現(xiàn)場總線在冷庫監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、引言

目前，我國大型冷庫的制冷監(jiān)控系統(tǒng)主要采用人工或集中式控制系統(tǒng)，控制器與現(xiàn)場設(shè)備之間靠大量的I／O電纜連接，不僅增加成本，也增加了系統(tǒng)的不可靠性?？刂葡到y(tǒng)傳送4～20mA模擬量信號，并以此監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備，這樣，由于控制器獲取信息量有限，現(xiàn)場級設(shè)備的在線故障診斷、報警、記錄功能較弱；另一方面也很難完成現(xiàn)場設(shè)備的動態(tài)監(jiān)控、遠程參數(shù)設(shè)定、修改等功能，造成制冷控制系統(tǒng)的信息集成能力不強和可維護性較差，影響冷庫的生產(chǎn)效率，并給生產(chǎn)管理帶來諸多不便。

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工控領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，建立基于Profibus—DP現(xiàn)場總線的冷庫制冷監(jiān)控系統(tǒng)成為解決這一問題的有效途徑。Profibus現(xiàn)場總線是一種全數(shù)字化的、串行、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，用于工廠／車間儀表和控制設(shè)備的局域網(wǎng)。由于它采用純數(shù)字技術(shù)，在單根電纜上連接多個儀表和設(shè)備，所傳遞的信息量大（不僅有控制數(shù)據(jù)，也有組態(tài)、狀態(tài)和診斷等數(shù)據(jù)），加之其具有更強的抗干擾性能，更低的安裝、運行和維護成本，因此其在冷庫制冷監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，將大大減少布線工作量與電纜投資，避免信號干擾，使系統(tǒng)更可靠，操作更簡便，監(jiān)控更直觀。

2、系統(tǒng)組成及主要功能

該萬噸冷庫制冷系統(tǒng)有一臺獨立的開啟式螺桿壓縮機，分別給六個庫房供冷，庫房用循環(huán)風機吹送冷風，其中，1號—5號庫是冷凍庫，有60個—18℃測溫點，6號庫是冷藏庫，有12個0～4℃測溫點；控制風機12組共計60臺風機?？刂葡到y(tǒng)要求自動控制沖霜過程，壓縮機、氨泵、水泵、冷風機等設(shè)備的開、停及壓縮機的能量增減。在中央控制室監(jiān)控冷庫各制冷設(shè)備的運行狀況、顯示庫房溫度、回氣總管壓力、冷凝總管壓力、低壓循環(huán)桶的液位、各臺壓縮機的運行參數(shù)及曲線。庫房的溫度、總管壓力可以根據(jù)實際需要，在中控室進行設(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)由Profibus—DP總線構(gòu)成單主從工作方式，如圖1所示。主站選用 Siemens 的 S7—300 PLC（CPU315—2DP），站地址設(shè)為2，實現(xiàn)總線通信控制與管理，完成周期性數(shù)據(jù)訪問。從站為三臺S7——200 PLC （CPU226） 和一塊遠程I／O（ET200M），站地址分別設(shè)定為3、4、5、6。主站與S7—200PLC從站之間的Profibus—DP通信是通過EM277通信模塊將CPU226作為DP從站實現(xiàn)的。上位機選用研華工控機，內(nèi)置專用的通信網(wǎng)卡CP5611，通過MPI口與PLC相連。工控機作為人機操作站，裝有西門子的編程軟件STEP7 V5.1和組態(tài)王監(jiān)控軟件。利用STEP7 V5.1編程軟件首先對系統(tǒng)進行相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)配置，如通信端口的設(shè)置，站地址和數(shù)據(jù)傳輸速率的設(shè)定等；然后通過MPI端口對主站S7—300進行硬件組態(tài)，由電源模塊PS307、CPU315—2DP、模擬量輸出模塊SM332、數(shù)字量輸入模塊SM321和數(shù)字量輸出模塊SM322組成。上位機選用組態(tài)王進行各種畫面的組態(tài)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)瀏覽、參數(shù)設(shè)定、手／自動操作、故障報警、歷史數(shù)據(jù)記錄等操作，監(jiān)控制冷控制系統(tǒng)的有關(guān)參量，并具有完備的報表管理功能。

主站帶有Profibus—DP接口可以和三個從站進行數(shù)據(jù)通信。主站還可以通過遠程I／O ET200M控制壓縮機、氨泵和水泵的起停，并能根據(jù)用冷量的大小，增減壓縮機的投人數(shù)量，同時采集壓縮機的運行參數(shù)等。

由于六個冷庫距中央監(jiān)控室較遠，在六個冷庫間門口的合理中間位置，安裝三臺S7—200 PLC作為遠程從站進行數(shù)據(jù)采集，其中兩臺為溫度采集箱，溫度傳感器信號就近接人采集箱內(nèi)，箱內(nèi)的S7—200接收從主站來的I／O配置，分時采集溫度值，向主站發(fā)送數(shù)據(jù)和接收來自主站的數(shù)據(jù)。現(xiàn)場箱安裝TD200文本顯示器，可以就地檢查各溫度值和其他信息。另一臺S7—200PLC采集六個冷庫房中60臺風機的電流和吸氣總管及排氣總管的壓力，通過Profibus—DP總線送人上位機，顯示風機電流和壓力的數(shù)值及曲線。

2.2 溫度巡檢電路

由于庫房的溫度監(jiān)測點較多，每一個監(jiān)測點的溫度都需要通過溫度變送器，將PTl00熱電阻溫度傳感器的電阻信號轉(zhuǎn)換為標準的4～20mA電流信號送人S7—200 PLC中，這樣每一個溫度采集站就需要36個溫度變送器和五個模擬量輸入模塊。為了降低成本，采用如圖2所示的分時驅(qū)動采樣電路，利用PLC強大的控制功能，通過軟件編程在60～120s（可調(diào)）的輪巡周期內(nèi)分別控制36、中間繼電器KA的通斷，因此，每組只需一個溫度變送器和一個模擬量輸入模塊就可以采集所有溫度值，從而實現(xiàn)了用軟件處理減少硬件配置，降低了監(jiān)控系統(tǒng)的費用，減少了設(shè)備的故障率。