MODBUS總線PLC冷庫(kù)自動(dòng)化控制系統(tǒng)

畢海婷， 任大偉

（1.煙臺(tái)職業(yè)學(xué)院電氣工程系，山東煙臺(tái) 264670；2.煙臺(tái)冰輪股份有限公司，山東煙臺(tái) 264000）

MODBUS總線PLC冷庫(kù)自動(dòng)化控制系統(tǒng)

畢海婷1， 任大偉2

（1.煙臺(tái)職業(yè)學(xué)院電氣工程系，山東煙臺(tái) 264670；2.煙臺(tái)冰輪股份有限公司，山東煙臺(tái) 264000）

基于PLC技術(shù)研究了冷庫(kù)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，包括硬件組成、軟件結(jié)構(gòu)以及MODBUS總線結(jié)構(gòu)。該冷庫(kù)現(xiàn)已調(diào)試完畢投入使用。

無(wú)人值守；自動(dòng)化；PLC；組態(tài)軟件

0 引 言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，消費(fèi)觀念在不斷進(jìn)步，人們的食品結(jié)構(gòu)和需求也在不斷產(chǎn)生新的變化，綠色、保鮮食品已成為滿足現(xiàn)代人生活的必需品。在符合食品的安全、經(jīng)濟(jì)、便捷等需求趨使下，國(guó)內(nèi)低溫食品消費(fèi)量已日益增加。

我國(guó)地域遼闊，要確保食品在加工、儲(chǔ)存、輸送及銷售等流通過(guò)程中保持品質(zhì)，就需要有完善的低溫冷凍冷藏設(shè)施與物流裝備和快速運(yùn)作的物流體系。近年來(lái)，自動(dòng)冷庫(kù)在我國(guó)發(fā)展很快，但處于起步狀態(tài)。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本工程原立項(xiàng)為國(guó)家批準(zhǔn)的10 000t規(guī)模，分兩期實(shí)施。一期工程包括5 000t低溫冷藏庫(kù)和40t凍結(jié)間，二期為5 000t低溫冷藏庫(kù)。本項(xiàng)目由國(guó)內(nèi)貿(mào)易部設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，由煙臺(tái)冰輪股份有限公司進(jìn)行二次優(yōu)化設(shè)計(jì)并進(jìn)行全自動(dòng)調(diào)試。

2 自動(dòng)化系統(tǒng)介紹

制冷設(shè)備的自動(dòng)化不但可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能，而且也會(huì)大大降低用戶的運(yùn)營(yíng)成本。一是實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，可以降低勞動(dòng)成本；二是利用計(jì)算機(jī)控制中心可對(duì)冷庫(kù)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行快速響應(yīng)，克服了操作人員的滯后性，進(jìn)而提高產(chǎn)品品質(zhì)、制冷效率，從而增加冷庫(kù)方的經(jīng)濟(jì)效益；三是系統(tǒng)穩(wěn)定性增強(qiáng)，維護(hù)費(fèi)用降低。

本工程制冷控制系統(tǒng)擬采用集散式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS）的方案（采用分布式控制的策略，分散控制，集中管理）［1］，通過(guò)制冷機(jī)房控制室的監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)的集中監(jiān)控管理。基于PLC的Modbus控制系統(tǒng)是一種可靠靈活的監(jiān)控方式，其協(xié)議簡(jiǎn)單規(guī)范，功能齊全，易于編程實(shí)現(xiàn)；通過(guò)Modus通訊協(xié)議，使不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連接成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)［2］。現(xiàn)代自動(dòng)化冷庫(kù)技術(shù)要求利用計(jì)算機(jī)技術(shù)及各種檢測(cè)和控制元件，按照制冷工藝的要求，組成一個(gè)完善的控制系統(tǒng)［2］。計(jì)算機(jī)通過(guò)操作人員設(shè)定的各種參數(shù)進(jìn)行判斷，使制冷系統(tǒng)按照預(yù)置的程序執(zhí)行，并能實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)。即通過(guò)計(jì)算機(jī)人機(jī)界面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)本系統(tǒng)中所有設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)測(cè)冷風(fēng)機(jī)的運(yùn)行、停止與故障狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、液位等數(shù)據(jù)的集中數(shù)據(jù)管理、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)控制等中央管理調(diào)節(jié)功能。

3 監(jiān)控系統(tǒng)功能

數(shù)據(jù)采集和處理：定時(shí)采集全站生產(chǎn)過(guò)程輸入、輸出信號(hào)（包括開(kāi)關(guān)量、模擬量、脈沖量）經(jīng)濾波，檢出事故、故障、狀態(tài)信號(hào)和模擬信號(hào)參數(shù)變化，實(shí)時(shí)地更新數(shù)據(jù)庫(kù)，為監(jiān)控系統(tǒng)提供運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)。

3.1 監(jiān)控整個(gè)制冷系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)

監(jiān)控整個(gè)制冷系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)包含各動(dòng)力設(shè)備（水泵、風(fēng)機(jī)、氨泵、蒸發(fā)式冷凝器等）的運(yùn)行狀態(tài)，也可對(duì)其進(jìn)行手動(dòng)開(kāi)停控制（通過(guò)鼠標(biāo)操作實(shí)現(xiàn)、通過(guò)豐富的畫面功能（包括系統(tǒng)流程圖、設(shè)備圖形、設(shè)備名稱等），使設(shè)備直觀明了，操作簡(jiǎn)單易行）；各容器的液位顯示（貯氨器、循環(huán)桶、中間冷卻器），可實(shí)現(xiàn)高低液位報(bào)警；發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警，通知操作人員及時(shí)進(jìn)行處理。

監(jiān)控畫面如圖1所示。

圖1 自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面

3.2 監(jiān)測(cè)螺桿壓縮機(jī)的運(yùn)行工況

監(jiān)測(cè)螺桿壓縮機(jī)的運(yùn)行工況包含吸氣壓力、排氣壓力、油壓、油溫、主機(jī)電流、主機(jī)及油泵的運(yùn)行狀態(tài)、機(jī)組故障狀態(tài)，根據(jù)運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)，操作人員進(jìn)行相應(yīng)手動(dòng)操作，發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警，通知操作人員及時(shí)進(jìn)行處理。要實(shí)現(xiàn)以上功能，需要在壓縮機(jī)組上增加壓力傳感器等檢測(cè)元件。

壓縮機(jī)監(jiān)控畫面如圖2所示。

圖2 4＃壓縮機(jī)監(jiān)控畫面

3.3 溫度傳感器

每個(gè)冷藏間設(shè)有溫度傳感器，采用兩支德國(guó)JNMO的傳感器［3］采集庫(kù)內(nèi)溫度送至系統(tǒng)PLC，系統(tǒng)PLC進(jìn)行取平均值運(yùn)算，利用實(shí)際溫度和設(shè)定溫度值的上下限控制冷風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、低壓循環(huán)桶的開(kāi)停，使本冷藏間的溫度保持在設(shè)定范圍，并將溫度值和風(fēng)機(jī)的開(kāi)停狀態(tài)傳至主控PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。

冷藏間監(jiān)控畫面如圖3所示。

圖3 冷藏間監(jiān)控畫面

3.4 歷史數(shù)據(jù)及曲線功能

電腦可自動(dòng)保存數(shù)據(jù)一年以上，用戶可隨時(shí)調(diào)取保存數(shù)據(jù)，采用表格形式、曲線形式進(jìn)行查詢打印，也有利于操作維護(hù)人員排除故障和維護(hù)保養(yǎng)。歷史數(shù)據(jù)查詢表格形式和曲線形式分別如圖4和圖5所示。

圖4 歷史數(shù)據(jù)查詢表格形式

圖5 歷史數(shù)據(jù)查詢曲線形式

3.5 事件或異常報(bào)警

系統(tǒng)發(fā)生事件或運(yùn)行設(shè)備異常進(jìn)行報(bào)警，提示操作人員立即檢修。報(bào)警畫面如圖6所示。

4 電腦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件配置

上位機(jī)由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（臺(tái)灣研華產(chǎn)品）、21寸顯示器、打印機(jī)、UPS電源、網(wǎng)卡、以太網(wǎng)通訊模塊等設(shè)備及監(jiān)控軟件組成。計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)基于Windows環(huán)境，充分利用Windows良好的人機(jī)界面環(huán)境，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)軟件。上位機(jī)內(nèi)所有數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù)均可以通過(guò)以太網(wǎng)與公司信息網(wǎng)并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

圖6 系統(tǒng)實(shí)時(shí)和歷史報(bào)警窗口

下位機(jī)采用可編程控制器PLC作為控制核心。主要功能：接收各個(gè)動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行、故障狀態(tài)、手指令開(kāi)停允許狀態(tài)；對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行手指令程序開(kāi)停控制。PLC安裝在動(dòng)力控制柜處，采集的數(shù)據(jù)通過(guò)高速的總線通訊方式與上位機(jī)進(jìn)行交流。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)Modus總線式通訊協(xié)議［3－4］分別將一、二期壓縮機(jī)、低壓循環(huán)桶、冷間溫度、風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)聯(lián)系到一起，使整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)更加集中、全面。無(wú)論何種情況可以通過(guò)控制室的主控計(jì)算機(jī)監(jiān)視各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及檢測(cè)元件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，控制系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)置的程序和操作人員設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)開(kāi)停各設(shè)備，并根據(jù)實(shí)際的負(fù)

荷來(lái)控制壓縮機(jī)及其它輔助設(shè)備的開(kāi)停及開(kāi)啟臺(tái)數(shù)，達(dá)到無(wú)人值守和系統(tǒng)節(jié)能的目的。

［1］李漢軍，彭楚武.基于現(xiàn)場(chǎng)總線的集散式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（FDCS）研究［J］.湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004（3）：23-25.

［2］邱公偉.可編程控制器網(wǎng)絡(luò)通信及應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2000：78-79.

［3］梅銳，牟永敏.基于Modbus協(xié)議的自動(dòng)化設(shè)備之間通信實(shí)現(xiàn)［J］.北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（1）：43-46.

［4］尹冬梅.基于MODBUS總線的嵌入式工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)的研究［D］：［碩士學(xué)位論文］.廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2007.

MODBUS bus based PLC cold storage automatic control system

BI Hai-ting1， REN Da-wei2

（1.Department of Electronics Engineering，Yantai Vocational College City，Yantai 264670，China；2.Yantai Moon Co.，Ltd.，Yantai 264000，China）

Based on PLC technology，a cold storage system is studied including the hardware，software and the MODBUS configuration.The debug of the cold storage control system is finished and now put into application.

unattended；automated；PLC；configuration.

TP 273.5

A

1674-1374（2014）01-0101-05

2013-10-20

畢海婷（1980－），女，漢族，山東淄博人，煙臺(tái)職業(yè)學(xué)院助教，主要從事電氣、PLC等自動(dòng)化控制方向研究，E-mail：ytvcbht＠163.com.