PLC實現綜合站房的分布式監控
1 引言
在大型機械加工行業尤其是汽車行業中往往用到較多的能源站房及其他站房，如制冷站、循環水站、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、循環、回收等過程中起著極為重要的作用。因此，對上述站房系統的監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自動監測控制，可以起到大量節約資源，節省人工的作用。因此，對上述站房的自動監控，也將越來越廣泛地得到應用。
本文主要介紹制冷站、熱交換站、循環水站的分布式監控系統。
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、醫院、大型辦公場所、恒溫廠房的中央空調系統等。
(1)冷凍水監控系統
本系統以
制冷機的監控為主，制冷機為大連三洋蒸汽式溴冷機，該機自帶PLC和RC-232串口，經轉換成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。根據冷凍水給、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及閥門大小，保證冷源的合理使用，達到最佳的節能及運行效果。
(2)冷卻水監控系統
冷卻水系統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，并根據氣候及冷負荷調整冷卻水運行工況，在冷卻水溫和水量滿足要求的情況，使系統最合理運行。
(3)采暖監控系統
采暖系統通過熱交換器為中央空調提供熱水，監控系統的主要任務為控制熱交換過程以保證要求的熱水溫度和流量。根據熱水給、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及閥門大小，保證熱源的合理使用，達到最佳的節能及運行效果。
(4)循環供水監控系統
因為采暖和制冷不可能同時使用，為節約成本，本綜合站房只采用一套供水系統分冬、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。
本系統實際上是一套相對獨立的恒壓供水系統。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，分別對五臺循環水泵進行變頻控制，并通過PLC的邏輯控制功能，實現對整個供水系統的恒壓變流量控制，為確保系統的穩定運行，整個系統設有過流、過壓、過載、自診斷等多種保護功能。
本系統接收上位機或本地發出的啟動信號后，啟動水泵1變頻運行，PLC根據接收到的壓力和流量信號控制變頻器調節水泵轉速，使供水管網水壓恒定。當水泵1工作頻率達到工頻時，若管網水壓仍達不到要求，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，則繼續切換下去至滿足要求。反之，若管網水壓大于設定值，PLC控制變頻器頻率，使水泵轉速降低，當低至設定最低頻率時，依據先開先停原則，自動切換掉已投入運行的工頻泵，使管網水壓始終保持恒定。這樣，五臺水泵輪流循環運行，避免某臺泵長期運行，延長設備使用壽命。本系統由閉環PI控制即可滿足要求,PI算法由PLC實現：Ui＝Ui-1＋ΔU＝Ui-1＋K[Ei－Ei-1＋（T/Ti）Ei>。
3 系統組成
綜合站房監控系統的組成如下：
本監控系統采用由PLC組成的分布式監控系統的形式。PLC作為下位機使用，用來完成各子系統的數據采集、輸出控制及狀態判別等工作，上位機采用研華公司的工業計算機，接收PLC采集的現場數據，并將數據存入動態數據庫，完成報警、實時曲線、歷史曲線、分析系統運行狀態、打印輸出、并根據控制室控制人員要求控制各系統的運行狀態等功能。
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，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，這些都足以實現現代工廠自動化的多級要求。系統主要選型如附表所示：
附表PLC硬件配置
本系統網絡為單級網絡，系統中通信主要采用適配器結構形式的RS422上位連接方式。監控系統的網絡結構如圖3所示：
圖3監控系統的網絡結構
由于采用一對四的通信方式，需要為設備設置地址，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RS232適配器轉換后連接到上位機的串行口。
HOSTLINK的內部駐留了通信軟件，通信協議已固化，只有幾個參數需要用戶根據現場應用進行設置。C200H-LK202上位連接單元的面板上有4個參數設置開關SW1～4,SW1、SW2用于設置該上位連接單元的設備號（也稱站號），取值范圍為00～31。SW3選擇波特率。SW4用來設置命令級，奇偶校驗格式。
網絡中的所有PLC通過公用LR區實現數據傳送，在LR區中每個PLC均分配一個寫區和若干讀區。數據傳送時PLC將數據寫入到公用LR區中分配給自己的寫區，其他PLC則通過PLC鏈接單元從LR區對應區域讀數據，從而使系統中的PLC相互
由于采用一對四的通信方式，需要為設備設置地址，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RS232適配器轉換后連接到上位機的串行口。
HOSTLINK的內部駐留了通信軟件，通信協議已固化，只有幾個參數需要用戶根據現場應用進行設置。C200H-LK202上位連接單元的面板上有4個參數設置開關SW1～4,SW1、SW2用于設置該上位連接單元的設備號（也稱站號），取值范圍為00～31。SW3選擇波特率。SW4用來設置命令級，奇偶校驗格式。
網絡中的所有PLC通過公用LR區實現數據傳送，在LR區中每個PLC均分配一個寫區和若干讀區。數據傳送時PLC將數據寫入到公用LR區中分配給自己的寫區，其他PLC則通過PLC鏈接單元從LR區對應區域讀數據，從而使系統中的PLC相互交換信息。
4 系統軟件設計
上位機監控軟件利用組態王（KingView5.1）工控組態軟件。它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構成監控畫面，并以動畫方式顯示控制設備的狀態，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設備驅動程序和靈活的組態方式、數據鏈接功能。該軟件把每一臺下位機看作是一臺外部設備，在編程過程中根據“設備配置向導”的提示一步步完成連接功能。在運行期間，組態王通過驅動程序和這些外部設備交換數據，包括采集數據和發送數據/指令。每個驅動程序都是一個COM對象，這種方式使通信程序和組態王軟件構成一個完整的系統，既保證了運行系統的高效運行，也可擴大系統的規模。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
組態王與OMRONPLC之間的通信采用的是OMRONHOSTLINK通信協議。組態王通過串行口與PLC進行通信，訪問PLC相關的寄存器地址，以獲得PLC所控制設備的狀態或修改相關寄存器的值。組態王監控軟件還可實現顯示工藝流程圖、各種參數實時測量值，實時修改下位機所需的各種參數值，上、下位機之間的通信管理，實時故障報警畫面，實時數據庫和歷史數據庫管理，系統日志報表和各種生產報表等功能。
在主監控站上建立網絡數據庫，將過程監控站中的各類實時數據、畫面、圖表等信息存入本地網絡服務器中，利用ASP技術生成動態網頁，進行實時發布，可實現現場數據的Web瀏覽，為將來工廠全面的Intranet管理留下基礎。
下位機軟件設計采用模塊化結構，每一個模塊作為一個子程序。根據系統功能劃分，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、調試和維護比較方便。各子系統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結束語
經過精心設計，認真調試，該系統在東風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）該系統節能效果顯著，自投入運行以來冬夏兩季日均節電約30％。
（2）該系統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。
（3）能合理地應用設備，提高整個系統的運行效率，提高設備運行壽命。
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