現場(chǎng)總線(xiàn)在冷庫監控系統中的應用

1、引言

目前，我國大型冷庫的制冷監控系統主要采用人工或集中式控制系統，控制器與現場(chǎng)設備之間靠大量的I／O電纜連接，不僅增加成本，也增加了系統的不可靠性?？刂葡到y傳送4～20mA模擬量信號，并以此監控現場(chǎng)設備，這樣，由于控制器獲取信息量有限，現場(chǎng)級設備的在線(xiàn)故障診斷、報警、記錄功能較弱；另一方面也很難完成現場(chǎng)設備的動(dòng)態(tài)監控、遠程參數設定、修改等功能，造成制冷控制系統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(lái)諸多不便。

隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)在工控領(lǐng)域的應用和發(fā)展，建立基于Profibus—DP現場(chǎng)總線(xiàn)的冷庫制冷監控系統成為解決這一問(wèn)題的有效途徑。Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)是一種全數字化的、串行、雙向傳輸、多分支結構的通信網(wǎng)絡(luò )，用于工廠(chǎng)／車(chē)間儀表和控制設備的局域網(wǎng)。由于它采用純數字技術(shù)，在單根電纜上連接多個(gè)儀表和設備，所傳遞的信息量大（不僅有控制數據，也有組態(tài)、狀態(tài)和診斷等數據），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控系統中的應用，將大大減少布線(xiàn)工作量與電纜投資，避免信號干擾，使系統更可靠，操作更簡(jiǎn)便，監控更直觀(guān)。

2、系統組成及主要功能

該萬(wàn)噸冷庫制冷系統有一臺獨立的開(kāi)啟式螺桿壓縮機，分別給六個(gè)庫房供冷，庫房用循環(huán)風(fēng)機吹送冷風(fēng)，其中，1號—5號庫是冷凍庫，有60個(gè)—18℃測溫點(diǎn)，6號庫是冷藏庫，有12個(gè)0～4℃測溫點(diǎn)；控制風(fēng)機12組共計60臺風(fēng)機?？刂葡到y要求自動(dòng)控制沖霜過(guò)程，壓縮機、氨泵、水泵、冷風(fēng)機等設備的開(kāi)、停及壓縮機的能量增減。在中央控制室監控冷庫各制冷設備的運行狀況、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及曲線(xiàn)。庫房的溫度、總管壓力可以根據實(shí)際需要，在中控室進(jìn)行設定。

2.1 系統組成

根據以上制冷工藝的要求，該監控系統由Profibus—DP總線(xiàn)構成單主從工作方式，如圖1所示。主站選用 Siemens 的 S7—300 PLC（CPU315—2DP），站地址設為2，實(shí)現總線(xiàn)通信控制與管理，完成周期性數據訪(fǎng)問(wèn)。從站為三臺S7——200 PLC （CPU226） 和一塊遠程I／O（ET200M），站地址分別設定為3、4、5、6。主站與S7—200PLC從站之間的Profibus—DP通信是通過(guò)EM277通信模塊將CPU226作為DP從站實(shí)現的。上位機選用研華工控機，內置專(zhuān)用的通信網(wǎng)卡CP5611，通過(guò)MPI口與PLC相連。工控機作為人機操作站，裝有西門(mén)子的編程軟件STEP7 V5.1和組態(tài)王監控軟件。利用STEP7 V5.1編程軟件首先對系統進(jìn)行相應網(wǎng)絡(luò )配置，如通信端口的設置，站地址和數據傳輸速率的設定等；然后通過(guò)MPI端口對主站S7—300進(jìn)行硬件組態(tài)，由電源模塊PS307、CPU315—2DP、模擬量輸出模塊SM332、數字量輸入模塊SM321和數字量輸出模塊SM322組成。上位機選用組態(tài)王進(jìn)行各種畫(huà)面的組態(tài)，實(shí)現數據瀏覽、參數設定、手／自動(dòng)操作、故障報警、歷史數據記錄等操作，監控制冷控制系統的有關(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(gè)從站進(jìn)行數據通信。主站還可以通過(guò)遠程I／O ET200M控制壓縮機、氨泵和水泵的起停，并能根據用冷量的大小，增減壓縮機的投人數量，同時(shí)采集壓縮機的運行參數等。

由于六個(gè)冷庫距中央監控室較遠，在六個(gè)冷庫間門(mén)口的合理中間位置，安裝三臺S7—200 PLC作為遠程從站進(jìn)行數據采集，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，箱內的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)送數據和接收來(lái)自主站的數據?，F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S7—200PLC采集六個(gè)冷庫房中60臺風(fēng)機的電流和吸氣總管及排氣總管的壓力，通過(guò)Profibus—DP總線(xiàn)送人上位機，顯示風(fēng)機電流和壓力的數值及曲線(xiàn)。

2.2 溫度巡檢電路

由于庫房的溫度監測點(diǎn)較多，每一個(gè)監測點(diǎn)的溫度都需要通過(guò)溫度變送器，將PTl00熱電阻溫度傳感器的電阻信號轉換為標準的4～20mA電流信號送人S7—200 PLC中，這樣每一個(gè)溫度采集站就需要36個(gè)溫度變送器和五個(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)驅動(dòng)采樣電路，利用PLC強大的控制功能，通過(guò)軟件編程在60～120s（可調）的輪巡周期內分別控制36、中間繼電器KA的通斷，因此，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)現了用軟件處理減少硬件配置，降低了監控系統的費用，減少了設備的故障率。