摘 要：介紹了采用PROFIBUS總線組成冷庫制冷監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計思想、設(shè)計方法和設(shè)計內(nèi)容。PROFIBUS總線和組態(tài)王軟件在冷庫監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，大大提高了冷庫運行的可靠性和自動化水平。 關(guān)鍵詞：冷庫 PROFIBUS PLC 監(jiān)控 1.引言 　　冷庫是食品行業(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)，由于制冷設(shè)備多、結(jié)構(gòu)復雜（系統(tǒng)中設(shè)備控制量多達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，各個設(shè)備的運行情況不能及時地反映出來，給生產(chǎn)管理帶來諸多不便。 　　針對上述問題，采用PROFIBUS-DP總線組成制冷監(jiān)控系統(tǒng)。Profidus是一種國際化、開放式、不依賴于生產(chǎn)廠商的現(xiàn)場總線標準，它包括PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS 3個兼容版本，廣泛應(yīng)用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領(lǐng)域。其中PROFIBUS-DP是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)，可實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信，從而為實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供了技術(shù)保證。利用PROFIBUS現(xiàn)場總線構(gòu)成冷庫制冷監(jiān)控系統(tǒng)，大大減少了布線工作量與電纜投資，避免了信號干擾，使系統(tǒng)更可靠，操作更簡便，實現(xiàn)了制冷系統(tǒng)自動控制，同時完成制冷生產(chǎn)工藝的動態(tài)監(jiān)控，從而實現(xiàn)對整個冷庫生產(chǎn)過程進行自動監(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)園萬噸冷庫制冷系統(tǒng)有4臺獨立的開啟式螺桿壓縮機，分別給6個庫房供冷，庫房用循環(huán)風機吹送冷風，其中，1～5#庫是冷凍庫，有30個-18ºC測溫點，6#庫是冷藏庫，有6個0～4ºC測溫點;控制風機12組共計60臺風機電機?？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)采用PROFIBUS-DP單主-從工作方式構(gòu)成分布式實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，主站選用SIEMENS的S7-300PLC（CPU315-2DP），從站為三臺S7-200PLC（CPU226）和1塊遠程I/O（ET200M）。主站與S7-200從站之間的PROFIBUS-DP通信是通過EM277模塊將CPU226作為DP從站實現(xiàn)的，控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。 　　上位機選用研華工控機，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行數(shù)據(jù)處理和制冷設(shè)備控制，工控機作為人機操作站，只起編程和監(jiān)控作用。它通過西門子的編程軟件STEP7 V5.1，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，MPI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，并具有完備的報表管理功能。由于該系統(tǒng)畫面較多，故采用兩臺工控機作為操作站。 　　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/OEM277控制壓縮機、氨泵和水泵的起停，并能根據(jù)用冷量的大小，增減壓縮機的投入數(shù)量。同時采集吸氣總管和排氣總管的壓力、壓縮機的運行參數(shù)等。 　　由于6個冷庫距離中央監(jiān)控室較遠，在6個冷庫間門口的合理中間位置，安裝3臺S7-200PLC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入采集箱內(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6個冷庫房中60臺風機電機的電流，通過PROFIBUS總線送入上位機，顯示電流的數(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PT100熱電阻溫度傳感器的電阻信號轉(zhuǎn)換為標準的4～20mA電流信號送入S7-200PLC中，這樣每一個溫度采集站就需要18個溫度變送器和5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60S～120S（可調(diào)）的輪巡周期內(nèi)分別控制18個中間繼電器KA的通斷，這樣一來，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。 　　2.3 系統(tǒng)主要功能 　?。?）實現(xiàn)對壓縮機、氨泵、風機、沖霜等制冷設(shè)備的全過程控制。 　?。?）實時顯示制冷系統(tǒng)的主要工藝參數(shù)（如溫度、壓力、風機電流等）。 　?。?）動態(tài)模擬顯示各設(shè)備運行情況（如壓縮機的起停、低壓循環(huán)桶液位的高低等）。 　?。?）通過鍵盤可以根據(jù)實際需要對溫度、壓力等進行參數(shù)設(shè)置和修改。 　?。?）參數(shù)超限值的在線檢測和報警。 　　（6）各種生產(chǎn)管理報表的自動生成、數(shù)據(jù)查詢和打印。 3.軟件設(shè)計 　　3.1 PLC程序設(shè)計。 　　軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，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、調(diào)用子程序、輸出控制信號和實時顯示參數(shù)。子程序分為壓縮機控制、冷風機控制、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。在程序編寫過程中，需要注意以下幾個問題的處理： 　?。?）溫度采集和處理 　　庫房的實際溫度值通過溫度傳感器的采集送入PLC的模擬量輸入模塊中，此時，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，該溫度值變成無量綱的數(shù)字量，要想在上位機中把該數(shù)字量顯示成有量綱的實際溫度值，必須經(jīng)過程序計算和轉(zhuǎn)換，才能變成有量綱的值被顯示出來。同時，傳感器采集到的溫度信號在極短的時間內(nèi)可能會受到干擾信號的作用而出現(xiàn)誤差，從而會導致冷風機和冷卻液閥的誤動作。為了避免干擾，采用在10S時間內(nèi)采集6個實際溫度值，通過程序計算其平均值，然后用平均溫度值去控制風機和冷卻閥的起停，從而有效地避免了干擾。 　?。?）通信用DB塊的設(shè)計 　　在制冷監(jiān)控系統(tǒng)中，上位機和下位機的通信主要通過讀取和改變下位機的DB塊來實現(xiàn)的。該系統(tǒng)一共設(shè)計了9個DB塊，分別表示實際溫度數(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、報警數(shù)據(jù)塊和各種閥門開啟數(shù)據(jù)塊。上述數(shù)據(jù)塊的變量全是二進制變量。通過讀取下位機的DB塊，在上位機中顯示對應(yīng)的實際溫度值、冷風機開閉狀態(tài)等;通過改變下位機相應(yīng)的DB塊，如改變某一庫房的設(shè)定溫度，就可以改變DB塊中的值，從而達到控制PLC的輸出負載冷風機起停的目的。 　　3.2 組態(tài)軟件的設(shè)計 　　組態(tài)軟件采用北京亞控公司的組態(tài)王。該軟件通過S7-300采集制冷過程中的各種工藝參數(shù)，在上位機上隨時監(jiān)控風機電機的狀態(tài)（運行、停止、故障）、低壓循環(huán)桶的液位、各種電磁閥的動作變化過程，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個畫面，包括冷庫及制冷站內(nèi)各機組工作狀態(tài)模擬畫面、整個系統(tǒng)內(nèi)各現(xiàn)場監(jiān)控單元的工作情況畫面、查詢、監(jiān)控及手動操作等工作權(quán)限畫面、當前值記錄和歷史記錄及參數(shù)值的保存和打印畫面、歷史曲線畫面、報警窗口畫面和報表管理畫面等。操作工人能方便地利用鼠標或鍵盤，根據(jù)菜單和對話框上的提示，完成各個界面的切換。 4.結(jié)束語 　　在對冷庫進行自動化設(shè)計過程中，利用PLC通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線，構(gòu)建高性能的工業(yè)現(xiàn)場局域網(wǎng)，實現(xiàn)對冷庫生產(chǎn)過程的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控，減少了大量布線，提高了系統(tǒng)的準確性與可靠性。由于現(xiàn)場總線設(shè)備的智能化、數(shù)字化，與模擬信號相比，它從根本上提高了測量與控制的準確度，減少了傳送誤差。同時，由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化，設(shè)備與連線減少，現(xiàn)場儀表內(nèi)部功能加強，減少了信號的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。此外，由于它的設(shè)備標準化和功能模塊化，因而還具有設(shè)計簡單，易于重構(gòu)等優(yōu)點。 　　基于PROFIBUS-DP的冷庫全自動監(jiān)控系統(tǒng)，發(fā)揮了PLC和PROFIBUS-DP的優(yōu)勢，成功實現(xiàn)了冷庫制冷的集中管理和分散控制，極大地減輕了工人的勞動強度，改善了他們的工作環(huán)境，為實現(xiàn)“無人冷庫”或“信息冷庫”奠定了基礎(chǔ)。 參考文獻： 　　1. 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