摘要： 本文介紹了基于OMRON C200Hα和工控組態(tài)軟件組態(tài)王的一種分布式監(jiān)控系統(tǒng)，及其在綜合站房--制冷站、熱交換站、循環(huán)水站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及軟件組成以及PLC的具體配置，并介紹了該系統(tǒng)的具體通信方式及下位機(jī)軟件的編程思想及方框流程。本文還介紹了綜合站房的先進(jìn)控制工藝及要求及恒壓供水的一種簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)已投入運(yùn)行，取得良好的應(yīng)用效果。
關(guān)鍵詞： PLC 組態(tài)軟件 綜合站房 監(jiān)控系統(tǒng)
在大型機(jī)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(guò)程中起著極為重要的作用。因此，對(duì)上述站房系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)管理及控制也就成為工廠自動(dòng)化（FA）的重要組成部分，通過(guò)對(duì)這些站房實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制，可以起到大量節(jié)約資源，節(jié)省人工的作用。因此，對(duì)上述站房的自動(dòng)監(jiān)控，也將越來(lái)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)水站的監(jiān)控系統(tǒng)。
１、綜合站房工藝流程
綜合站房工藝流程示意圖如圖一：
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(chǎng)所、恒溫廠房的中央空調(diào)系統(tǒng)等。
冷凍水監(jiān)控系統(tǒng)
本系統(tǒng)以制冷機(jī)的監(jiān)控為主，制冷機(jī)為大連三洋蒸汽式溴冷機(jī)，該機(jī)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(jī)通信，從而很方便地獲得制冷機(jī)的運(yùn)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(fù)荷狀況，確定冷凍機(jī)開(kāi)啟臺(tái)數(shù)及閥門大小，保證冷源的合理使用，達(dá)到最佳的節(jié)能及運(yùn)行效果。
冷卻水監(jiān)控系統(tǒng)
冷卻水系統(tǒng)通過(guò)冷卻塔和冷卻水泵向制冷機(jī)提供冷卻水，保證制冷機(jī)有足夠的冷卻水通過(guò)，并根據(jù)氣候及冷負(fù)荷調(diào)整冷卻水運(yùn)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(yùn)行。
采暖監(jiān)控系統(tǒng)
采暖系統(tǒng)通過(guò)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(guò)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(fù)荷狀況，確定熱交換器開(kāi)啟臺(tái)數(shù)及閥門大小，保證熱源的合理使用，達(dá)到最佳的節(jié)能及運(yùn)行效果。
循環(huán)供水監(jiān)控系統(tǒng)
因?yàn)椴膳椭评洳豢赡芡瑫r(shí)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(duì)用戶提供熱、冷源。冷、熱源的切換由電動(dòng)閥自動(dòng)切換。
本系統(tǒng)實(shí)際上是一套相對(duì)獨(dú)立的恒壓供水系統(tǒng)。主要由變頻器和PLC組成，其電氣原理圖如圖二所示：
變頻器選用適于泵類的Fuji G9變頻器，分別對(duì)五臺(tái)循環(huán)水泵進(jìn)行變頻控制，并通過(guò)PLC的邏輯控制功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)供水系統(tǒng)的恒壓變流量控制，為確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)有過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載、自診斷等多種保護(hù)功能。
本系統(tǒng)接收上位機(jī)或本地發(fā)出的啟動(dòng)信號(hào)后，啟動(dòng)水泵1變頻運(yùn)行，PLC根據(jù)接收到的壓力和流量信號(hào)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(dāng)水泵1工作頻率達(dá)到工頻時(shí)，若管網(wǎng)水壓仍達(dá)不到要求，將此泵切換到工頻運(yùn)行，變頻器切換到水泵2，使其變頻運(yùn)行。此后，如果水壓仍達(dá)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(dāng)?shù)椭猎O(shè)定最低頻率時(shí)，依據(jù)先開(kāi)先停原則，自動(dòng)切換掉已投入運(yùn)行的工頻泵，使管網(wǎng)水壓始終保持恒定。這樣，五臺(tái)水泵輪流循環(huán)運(yùn)行，避免某臺(tái)泵長(zhǎng)期運(yùn)行，延長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)：Ui=Ui-1+ΔU=Ui-1+K[Ei-Ei-1+(T/Ti)Ei]。
綜合站房監(jiān)控系統(tǒng)的組成
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(jī)使用，用來(lái)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(jī)采用研華公司的工業(yè)計(jì)算機(jī)，接收PLC采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，完成報(bào)警、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、分析系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)等功能。
PLC采用OMRON公司的SYSMACα系列的C200HE,它是一種價(jià)格適中、性價(jià)比較高的中型機(jī)，配有較強(qiáng)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(qiáng)大的通信模板，這些都足以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代工廠自動(dòng)化的多級(jí)要求。系統(tǒng)主要選型如表一所示：
表一：PLC硬件配置
本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為單級(jí)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)如圖三所示：
由于采用一對(duì)四的通信方式，需要為設(shè)備設(shè)置地址，因此在下位機(jī)采用RS422標(biāo)準(zhǔn)，在每臺(tái)PLC上都安裝了一塊LK202HOSTbbbb模塊，各PLC通過(guò)三端口RS422適配器相連，然后通過(guò)RS422轉(zhuǎn)RS232適配器轉(zhuǎn)換后連接到上位機(jī)的串行口。
HOSTbbbb的內(nèi)部駐留了通信軟件，通信協(xié)議已固化，只有幾個(gè)參數(shù)需要用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用進(jìn)行設(shè)置。C200H-LK202上位連接單元的面板上有4個(gè)參數(shù)設(shè)置開(kāi)關(guān)SW1~4,SW1、SW2用于設(shè)置該上位連接單元的設(shè)備號(hào)（也稱站號(hào)），取值范圍為00~31。SW3選擇波特率。SW4用來(lái)設(shè)置命令級(jí)，奇偶校驗(yàn)格式。
網(wǎng)絡(luò)中的所有PLC通過(guò)公用LR區(qū)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，在LR區(qū)中每個(gè)PLC均分配一個(gè)寫區(qū)和若干讀區(qū)。數(shù)據(jù)傳送時(shí)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(guò)PLC鏈接單元從LR區(qū)對(duì)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。
３、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
上位機(jī)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bbbbbbs的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動(dòng)畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(tái)下位機(jī)看作是一臺(tái)外部設(shè)備，在編程過(guò)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(yùn)行期間，組態(tài)王通過(guò)驅(qū)動(dòng)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(gè)驅(qū)動(dòng)程序都是一個(gè)COM對(duì)象，這種方式使通信程序和組態(tài)王軟件構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，既保證了運(yùn)行系統(tǒng)的高效運(yùn)行，也可擴(kuò)大系統(tǒng)的規(guī)模。其與下位機(jī)通信原理如圖四所示：
組態(tài)王與OMRON PLC之間的通信采用的是OMRON HOSTbbbb通信協(xié)議。組態(tài)王通過(guò)串行口與PLC進(jìn)行通信，訪問(wèn)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(shí)現(xiàn)顯示工藝流程圖、各種參數(shù)實(shí)時(shí)測(cè)量值，實(shí)時(shí)修改下位機(jī)所需的各種參數(shù)值，上、下位機(jī)之間的通信管理，實(shí)時(shí)故障報(bào)警畫面，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)管理，系統(tǒng)日志報(bào)表和各種生產(chǎn)報(bào)表等功能。
在主監(jiān)控站上建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，將過(guò)程監(jiān)控站中的各類實(shí)時(shí)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(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)，進(jìn)行實(shí)時(shí)發(fā)布，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的Web瀏覽，為將來(lái)工廠全面的Intranet管理留下基礎(chǔ)。
下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，每一個(gè)模塊作為一個(gè)子程序。根據(jù)系統(tǒng)功能劃分，程序由多個(gè)模塊組成，每個(gè)模塊的程序量都不大，所以整個(gè)程序的編制、調(diào)試和維護(hù)比較方便。各子系統(tǒng)的下位機(jī)軟件模塊框圖如圖五：
４、結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，認(rèn)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(shí)際運(yùn)行中，取得良好的效果，并獲得用戶的一致好評(píng)。
（１）該系統(tǒng)節(jié)能效果顯著，自投入運(yùn)行以來(lái)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(yùn)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(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，提高設(shè)備運(yùn)行壽命。
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：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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