船舶中央空調的組態與PLC監控系統設計

周名偵，葉翠安，盧曉春，張少明

（廣東交通職業技術學院，廣州 510800）

0 引言

為了滿足中華人民共和國海事局《海船船員適任考試與評估大綱》船員評估訓練及船舶無人機艙AUT0-1規范的要求，結合鋼質海船入級與建造規范對船舶中央空調的溫度、濕度、清新程度及氣流速度的要求。對原有船舶中央控制系統，運用計算機人機界面、PLC、變頻器、智能儀表和力控Forcecontrol6.0等軟硬件技術，改造成既可在機艙集控室控制又可以設備現場操作的中央空調控制系統。使工作人員坐在集中控制室就能實時的了解該系統的實時運行工況，如果發生故障能立即的發送報警信號，并記錄下來，實現了不到現場都能實行監視、控制、管理三者合一的功能。

1 中央空調監控系統的組成

1.1 監控系統控制方案

中央空調監控系統由上位機和下位機組成。上位機利用計算機Window server 2000與組態軟件力控Force control6.0，其目標是對該系統進行管理監視與控制，如數據采集、存貯、運算、過程監控、遠程控制，并根據現場狀況，做出故障報警、存貯歷史數據與提供數據查詢，并生成各類報表和自動打印等。下位機是系統的核心部分，能脫離上位機獨立運行。由三菱FX2n-60MR、FX0n-3A模擬量模塊、RS485、變頻器；智能儀表；DCS等組成。通過編程實現中央空調系統從啟/停、手動/自動及溫度、流量、壓力等各工作階段的負荷控制。同時對該系統的運行進行安全保護，如壓縮機工作壓力不正常、流量過小、超壓保護等。同時為了滿足學生實操、培訓等要求，在控制柜側邊用按鈕開關增設了故障，以便訓練學生能力。系統圖如圖1所示。

圖1 中央空調監控系統拓樸圖

1.2 監控系統的基本功能

1.2.1 上位機（Window2000;Force control6.0）能實現功能

1）查看中央空調運行時的實時數據及流程畫面；

2）自動打印各種實時/歷史生產報表；

3）及時得到并處理種種過程報警和系統報警；

4）在需要時，操作（管理）人員可以干預生產

過程，修改工作參數和狀態（溫度、PID值）；

1.2.2 下位機（PLC；變頻器；智能儀表；DCS；RS485等）能實現的能

1）急停；自動/用動轉換；

2）遇到火災時能自動關閉空調冷庫系統；

3）壓縮機工作壓力不正常時立即停止運行；

4）自動檢測、監測各種器件工況、參數與標準數值是否符合，以確保整個系統的使用安全，如出現故障將做出相應的處理，并報警；

5）自動累計壓縮機、各種水泵、冷卻塔等器件的運行時間；

6）通過冷媒水的總供、出、回的溫差和回水流量，計算中央空調系統的冷負荷；

7）根據溫差，作為變頻器閉環控制的輸入信號，自動控制水泵的轉速，改變制冷量，以適應不同的工況，同時可設定PI值，以達到最佳的節能效果；

8）通過計算機得到各機組的用電量，并生成報表。

2 系統硬件設計

2.1 設備的選型

利用三菱FX2N-48MR-PLC、臺達VDF-M變頻器、FX0N-3A模擬量模塊、RS485通信模塊、數據采集器、電磁閥、液位開關、接觸器以及各種流量、溫度、濕度傳感器等器件的有機結合，組成船舶中央空調的閉環控制系統，通過PID調節變頻器，從而控制冷媒泵的流量達到溫度調節和節能。

2.2 電氣原理圖

船舶中央空調電氣控制主電路圖如圖2所示。QF2、QF3、QF4、QF5、QF6分別是壓縮機、冷媒水泵、冷卻水泵、冷卻塔、計算機和控制電源的空氣開關，起短路漏電保護。KM3、KM4、VDF-M、KM5、KM6分別控制以上電機運行，FR1、FR2、FR3為壓縮機、冷卻水泵、冷卻塔電機過載保護用的熱繼電器。

3 系統軟件設計

3.1 編程方案

該控制系統要達到二地控制，也就是既可在機艙集控室控制又可以中央空調設備現場操作，同時二者又能獨立運行。當上位機組態軟件力控Force control6.0沒有開機或失效時，由PLC進行獨立控制，實現全自動與手動控制。由于上位機不能對PLC的輸入點進行改寫，因此在編程時可通過PLC的輔助繼電器M和數據D與之相對應編址來實現從上位機控制PLC的輸入情況。

3.2 組態監控界面開發

組態監控界面是利用組態軟件ForceControl6.0設計的, 如圖3所示。它主要包含數據庫創建、各種監控圖形界面制作、編制動作腳本程序三部分。

1）實時數據庫DS是整個應用系統的核心。它通過定義I/O設備，數據連接，負責整個應用系統的實時數據處理、歷史數據存儲、統計數據處理、報警信息處理、數據服務請求處理，并完成與過程數據采集的雙向數據通信。

2）監控圖形界面制作。依據軟件本身提供的

或新創建的子圖并根據系統器件和控制流程繪制出方便監視、控制、管理、顯示、修改等用戶友好豐富的畫面。

3）動作腳本程序。腳本程序是保證解決系統在運行中對變量、函數的操作，從而完成現場數據的處理和控制，并進得圖形化監控。

3.3 程序梯形圖

當上位機沒有開機或失效時，此時由PLC進行獨立控制，實現全自動與手動控制。由于篇幅有限，下面只重點介紹RS485控制程序如圖4、模擬量處理監控程序如圖5。

4 結束語

圖5 模擬量處理監控程序

1）投入運行后，經調試，在上位機和下位機都能運行穩定，實時數據庫能實時的反映當前系統運行參數，并自動的記錄運行情況。

2）經連續運行測試多次表明，系統性能穩定，設備故障報警正確率達100%，除設備本身因陳舊導致溫度過高需停機外，自動控制系統運轉正常。

3）該系統的節能措施主要是控制冷卻水泵，空調冷卻水的循環是以淡水作為冷媒，以海水出口溫度作為變頻器輸入信號改變海水流量，實現變頻調速節能。

[1] 龔運新,方立友.工業組態軟件實用技術[M].北京:清華大學出版社,2006.

[2] 張運剛,宋小春,郭武強.工業組態技術與應用[M].北京:人民郵電出版社,2008.

[3] 龔仲華,史建成,孫毅.三菱FX/Q系列PLC應用技術[M].北京:人民郵電出版社,2008.

[4] 李金川,鄭智慧.空調制冷自動控制系統運行與管理[M].北京:中國建材工業出版社,2006.

[5] 黃銳鴻.PLC與觸摸屏在恒壓供水中的應用[J].機電工程技術,2009(5):77-81.

[6] 張少明,盧曉春.基于組態控制船用輔鍋爐監控系統的設計與實現[J].船海工程,2008(10):23-24.

[7] 李蒙,等.力控在長城潤滑油罐區監控制系統中的應用[J].控制工程,2007(5):25-27.

[8] 林凌海.船舶中央空調系統的節能措施[J].廣東造船,2003(1):22-24.

[9] 楊書儀,等.基于力控軟件的供水水壓流量遠程監控系統[J].自動化儀表,2007(6):38-41.