基于PLC聯網技術對空調的控制研究

李舒帆

摘要：PLC即可編程控制器具有配置靈活、編程方便，且可靠性強的特點，被廣泛應用于現代控制系統當中，其中對空調系統的控制就是一個典型的代表。利用PLC聯網技術建成的空調控制系統具有可靠性強、功能強大、維修簡單等特點。本文跟蹤調查了佛山某企業車間的空間控制系統應用PLC聯網技術的建設，介紹了其空調控制系統的網絡構成，包括1臺上位機、1臺主站PLC和5臺分站PLC，同時對其連接同式和通信方式進行了詳細的介紹。該空調系統的PLC采用的三菱的Q系列的PLC，其性能穩定，功能強大，配備了智能化的I/O接口模板。最后得出結論，基于PLC聯網技術的空調控制系統具有很強的抗干擾能力和可靠性。

關鍵詞：PLC 聯網技術 空調系統 通信原理

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0004-01

PLC（可編程控制器）具有配置靈活、編程方便，且可靠性強的特點，因此在現代控制系統被廣泛應用，特別是在一些條件比較惡劣的工業生產環境中，更是發揮著得天獨厚的優勢。隨著網絡通信的進一步發展，PLC強大的網絡功能必然為有效集中管理與監控的數據提供支持。相比傳統繼電器來說，PLC具有維修簡單、使用可靠、功能強大等有點，它可以實現一些復雜邏輯功能，并實現有效的數字式控制。本文通過利用PLC聯網技術對佛山某生產車間的空間系統進行控制進行了研究，并分析了其中的通訊原理。

1 PLC及其聯網技術

隨著企業生產規模的擴大，伴隨著其控制的規模也逐漸增大，傳統的單臺控制設備已經不能滿足生產的需要，因此需要借助于PLC聯網技術來實現分散控制的功能，通過各PLC之間的互聯和通信，實現系統的全面協調控制。當中，PLC的基本性能之一就是通信能夠和遠程接入功能，只有這樣才能確保實現PLC的分散控制功能。為了更好地適應工業生產的需要，PLC生產企業都增強了PLC的網絡連接功能，確保其具有更強的拓展能力，相比傳統的PLC，當前PLC已經具備了三級甚至四級子網功能的多級分布式網絡了，同時搭配相關的工具軟件，使得PLC可以顯示動態畫面、工藝流程、趨勢圖的生成的多種功能的系統。

2 基于PLC聯網對空調系統的控制構成

為了保證生成環境的穩定，滿足生產工藝的要求，就需要生產車間的溫度、適度等保持在一定的水平。此時，有必須建立大型的中央空調系統對生產車間的環境進行調節與控制，同時，對不同車間、不同工位進行測試與控制。這樣可以有效的減少獨立控制的人力與物理成本的浪費。本文對佛山某生產企業的空調控制系統進行了研究，通過PLC對不同分系統進行控制，利用PLC聯網技術對不同點的環境參數進行有效的管理與檢測。該生產企業有6個獨立的空調系統，由PLC控制分系統，再通過PLC進行聯網，形成一個環形網絡。該系統分別由1個主站PLC、1臺上位機和5個PLC子站點構成。其中主站采用三菱Q系列的PLC，包括Q02CPU、與上位機通信的QJ71C24升級模塊、網絡通信的QJ72BR15模板、I/O組合模塊QH42P，此外，還有電源模塊和A/D模塊等。此外，子站也均采用三菱Q系列的PLC，搭配Q01CPU、網絡通信的QJ72BR15模板、網絡通信的QJ72BR15模板、以及電源模塊、I/O組合模塊和A/D模塊。空調系統中主站PLC負責與上位機之間實現數據通信，同時控制所控制的空調機組的溫度與濕度，采集各閥門位置信號的數據，實現與子站點的數據傳遞，包括接收與傳送。上位機的主要功能包括讀取主站PLC的數據，檢測與管理整個網絡的狀態量與模擬量。子站PLC的功能則是向接收來自主站PLC的數據以及向主站PLC提交數據，此外還需要負責所控制空調機組的數據采集和溫度及濕度的控制。

3 控制系統的網絡通信原理

主站PLC和子站PLC之間采用屏蔽的裝絞線電纜進行連接，分為保護地（RG）和信號地（SG）。其中SDA、SDB連接后一個站的RDA、RDB，而RDA、RDB則連接上一個站的SDA、SDB。SDA與SDB的功能是向后一個站寫數據，而RDA與RDB的功能則是從上一個站讀取數據。由于整個系統是采用的環形閉合網絡，這樣就能確保每個子站PLC都能通過前后站點將數據傳到主站PLC。每個子站點在CPU中用擁有元件地址，占16位點，其中輸出占8位（Y0-Y7），輸入占8位（X0-X7）。每一次輸出或輸入數據都只能發送或接受1個字節。此外，每一個子站有2個站號，由主站統一對站號模板中的硬件進行管理。主站的CPU還有數據緩沖區，110H-141H的緩沖區地址用于讀數據，而10H-41H的緩沖區地址用于寫數據，這些為主站和子站讀寫數據提供了便利。主站PLC從子站PLC讀數據時，主站對向子站傳遞讀的信號，而寫數據時也會給出寫的信號，相關數據都是存放在數據緩存區當中。主站將取回的數據放在緩沖區中后必須將其轉存在狀態繼電器和通信寄存區中，因為緩存區的數據會被下次存放的數據所替換。一般，模擬量信號放在通信寄存器中，而狀態量信號則存放在狀態繼電器中，可以用FORM命令實現。主站向寫數據到子站中時，主站PLC的CPU需要將數據先寫入寄存器中然后再存放到數據緩沖區中，可以用CTO命令實現。主站無論是讀還是寫，每次都只能發送1個字節的信號，如果傳送的是16位字則需要分兩次傳送來完成。但主站無法判斷子站傳送的是高八位信息還是低八位信息，因此，通常需要有一個約定。如主站需要子站傳送低八位信息，可以給子站寫“2M”，而要傳高八位信息，則主站給子站寫“2M+1”，數據的傳送后，要預留一定的時間段給對方接受信息。

4 上位機與主站PLC的網絡通信

主站PLC與上位機的相連是通過以太網來實現的，通常由主站中的QJ71C24模板來實現該功能的。兩者之間通過廣播方式來達成通信協議，在兩者的通信過程中，上位機處于主動地位，主動向PLC發送指令，而主站PLC處于被動地位，被動應答上位機的指令。值得注意的是上位機讀取數據是在主站PLC的狀態寄存器和通信寄存器中完成的，并開展相關的數據處理。

上位機是在windows環境下運行的，它有報警處理模塊、通信模塊、數據處理模塊、實時監控模塊和數據處理模塊五個部分構成，其中實施監控模塊具有溫度參數檢測和空調機組狀態檢測功能，數據處理模塊包括數據存儲、動化顯示和趨勢預測功能。為了更好的發揮微處理機的高性能，以及微型計算機的靈活運用，I/O結口必須實現智能化接口，即在I/O接口卡中也內置一個CPU，該CPU設計比較靈活，可以是單片機、也可以是圖像信號處理器，還可以是數字信號處理器等，除了用于I/O數據的傳遞以為還可以處理一些信號。智能化I/O接口除了具備一般I/O接口的功能以外，還可以進行數據處理，以及適應不同的控制主體，具有一定的職能作用和處理能力。職能化I/O接口的應該對于主機許多優點：第一，在一定程度上可以幫助主機減輕負擔，讓主機可以更好地去處理其他事物，從而提高主機的工作效率，減少發生故障的風險；第二，提高主機的處理能力，由于部分信息的處理已經由職能化I/O接口來完成，因此主機可以減少這部分工作，從而改善其性能，有利于其優化處理能力；最后，幫助主機節省儲存空間。主機CPU與智能化I/O接口中的CPU可以通過共用ARM從屬性、I/O傳送從屬型和主控型三種工作方式來實現。

通過PLC聯網技術，子站執行主站的命令，控制各生產車間的溫度與濕度，再由傳感器采集到相關數據發送到子站，子站再將信息上傳到主站，主站再由上位機控制，向子站下達指令。因此，系統操作人員只需要從上位機中就能輕松了解到各個PLC的工作狀態，并能夠輕松對各個分散的子站PLC進行控制和管理，這樣可以減少操作員的人數。PLC聯網技術本身具有很強的抗干擾能力和可靠性，因此該空調控制系統也具有較高的可靠性和抗干擾能力。

5 結語

本文對佛山某企業的五個車間的空調控制系統進行研究，發現PLC聯網技術在空調控制系統中具有重要的意義，能夠確保車間環境滿足工藝生產的需要，基于PLC聯網技術的空調控制系統具有較高的可靠性和抗干擾能力。PLC聯網具有較強的實用性，可以廣泛的應用。

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