，經(jīng)轉(zhuǎn)換成RS485口后可方便地與上位機通信，從而很方便地獲得制冷機的運行參數(shù)。根據(jù)冷凍水給、回水溫度差及總流量判斷用戶冷負荷狀況，確定冷凍機開啟臺數(shù)及閥門大小，保證冷源的合理使用，達到最佳的節(jié)能及運行效果。
(2)冷卻水監(jiān)控系統(tǒng)
冷卻水系統(tǒng)通過冷卻塔和冷卻水泵向制冷機提供冷卻水，保證制冷機有足夠的冷卻水通過，并根據(jù)氣候及冷負荷調(diào)整冷卻水運行工況，在冷卻水溫和水量滿足要求的情況，使系統(tǒng)最合理運行。
(3)采暖監(jiān)控系統(tǒng)
采暖系統(tǒng)通過熱交換器為中央空調(diào)提供熱水，監(jiān)控系統(tǒng)的主要任務(wù)為控制熱交換過程以保證要求的熱水溫度和流量。根據(jù)熱水給、回水溫度差及總流量判斷用戶熱負荷狀況，確定熱交換器開啟臺數(shù)及閥門大小，保證熱源的合理使用，達到最佳的節(jié)能及運行效果。
(4)循環(huán)供水監(jiān)控系統(tǒng)
因為采暖和制冷不可能同時使用，為節(jié)約成本，本綜合站房只采用一套供水系統(tǒng)分冬、夏兩季對用戶提供熱、冷源。冷、熱源的切換由電動閥自動切換。
本系統(tǒng)實際上是一套相對獨立的恒壓供水系統(tǒng)。主要由變頻器和PLC組成，其電氣原理圖如圖2所示：
圖2恒壓供水電氣原理圖
變頻器選用適于泵類的FujiG9變頻器，分別對五臺循環(huán)水泵進行變頻控制，并通過PLC的邏輯控制功能，實現(xiàn)對整個供水系統(tǒng)的恒壓變流量控制，為確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，整個系統(tǒng)設(shè)有過流、過壓、過載、自診斷等多種保護功能。
本系統(tǒng)接收上位機或本地發(fā)出的啟動信號后，啟動水泵1變頻運行，PLC根據(jù)接收到的壓力和流量信號控制變頻器調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使供水管網(wǎng)水壓恒定。當水泵1工作頻率達到工頻時，若管網(wǎng)水壓仍達不到要求，將此泵切換到工頻運行，變頻器切換到水泵2，使其變頻運行。此后，如果水壓仍達不到要求，則繼續(xù)切換下去至滿足要求。反之，若管網(wǎng)水壓大于設(shè)定值，PLC控制變頻器頻率，使水泵轉(zhuǎn)速降低，當?shù)椭猎O(shè)定最低頻率時，依據(jù)先開先停原則，自動切換掉已投入運行的工頻泵，使管網(wǎng)水壓始終保持恒定。這樣，五臺水泵輪流循環(huán)運行，避免某臺泵長期運行，延長設(shè)備使用壽命。本系統(tǒng)由閉環(huán)PI控制即可滿足要求,PI算法由PLC實現(xiàn)：Ui＝Ui-1＋ΔU＝Ui-1＋K[Ei－Ei-1＋（T/Ti）Ei>。
3 系統(tǒng)組成
綜合站房監(jiān)控系統(tǒng)的組成如下：
本監(jiān)控系統(tǒng)采用由PLC組成的分布式監(jiān)控系統(tǒng)的形式。PLC作為下位機使用，用來完成各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、輸出控制及狀態(tài)判別等工作，上位機采用研華公司的工業(yè)計算機，接收PLC采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入動態(tài)數(shù)據(jù)庫，完成報警、實時曲線、歷史曲線、分析系統(tǒng)運行狀態(tài)、打印輸出、并根據(jù)控制室控制人員要求控制各系統(tǒng)的運行狀態(tài)等功能。
PLC采用OMRON公司的SYSMACα系列的C200HE,它是一種價格適中、性價比較高的中型機，配有較強的指令系統(tǒng)，并增加了許多特殊功能指令，還配備了豐富的特殊功能模塊和強大的通信模板，這些都足以實現(xiàn)現(xiàn)代工廠自動化的多級要求。系統(tǒng)主要選型如附表所示：
附表PLC硬件配置
本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為單級網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)中通信主要采用適配器結(jié)構(gòu)形式的RS422上位連接方式。監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示：
圖3監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
由于采用一對四的通信方式，需要為設(shè)備設(shè)置地址，因此在下位機采用RS422標準，在每臺PLC上都安裝了一塊LK202HOSTLINK模塊，各PLC通過三端口RS422適配器相連，然后通過RS422轉(zhuǎn)RS232適配器轉(zhuǎn)換后連接到上位機的串行口。
HOSTLINK的內(nèi)部駐留了通信軟件，通信協(xié)議已固化，只有幾個參數(shù)需要用戶根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用進行設(shè)置。C200H-LK202上位連接單元的面板上有4個參數(shù)設(shè)置開關(guān)SW1～4,SW1、SW2用于設(shè)置該上位連接單元的設(shè)備號（也稱站號），取值范圍為00～31。SW3選擇波特率。SW4用來設(shè)置命令級，奇偶校驗格式。
網(wǎng)絡(luò)中的所有PLC通過公用LR區(qū)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，在LR區(qū)中每個PLC均分配一個寫區(qū)和若干讀區(qū)。數(shù)據(jù)傳送時PLC將數(shù)據(jù)寫入到公用LR區(qū)中分配給自己的寫區(qū)，其他PLC則通過PLC鏈接單元從LR區(qū)對應(yīng)區(qū)域讀數(shù)據(jù)，從而使系統(tǒng)中的PLC相互
由于采用一對四的通信方式，需要為設(shè)備設(shè)置地址，因此在下位機采用RS422標準，在每臺PLC上都安裝了一塊LK202HOSTLINK模塊，各PLC通過三端口RS422適配器相連，然后通過RS422轉(zhuǎn)RS232適配器轉(zhuǎn)換后連接到上位機的串行口。
HOSTLINK的內(nèi)部駐留了通信軟件，通信協(xié)議已固化，只有幾個參數(shù)需要用戶根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用進行設(shè)置。C200H-LK202上位連接單元的面板上有4個參數(shù)設(shè)置開關(guān)SW1～4,SW1、SW2用于設(shè)置該上位連接單元的設(shè)備號（也稱站號），取值范圍為00～31。SW3選擇波特率。SW4用來設(shè)置命令級，奇偶校驗格式。
網(wǎng)絡(luò)中的所有PLC通過公用LR區(qū)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，在LR區(qū)中每個PLC均分配一個寫區(qū)和若干讀區(qū)。數(shù)據(jù)傳送時PLC將數(shù)據(jù)寫入到公用LR區(qū)中分配給自己的寫區(qū)，其他PLC則通過PLC鏈接單元從LR區(qū)對應(yīng)區(qū)域讀數(shù)據(jù)，從而使系統(tǒng)中的PLC相互交換信息。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計
上位機監(jiān)控軟件利用組態(tài)王（KingView5.1）工控組態(tài)軟件。它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。該軟件把每一臺下位機看作是一臺外部設(shè)備，在編程過程中根據(jù)“設(shè)備配置向?qū)А钡奶崾疽徊讲酵瓿蛇B接功能。在運行期間，組態(tài)王通過驅(qū)動程序和這些外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)，包括采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)/指令。每個驅(qū)動程序都是一個COM對象，這種方式使通信程序和組態(tài)王軟件構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，既保證了運行系統(tǒng)的高效運行，也可擴大系統(tǒng)的規(guī)模。其與下位機通信原理如圖4所示：
圖4上位機與下位機的通信原理框圖
組態(tài)王與OMRONPLC之間的通信采用的是OMRONHOSTLINK通信協(xié)議。組態(tài)王通過串行口與PLC進行通信，訪問PLC相關(guān)的寄存器地址，以獲得PLC所控制設(shè)備的狀態(tài)或修改相關(guān)寄存器的值。組態(tài)王監(jiān)控軟件還可實現(xiàn)顯示工藝流程圖、各種參數(shù)實時測量值，實時修改下位機所需的各種參數(shù)值，上、下位機之間的通信管理，實時故障報警畫面，實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫管理，系統(tǒng)日志報表和各種生產(chǎn)報表等功能。
在主監(jiān)控站上建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，將過程監(jiān)控站中的各類實時數(shù)據(jù)、畫面、圖表等信息存入本地網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中，利用ASP技術(shù)生成動態(tài)網(wǎng)頁，進行實時發(fā)布，可實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的Web瀏覽，為將來工廠全面的Intranet管理留下基礎(chǔ)。
下位機軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，每一個模塊作為一個子程序。根據(jù)系統(tǒng)功能劃分，程序由多個模塊組成，每個模塊的程序量都不大，所以整個程序的編制、調(diào)試和維護比較方便。各子系統(tǒng)的下位機軟件模塊框圖如圖5所示。
圖5下位機軟件模塊框圖
5結(jié)束語
經(jīng)過精心設(shè)計，認真調(diào)試，該系統(tǒng)在東風(fēng)汽車公司某大型綜合站房的實際運行中，取得良好的效果，并獲得用戶的一致好評。
（1）該系統(tǒng)節(jié)能效果顯著，自投入運行以來冬夏兩季日均節(jié)電約30％。
（2）該系統(tǒng)大大降低了操作工人的操作難度，減少了運行故障率，減少了檢修次數(shù)。
（3）能合理地應(yīng)用設(shè)備，提高整個系統(tǒng)的運行效率，提高設(shè)備運行壽命。
文章版權(quán)歸西部工控xbgk所有，未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載。
服務(wù)咨詢