摘 要：根據(jù)空氣源熱泵熱水機(jī)組運(yùn)行的工藝特點(diǎn)，本文介紹由計(jì)算機(jī)和PLC構(gòu)成的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，利用組態(tài)王與PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣源熱泵熱水機(jī)組的監(jiān)控，包括機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集與管理、運(yùn)行狀態(tài)顯示、故障報(bào)警以及工況的自動(dòng)切換等功能。監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)潔友好實(shí)用，操作使用方便。 關(guān)鍵詞：組態(tài)王，PLC，熱泵熱水機(jī)組 Abstract: Based on processes behaviors of the air-source heat pump water heater operation, this article introduce the computer supervision and control system which is composed kingview and PLC to complete the design of monitoring system and realize data acquisition and management, run state‘s display, and hitch decision and report. The monitor system friendly and practical. And it could be convenient to operate. Kewords: kingview , PLC, air-source heat pump water heater 0 引言 　　空氣源熱泵熱水機(jī)組是一種高效利用能源和實(shí)現(xiàn)環(huán)保的熱水系統(tǒng)。它主要由蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和膨脹閥四部分組成，其工作過(guò)程是利用設(shè)備內(nèi)的吸熱介質(zhì)（冷媒）從空氣或自然環(huán)境中采集熱能，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后提高冷媒的溫度，并通過(guò)熱交換器冷媒放出熱量加熱冷水，從而將環(huán)境里的熱量轉(zhuǎn)移到水中，制取的熱水通過(guò)水循環(huán)系統(tǒng)送入用戶進(jìn)行采暖或直接用于熱水供應(yīng)。在空氣源熱泵熱水機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試過(guò)程中, 為了實(shí)時(shí)掌握機(jī)組工作過(guò)程，需對(duì)機(jī)組運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，為此設(shè)計(jì)了基于組態(tài)王與PLC的空氣源熱泵熱水機(jī)組運(yùn)行的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。 1 空氣源熱泵熱水機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 　　監(jiān)控系統(tǒng)主要由上位機(jī)PC系統(tǒng)、下位機(jī)PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成。工作中，下位機(jī)PLC控制熱水機(jī)組的運(yùn)行，同時(shí)不斷地從各測(cè)試點(diǎn)的傳感器采集數(shù)據(jù), 并通過(guò)RS232 接口實(shí)時(shí)地傳送到上位機(jī)上, 上位機(jī)則實(shí)時(shí)地以圖形化界面顯示出熱水器的運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試狀況，并將PLC的傳送數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。該監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)所要求的工藝選擇了三菱的FX2N系PLC?？删幊炭刂破髦饕目刂茖?duì)象是開關(guān)量居多，而本系統(tǒng)要求采集溫度值、壓力值、所以需要加上A/D 轉(zhuǎn)換模塊，將采集的溫度和壓力的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，本系統(tǒng)采用了模擬量輸入模塊FX2N一4AD。監(jiān)控系統(tǒng)的控制框圖如圖1。 [align=center] 圖1　監(jiān)控系統(tǒng)的控制框圖[/align] 　　1.1上位機(jī)監(jiān)控界面設(shè)計(jì) 　　在監(jiān)控系統(tǒng)中，上位機(jī)監(jiān)控軟件采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的組態(tài)軟件—組態(tài)王KingView6.5 進(jìn)行編寫。組態(tài)王6.5以Windows為工作平臺(tái)，采用了多線程、COM組件等新技術(shù)，充分利用了Windows 的圖形編輯功能, 界面友好，使用方便，在每個(gè)應(yīng)用程序中可以建立數(shù)目不限的畫面，可以方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、靈活的組態(tài)方式和數(shù)據(jù)鏈接功能，它使得采用PC機(jī)開發(fā)的系統(tǒng)工程比以往使用專用機(jī)開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更有通用性，大大減少了工控軟件開發(fā)者的重復(fù)性工作，并可運(yùn)用PC機(jī)豐富的軟件資源進(jìn)行二次開發(fā)。用其構(gòu)造監(jiān)控系統(tǒng)能大大縮短開發(fā)時(shí)間，并能保證系統(tǒng)的質(zhì)量。 　　在用組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)編制應(yīng)用程序時(shí)，要考慮圖形、數(shù)據(jù)和連接三個(gè)方面：即用戶希望怎樣的圖形畫面? 怎樣用數(shù)據(jù)來(lái)描述工控對(duì)象的各種屬性? 數(shù)據(jù)和圖形畫面中的圖素的連接關(guān)系是什么? 　　本系統(tǒng)監(jiān)控包括兩方面內(nèi)容, 首先采集空氣源熱泵熱水機(jī)組的相關(guān)參數(shù), 然后分析采集到的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)的控制, 以保證空氣源熱泵熱水機(jī)組的正常運(yùn)行和按工藝要求運(yùn)行。 　　根據(jù)空氣源熱泵熱水機(jī)組運(yùn)行原理設(shè)計(jì)的監(jiān)控界面如圖2所示，主控畫面以圖形顯示，簡(jiǎn)潔且形象的模擬了空氣源熱泵熱水機(jī)組的運(yùn)行狀況, 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示各監(jiān)測(cè)參數(shù), 并可以對(duì)空氣源熱泵熱水機(jī)組的運(yùn)行進(jìn)行相關(guān)控制。監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)有實(shí)時(shí)顯示故障報(bào)警畫面、查詢歷史報(bào)警，并可以設(shè)置報(bào)警的極限值，歷史曲線畫面可以調(diào)出各監(jiān)測(cè)參數(shù)的歷史記錄，以曲線形式形象地表示出來(lái)，報(bào)表畫面可以進(jìn)行歷史報(bào)表和實(shí)時(shí)報(bào)表的查詢、編輯和打印。 [align=center] 圖2 監(jiān)控畫面[/align] 　　組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中制作的畫面都是靜態(tài)的，因此必須對(duì)這些圖形對(duì)象進(jìn)行動(dòng)畫設(shè)計(jì)，真實(shí)地描述外界對(duì)象的狀態(tài)變化，達(dá)到過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。組態(tài)王中實(shí)現(xiàn)圖形動(dòng)畫設(shè)計(jì)的主要方法是將用戶窗口中圖形對(duì)象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象建立相關(guān)性連接，并設(shè)置相應(yīng)的動(dòng)畫屬性。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，圖形對(duì)象的外觀和狀態(tài)特征，由數(shù)據(jù)對(duì)象的實(shí)時(shí)采集值驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了圖形的動(dòng)畫效果。 　　以下是本監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的部分設(shè)計(jì)命令語(yǔ)言： 　　if（\\本站點(diǎn)\風(fēng)機(jī)==1&&\\本站點(diǎn)\風(fēng)機(jī)動(dòng)<360） 　　\\本站點(diǎn)\風(fēng)機(jī)動(dòng)=\\本站點(diǎn)\風(fēng)機(jī)動(dòng)+20; 　　else 　　\\本站點(diǎn)\風(fēng)機(jī)動(dòng)=0; 　　if（\\本站點(diǎn)\水閥1==1&&\\本站點(diǎn)\移動(dòng)一<60） 　　\\本站點(diǎn)\移動(dòng)一=\\本站點(diǎn)\移動(dòng)一+7; 　　else 　　\\本站點(diǎn)\移動(dòng)一=0; 　　if（\\本站點(diǎn)\水閥2==1&&\\本站點(diǎn)\移動(dòng)二<60） 　　\\本站點(diǎn)\移動(dòng)二=\\本站點(diǎn)\移動(dòng)二+7; 　　else 　　\\本站點(diǎn)\移動(dòng)二=0; 　　if（（\本站點(diǎn)\水閥1==1||\本站點(diǎn)\水閥2==1）&&\\本站點(diǎn)\移動(dòng)<90） 　　\\本站點(diǎn)\移動(dòng)=\\本站點(diǎn)\移動(dòng)+10; 　　else 　　\\本站點(diǎn)\移動(dòng)=0; 　　if（\\本站點(diǎn)\文字移動(dòng)<100） 　　\\本站點(diǎn)\文字移動(dòng)=\\本站點(diǎn)\文字移動(dòng)+10; 　　else 　　\\本站點(diǎn)\文字移動(dòng)=0; 　　1.2下位機(jī)PLC軟件設(shè)計(jì) 　　在空氣源熱泵熱水機(jī)組系統(tǒng)中，采用PLC控制機(jī)組的運(yùn)行，PLC 以其高可靠性、適應(yīng)工業(yè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)、強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)功能等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)工藝過(guò)程。根據(jù)空氣源熱泵熱水機(jī)組的工藝要求，對(duì)空氣源熱泵熱水機(jī)組提出具體的控制要求主要有開機(jī)控制、關(guān)機(jī)控制、智能除霜控制、輔助電加熱控制、自動(dòng)防凍控制、保護(hù)控制、手動(dòng)除霜控制，確定PLC輸入輸出連接如圖3所示： [align=center] 圖3 PLC輸入輸出連接圖[/align] 　　設(shè)計(jì)開機(jī)主程序框圖如圖4： [align=center] 圖4 開機(jī)主程序框圖[/align] 　　在空氣源熱泵熱水機(jī)組控制系統(tǒng)中，為了保護(hù)機(jī)組正常運(yùn)行，設(shè)計(jì)以下各種保護(hù)，其保護(hù)裝置及其具體功能如下： 　　斷水保護(hù)控制：當(dāng)機(jī)組進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，水泵啟動(dòng)后檢測(cè)水流，在水泵運(yùn)行過(guò)程中若發(fā)生斷水則保護(hù)開關(guān)動(dòng)作，控制板故障報(bào)警指示輸出，并立即停止水泵及機(jī)組的工作。在外部故障消除后，即斷水保護(hù)開關(guān)閉合時(shí)，而且壓縮機(jī)在啟動(dòng)間隔時(shí)間到后，關(guān)閉報(bào)警，按正常啟動(dòng)過(guò)程啟動(dòng)機(jī)組。 　　高壓保護(hù)，超高水溫保護(hù)：進(jìn)入運(yùn)行檢測(cè)狀態(tài)，當(dāng)壓力過(guò)高或當(dāng)水溫超高時(shí)，則控制板故障報(bào)警指示輸出。在外部故障消除后，關(guān)閉報(bào)警，按正常啟動(dòng)過(guò)程啟動(dòng)機(jī)組。 　　低壓保護(hù)控制：機(jī)組在運(yùn)行工作中（融霜過(guò)程除外），控制系統(tǒng)始終監(jiān)視低壓開關(guān)的狀態(tài)。當(dāng)壓力過(guò)低出現(xiàn)異常導(dǎo)致開關(guān)動(dòng)作，控制板故障報(bào)警輸出。 2 上下位機(jī)通訊 　　在實(shí)現(xiàn)對(duì)熱泵熱水機(jī)組的實(shí)時(shí)監(jiān)控過(guò)程中，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)要完成與下位機(jī)聯(lián)機(jī)運(yùn)行，串行通訊方式是組態(tài)王與I/O設(shè)備之間最常用的一種數(shù)據(jù)交換方式，任何具有串行通訊接口的I/O設(shè)備都可以采用此方式。本系統(tǒng)中的下位機(jī)FX2N PLC基本單元模塊提供了一個(gè)RS232異步串行通信口，在控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，PLC的應(yīng)用程序調(diào)試成功后，則可以使用這個(gè)通信口和計(jì)算機(jī)連接，對(duì)PLC進(jìn)行讀寫操作，以實(shí)現(xiàn)和上位機(jī)的通信。 　　下位機(jī)FX2N PLC通過(guò)RS一232串行通訊電纜連接到安裝了“組態(tài)王”計(jì)算機(jī)的串口，組態(tài)王軟件內(nèi)嵌各種PLC 驅(qū)動(dòng)程序，組態(tài)王把每一臺(tái)下位機(jī)看作是外部設(shè)備, 用戶只需按照設(shè)備配置向?qū)нx擇PLC 的類型, 組態(tài)王將自動(dòng)完成相應(yīng)驅(qū)動(dòng)程序的啟動(dòng), 建立與PLC 之間的通信。在運(yùn)行期間，組態(tài)王軟件和PLC之間采用DDE （ 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換） 的方式通訊，通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序和下位機(jī)PLC交換數(shù)據(jù)，包括采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)指令。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中, 組態(tài)王與PLC 之間通信采用的是PPI 通訊協(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。監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)采用COM1 端口, 而PLC采用內(nèi)置RS-232 端口, 通信方式采用半雙工方式，同步啟動(dòng)停止，設(shè)置通訊參數(shù)波特率為9600，數(shù)據(jù)位7 位，停止位1 位, 偶校驗(yàn)。 3 結(jié)束語(yǔ) 　　空氣源熱泵熱水機(jī)組是一種新型節(jié)能產(chǎn)品，它以環(huán)境空氣作為低品位熱源，可以取之不盡，用之不竭，是一種可替代鍋爐的供暖設(shè)備和熱水裝置，本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于運(yùn)用組態(tài)王與PLC設(shè)計(jì)的空氣源熱泵熱水機(jī)組計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面友好直觀，而且具有一定的靈活性，易于擴(kuò)充。完全取代了傳統(tǒng)的控制柜和模擬屏顯示工藝流程，使開發(fā)周期減短，系統(tǒng)運(yùn)行可靠、靈活、穩(wěn)定。該監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅改善了安全生產(chǎn)狀況，而且在很大程度上提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，對(duì)于其他監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也具有很強(qiáng)的借鑒意義。 參考文獻(xiàn)： 　　[1] 詹素華，王君儒.PLC在熱泵自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]集美大學(xué)學(xué)報(bào).2001，6（3）：233-237 　　[2] 章鴻，龍偉，張利劍.基于PLC與組態(tài)軟件鋼鐵廠廢酸水處理控制系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006，11：109-111 　　[3] 王東濤.燒結(jié)豎爐計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì).2006，27（7）：1146-1148