PLC在房間空調器性能測試系統中的應用

摘 要：介紹了松下PLC在房間空調器焓差法性能測試系統中的應用，重點論述了系統控制要求、硬件環境、PLC控制程序設計以及上位機的監控程序設計。實驗表明，測試系統運行可靠，操作快捷方便。

關鍵字：PLC Delphi7.0 監控 通信

1. 引言

　　現代社會要求制造業能對市場需求做出迅速反應，生產出多批量、多品種、多規格、低成本和高質量的產品，為了滿足這一需求，生產設備、自動化生產線、檢測設備的控制系統必須具有極高的可靠性和靈活性，可編程序控制器（PLC）正是順應這一要求出現的，它是以微處理器為基礎的新型工業控制裝置，已經成為當代工業自動化的主要支柱之一[1]。

　　房間空調器是國家強制性電器質量檢測產品，為了完成符合國家標準的性能檢測，必須建立一套相應的高精度的測試系統。焓差法測試是重要的測試方法之一，它不僅能對房間空調器的制冷能力和制熱能力進行靜態試驗，還能進行動態性能的試驗（包括風機性能測試），此外還可以針對房間空調器季節節能能效比（SEER）進行測定間歇啟/停狀態下空調器的制冷量和輸入功率的試驗。

　　傳統的焓差法測試臺采用常規的繼電器控制，手動的操作方法，電氣線路又復雜，操作又不便。以PLC為核心的控制系統實現測試過程的自動化。本文就針對房間空調器焓差法性能測試系統，討論PLC在測試系統中的應用。

2. 系統控制要求

　　根據國家標準GB/T7725-1996[2]，空氣焓差法試驗系統需要兩個試驗環境，一個作為室內側試驗環境，一個作為室外側試驗環境。室內外試驗環境都配備了由1個循環風機，1個加濕器，1個加熱器及3臺制冷機組成的空氣處理裝置，另外，室外側還有1個采樣風機，室內側有2個采樣風機和1個排風機。室內外環境中所有設備的開關量均由PLC完成，同時PLC還兼備設備的故障報警。系統還要求上位機對所有設備進行控制，因此上位機與PLC通過RS232接口實現通信，在Delphi7.0平臺下編寫監控軟件實現對系統的實時控制。

3. 硬件環境

　　PLC選型

　　房間空調器焓差法測試系統的控制點數有22個輸入，16個輸出。日本松下PLC產品FP1-C40系列，由于體積較小、結構緊湊，而且性能穩定，完全可以完成控制需要，因此，我們選用此系列型號為AFP1243B的PLC。

　　輸入與輸出

　　依據控制對象，對可編程控制器PLC的I/O點數及主要內部繼電器進行分配[3]。

　　外部輸入繼電器X，用來采集各個被控對象的報警信號，是開關量輸入。分配表如表1。

　　表1輸入繼電器X分配表

　　外部輸出繼電器Y，用來控制系統設備中的被控對象，是開關量輸出。分配表2如下：

　　表2輸出繼電器Y分配表

　　主要內部繼電器R，用來接收上位機觸摸屏發送來的命令，作為被控對象的啟動與制動開關，以此來控制整個測量系統的運行。其接收的也是開關量0或者1。其分配表如表3：

　　表3主要內部繼電器R分配表

　　與上位機通訊

　　系統需要上位機對整個系統設備進行在線監控，FP1-C40系列提供了RS232接口，通過此接口與上位機通訊。

4. 控制程序設計

　　依據焓差測試臺的工作原理和系統設計的任務，考慮到實際情況的需要，設計的PLC程序要滿足下面的要求：

　　1） 焓差法測試臺系統啟動與停止時，系統中的16個被控對象的啟動順序有所不同。啟動時，制冷機與風機先啟動，并且只要有一個制冷機開動運行，風機就要立即啟動，以保證室內外側的空氣流通，然后再啟動加熱器和加濕器。停止運行時，制冷機、加熱器和加濕器先停機，然后再停止風機的運行。當在啟動與制動過程中有報警信號輸入時，則立刻停止出現故障被控對象的運行，以保證系統中被控對象不會被嚴重損壞。

　　2） 由于被控對象中有很多電機，電機在啟動時電流是正常工作時候額定電流的2～4倍，所以不能長時間使電機處于啟動/制動狀態，否則，電極的線圈會被燒壞。因此，系統設定電機啟動與制動時間都是10秒，即在啟動開關或制動開關按下后的10s內，可以取消操作。這樣就避免了因誤操作等因素使電機長時間處于啟動與制動狀態而損壞電機。

　　3） 在正常情況下，關機時是先關壓縮機和風機，然后再關運行的總開關。可是，實際情況下，可能會發生非法關機的情況，即直接將系統的總運行開關關閉。這樣在PLC沒有斷電的情況下再次按下主控開關時，PLC的一些狀態在開始時會保持，而使輸出滿足條件，這樣就會發生在沒有輸入的情況下卻有輸出的情況。為了避免這種情況，在每次主控繼電器的觸發信號關閉時，要對保持狀態的繼電器復位。

　　根據以上的要求，設計了PLC程序[4]。其程序的流程圖如圖1所示。最后，通過松下PLC自帶軟件FPWIN GR將程序下載到PLC里。

5. 監控程序設計

　　通訊協議

　　松下電工FP-X系列的各級PLC網絡應用層都是以其專用通訊協議MEWTOCOL為基礎設計的。MEWTOCOL協議分為兩個部分。一是MEWTOCOL-COM，即關于計算機的通訊協議，它適用于計算機與PLC的通訊。另一個是MEWTOCOL-DATA，即關于數據傳輸的協議，它適用于PLC與PLC之間及PLC與計算機之間的數據傳輸[5]。本系統采用MEWTOCOL-COM協議[6]。

　　1） 命令幀格式

　　

　　其中%：MEWTOCOL-COM的命令幀開始標志（ASCII碼為25H）;

　　H,L：站地址的高位和低位，默認為01;

　　#：站號特征碼（ASCII碼為23H）;

　　發送文本：由命令碼和數據組成，命令碼參考文獻[];

　　BCC：校驗碼，采用異或校驗碼，BCC為8位;

　　CR：回車結束符。

　　2） 響應幀格式

　　

　　其中%，H，L，BCC，CR的含義與命令幀相同;

　　$：命令正確傳送標志，如果此位為“!”則表示命令錯誤;

　　響應文本：正確響應命令信息文本或者錯誤命令的錯誤代碼。

　　5.2 通訊接口軟件設計[7]

　　在Delphi7.0中調用VB的MSComm控件，可以快速方便地對串口進行訪問[8]。

　　1） 端口設置

　　端口打開之前，要對端口的波特率、奇偶校驗位、數據長度、停止位進行設置。

　　MSComm_plc.CommPort:=1;

　　MSComm_Plc.Settings:=‘19200,o,8,1‘;

　　MSComm_plc.OutBufferSize:=1024; MSComm_plc.InBufferSize:=1024;

　　MSComm_plc.OutBufferCount:=0; MSComm_plc.InBufferCount:=0;

　　if not MSComm_plc.PortOpen then MSComm_plc.PortOpen:=true;

　　2） 發送指令

　　按照MEWTOCOL通訊協議給PLC發送指令，打開總開關如下：

　　procedure TForm_Main.CWButton48Click（Sender: TObject）; //總開關

　　var openstr,closestr,bcc,sendstr,sendstr1,sendstr2,sendstr3: string;

　　i: integer;

　　begin openstr:=‘%01#WCSR01001‘; //打開命令

　　closestr:=‘%01#WCSR01000‘; //關閉命令

　　bcc:=‘＊＊‘; //檢驗碼

　　if cwbutton48.Value=true then //打開總開關

　　begin sendstr:=openstr+bcc+chr（13）; //命令幀

　　for i:=1 to length（sendstr） do //逐字發送指令

　　begin sendstr1:=copy（sendstr,i,1）;

　　Mscomm_plc.Output:=sendstr1; end;

　　Mscomm_plc.OutBufferCount:=0; //端口緩存清除

　　Mscomm_plc.InBufferCount:=0;

　　end;

　　if cwbutton48.Value=false then //關閉總開關

　　begin sendstr2:=closestr+bcc+chr（13）;

　　for i:=1 to length（sendstr2） do

　　begin sendstr3:=copy（sendstr2,i,1）;

　　Mscomm_plc.Output:=sendstr3; end;

　　end;

　　end;

　　同樣，按照同樣格式實現其他開關的打開與關閉。

　　3） 故障報警

　　PLC輸入端均是采集報警信號，若是X0000（XO）端返回數據為0即為報警，其它輸入端與此相同。在程序中，利用Timer控件設定一定周期對端口進行掃描，系統采用周期為10s，即每10s對PLC的所有輸入端狀態進行掃描。當出現報警時，上位機軟件會判斷報警端口，并顯示報警信息。

6. 結束語

　　以PLC為核心的控制系統使工業設備操作越來越方便，電氣線路越來越簡單;與PLC通訊的上位機軟件，可以實時監控系統設備的運行狀態。此控制系統已成功應用在杭州電子科技大學人工環境與信息技術重點實驗室的焓差實驗臺， 1年多的實踐表明：系統運行可靠穩定、操作快捷方便，大大提高了測試系統的智能化與自動化水平。

參考文獻：

　　[1] 廖常初. 可編程程序控制器的編程方法與工程應用[M]. 重慶：重慶大學出版社, 2001.

　　[2] GB/T 7725-1996 房間空氣調節器

　　[3] 可編程控制器（FP系列）FP1硬件技術手冊[M]. 松下電工株式會社.

　　[4] 可編程控制器（FP系列）FP-M/FP1編程手冊[M. 松下電工株式會社.

　　[5] 姚健,宋志兵,姚沅紀. 計算機與松下PLC之間通訊接口軟件設計[J]. 微計算機信息, 2002,18（2）: 47-78.

　　[6] 汪曉光,孫曉瑛,王艷丹 等編著. 可編程控制器原理及應用[M]. 北京：機械工業出版社,2002.

　　[7] 田紅芳. 用VB實現上位機與PLC之間的串口通信[J]. 儀器儀表學報,2001,22（4增刊）: 447-448.

　　[8] 范逸之,陳立元 編著. Delphi與RS232串口通信控制[M]. 北京：清華大學出版社,2002.