摘 要：介紹了采用PROFIBUS總線組成冷庫(kù)制冷監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)內(nèi)容。PROFIBUS總線和組態(tài)王軟件在冷庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，大大提高了冷庫(kù)運(yùn)行的可靠性和自動(dòng)化水平。 關(guān)鍵詞：冷庫(kù) PROFIBUS PLC 監(jiān)控 1.引言 　　冷庫(kù)是食品行業(yè)廣泛使用的設(shè)備，在食品生產(chǎn)中起著關(guān)鍵作用。目前，我國(guó)大型冷庫(kù)的制冷監(jiān)控系統(tǒng)主要采用人工或集中式控制系統(tǒng)，由于制冷設(shè)備多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜（系統(tǒng)中設(shè)備控制量多達(dá)150種），造成布線多、操作繁瑣、信息傳遞易出現(xiàn)“瓶頸”堵塞現(xiàn)象，各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況不能及時(shí)地反映出來(lái)，給生產(chǎn)管理帶來(lái)諸多不便。 　　針對(duì)上述問(wèn)題，采用PROFIBUS-DP總線組成制冷監(jiān)控系統(tǒng)。Profidus是一種國(guó)際化、開(kāi)放式、不依賴于生產(chǎn)廠商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，它包括PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS 3個(gè)兼容版本，廣泛應(yīng)用于過(guò)程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域。其中PROFIBUS-DP是一種用于工廠自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信，從而為實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供了技術(shù)保證。利用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成冷庫(kù)制冷監(jiān)控系統(tǒng)，大大減少了布線工作量與電纜投資，避免了信號(hào)干擾，使系統(tǒng)更可靠，操作更簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)了制冷系統(tǒng)自動(dòng)控制，同時(shí)完成制冷生產(chǎn)工藝的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)冷庫(kù)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控和管理的目的。 2.監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成及主要功能 　　雙匯工業(yè)園萬(wàn)噸冷庫(kù)制冷系統(tǒng)有4臺(tái)獨(dú)立的開(kāi)啟式螺桿壓縮機(jī)，分別給6個(gè)庫(kù)房供冷，庫(kù)房用循環(huán)風(fēng)機(jī)吹送冷風(fēng)，其中，1～5#庫(kù)是冷凍庫(kù)，有30個(gè)-18ºC測(cè)溫點(diǎn)，6#庫(kù)是冷藏庫(kù)，有6個(gè)0～4ºC測(cè)溫點(diǎn);控制風(fēng)機(jī)12組共計(jì)60臺(tái)風(fēng)機(jī)電機(jī)?？刂葡到y(tǒng)要求自動(dòng)控制沖霜過(guò)程、壓縮機(jī)、氨泵、水泵、冷風(fēng)機(jī)等設(shè)備的開(kāi)、停及壓縮機(jī)的能量增減。在中央控制室監(jiān)控冷庫(kù)各制冷設(shè)備的運(yùn)行狀況、顯示庫(kù)房溫度、回氣總管壓力、冷凝總管壓力、低壓循環(huán)桶的液位、各臺(tái)壓縮機(jī)的運(yùn)行參數(shù)及曲線。庫(kù)房的溫度、總管壓力可以根據(jù)實(shí)際需要，在中控室進(jìn)行設(shè)定。 　　2.1 系統(tǒng)組成 　　根據(jù)以上制冷工藝的要求，該監(jiān)控系統(tǒng)采用PROFIBUS-DP單主-從工作方式構(gòu)成分布式實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，主站選用SIEMENS的S7-300PLC（CPU315-2DP），從站為三臺(tái)S7-200PLC（CPU226）和1塊遠(yuǎn)程I/O（ET200M）。主站與S7-200從站之間的PROFIBUS-DP通信是通過(guò)EM277模塊將CPU226作為DP從站實(shí)現(xiàn)的，控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。 　　上位機(jī)選用研華工控機(jī)，內(nèi)置專用的MPI通信網(wǎng)卡CP5611。S7-300可編程控制器作為主站進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和制冷設(shè)備控制，工控機(jī)作為人機(jī)操作站，只起編程和監(jiān)控作用。它通過(guò)西門子的編程軟件STEP7 V5.1，首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)配置，如通信端口的設(shè)置，MPI地址和數(shù)據(jù)傳輸速率的設(shè)定等;然后通過(guò)MPI端口對(duì)主站S7-300進(jìn)行硬件組態(tài)，由電源模塊PS307、CPU315-2DP、模擬量輸入模塊SM331、數(shù)字量輸入模塊SM321和數(shù)字量輸出模塊SM322組成。上位機(jī)選用組態(tài)王進(jìn)行各種畫(huà)面的組態(tài)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)瀏覽、參數(shù)設(shè)定、手自動(dòng)操作、故障報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)記錄等操作，并具有完備的報(bào)表管理功能。由于該系統(tǒng)畫(huà)面較多，故采用兩臺(tái)工控機(jī)作為操作站。 　　主站帶有PROFIBUS-DP接口可以和三個(gè)從站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。主站還可以通過(guò)遠(yuǎn)程I/OEM277控制壓縮機(jī)、氨泵和水泵的起停，并能根據(jù)用冷量的大小，增減壓縮機(jī)的投入數(shù)量。同時(shí)采集吸氣總管和排氣總管的壓力、壓縮機(jī)的運(yùn)行參數(shù)等。 　　由于6個(gè)冷庫(kù)距離中央監(jiān)控室較遠(yuǎn)，在6個(gè)冷庫(kù)間門口的合理中間位置，安裝3臺(tái)S7-200PLC作為遠(yuǎn)程從站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，其中兩臺(tái)為溫度采集箱，溫度傳感器信號(hào)就近接入采集箱內(nèi)，箱內(nèi)的S7-200接收從主站來(lái)的I/O配置，分時(shí)采集溫度值，向主站發(fā)送數(shù)據(jù)和接收來(lái)自主站的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)箱安裝TD200文本顯示器，可以就地檢查各溫度值和其他信息。另一臺(tái)S7-200PLC采集6個(gè)冷庫(kù)房中60臺(tái)風(fēng)機(jī)電機(jī)的電流，通過(guò)PROFIBUS總線送入上位機(jī)，顯示電流的數(shù)值及曲線。 　　2.2 溫度巡檢電路 　　由于庫(kù)房的溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)較多，每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度都需要通過(guò)溫度變送器，將PT100熱電阻溫度傳感器的電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA電流信號(hào)送入S7-200PLC中，這樣每一個(gè)溫度采集站就需要18個(gè)溫度變送器和5個(gè)模擬量輸入模塊。為了降低成本，采用如圖2所示的分時(shí)驅(qū)動(dòng)采樣電路，利用PLC強(qiáng)大的控制功能，通過(guò)軟件編程，在60S～120S（可調(diào)）的輪巡周期內(nèi)分別控制18個(gè)中間繼電器KA的通斷，這樣一來(lái)，每組只需一個(gè)溫度變送器和一個(gè)模擬量輸入模塊就可以采集所有溫度值，從而實(shí)現(xiàn)了用軟件處理減少硬件配置，降低了監(jiān)控系統(tǒng)的費(fèi)用，減少了設(shè)備的故障率。 　　2.3 系統(tǒng)主要功能 　?。?）實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)、氨泵、風(fēng)機(jī)、沖霜等制冷設(shè)備的全過(guò)程控制。 　?。?）實(shí)時(shí)顯示制冷系統(tǒng)的主要工藝參數(shù)（如溫度、壓力、風(fēng)機(jī)電流等）。 　?。?）動(dòng)態(tài)模擬顯示各設(shè)備運(yùn)行情況（如壓縮機(jī)的起停、低壓循環(huán)桶液位的高低等）。 　?。?）通過(guò)鍵盤可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)溫度、壓力等進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和修改。 　　（5）參數(shù)超限值的在線檢測(cè)和報(bào)警。 　?。?）各種生產(chǎn)管理報(bào)表的自動(dòng)生成、數(shù)據(jù)查詢和打印。 3.軟件設(shè)計(jì) 　　3.1 PLC程序設(shè)計(jì)。 　　軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，程序結(jié)構(gòu)清晰、緊湊、便于修改。根據(jù)制冷控制系統(tǒng)的工藝要求，把程序分成主程序和子程序兩部分。主程序主要是完成系統(tǒng)初始化、初始參數(shù)設(shè)定、循環(huán)檢測(cè)、調(diào)用子程序、輸出控制信號(hào)和實(shí)時(shí)顯示參數(shù)。子程序分為壓縮機(jī)控制、冷風(fēng)機(jī)控制、低壓循環(huán)桶液位控制、沖霜控制、故障處理、數(shù)據(jù)采集與處理等功能塊FC。各功能子程序?qū)ο嚓P(guān)事件的聯(lián)系和處理靠主程序OB1調(diào)用，其程序結(jié)構(gòu)如圖3所示。在程序編寫(xiě)過(guò)程中，需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題的處理： 　　（1）溫度采集和處理 　　庫(kù)房的實(shí)際溫度值通過(guò)溫度傳感器的采集送入PLC的模擬量輸入模塊中，此時(shí)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，該溫度值變成無(wú)量綱的數(shù)字量，要想在上位機(jī)中把該數(shù)字量顯示成有量綱的實(shí)際溫度值，必須經(jīng)過(guò)程序計(jì)算和轉(zhuǎn)換，才能變成有量綱的值被顯示出來(lái)。同時(shí)，傳感器采集到的溫度信號(hào)在極短的時(shí)間內(nèi)可能會(huì)受到干擾信號(hào)的作用而出現(xiàn)誤差，從而會(huì)導(dǎo)致冷風(fēng)機(jī)和冷卻液閥的誤動(dòng)作。為了避免干擾，采用在10S時(shí)間內(nèi)采集6個(gè)實(shí)際溫度值，通過(guò)程序計(jì)算其平均值，然后用平均溫度值去控制風(fēng)機(jī)和冷卻閥的起停，從而有效地避免了干擾。 　　（2）通信用DB塊的設(shè)計(jì) 　　在制冷監(jiān)控系統(tǒng)中，上位機(jī)和下位機(jī)的通信主要通過(guò)讀取和改變下位機(jī)的DB塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)一共設(shè)計(jì)了9個(gè)DB塊，分別表示實(shí)際溫度數(shù)據(jù)塊、設(shè)定溫度數(shù)據(jù)塊、電流數(shù)據(jù)塊、液位數(shù)據(jù)塊、實(shí)際壓力數(shù)據(jù)塊、設(shè)定壓力數(shù)據(jù)塊、除霜數(shù)據(jù)塊、報(bào)警數(shù)據(jù)塊和各種閥門開(kāi)啟數(shù)據(jù)塊。上述數(shù)據(jù)塊的變量全是二進(jìn)制變量。通過(guò)讀取下位機(jī)的DB塊，在上位機(jī)中顯示對(duì)應(yīng)的實(shí)際溫度值、冷風(fēng)機(jī)開(kāi)閉狀態(tài)等;通過(guò)改變下位機(jī)相應(yīng)的DB塊，如改變某一庫(kù)房的設(shè)定溫度，就可以改變DB塊中的值，從而達(dá)到控制PLC的輸出負(fù)載冷風(fēng)機(jī)起停的目的。 　　3.2 組態(tài)軟件的設(shè)計(jì) 　　組態(tài)軟件采用北京亞控公司的組態(tài)王。該軟件通過(guò)S7-300采集制冷過(guò)程中的各種工藝參數(shù)，在上位機(jī)上隨時(shí)監(jiān)控風(fēng)機(jī)電機(jī)的狀態(tài)（運(yùn)行、停止、故障）、低壓循環(huán)桶的液位、各種電磁閥的動(dòng)作變化過(guò)程，使操作人員很直觀地了解系統(tǒng)的工作狀況。還可以利用數(shù)據(jù)、圖表、棒圖和趨勢(shì)圖等方式顯示溫度、壓力、電流、給定調(diào)節(jié)量和故障狀態(tài)等動(dòng)態(tài)參數(shù)。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的要求，共組態(tài)出8類30個(gè)畫(huà)面，包括冷庫(kù)及制冷站內(nèi)各機(jī)組工作狀態(tài)模擬畫(huà)面、整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)各現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元的工作情況畫(huà)面、查詢、監(jiān)控及手動(dòng)操作等工作權(quán)限畫(huà)面、當(dāng)前值記錄和歷史記錄及參數(shù)值的保存和打印畫(huà)面、歷史曲線畫(huà)面、報(bào)警窗口畫(huà)面和報(bào)表管理畫(huà)面等。操作工人能方便地利用鼠標(biāo)或鍵盤，根據(jù)菜單和對(duì)話框上的提示，完成各個(gè)界面的切換。 4.結(jié)束語(yǔ) 　　在對(duì)冷庫(kù)進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用PLC通過(guò)PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線，構(gòu)建高性能的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷庫(kù)生產(chǎn)過(guò)程的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控，減少了大量布線，提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性。由于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的智能化、數(shù)字化，與模擬信號(hào)相比，它從根本上提高了測(cè)量與控制的準(zhǔn)確度，減少了傳送誤差。同時(shí)，由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，設(shè)備與連線減少，現(xiàn)場(chǎng)儀表內(nèi)部功能加強(qiáng)，減少了信號(hào)的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。此外，由于它的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和功能模塊化，因而還具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。 　　基于PROFIBUS-DP的冷庫(kù)全自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，發(fā)揮了PLC和PROFIBUS-DP的優(yōu)勢(shì)，成功實(shí)現(xiàn)了冷庫(kù)制冷的集中管理和分散控制，極大地減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了他們的工作環(huán)境，為實(shí)現(xiàn)“無(wú)人冷庫(kù)”或“信息冷庫(kù)”奠定了基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn)： 　　1. 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