摘 要：介紹了采用PROFIBUS總線組成冷庫制冷監控系統的設計思想、設計方法和設計內容。PROFIBUS總線和組態王軟件在冷庫監控系統中的應用，大大提高了冷庫運行的可靠性和自動化水平。 關鍵詞：冷庫 PROFIBUS PLC 監控 1.引言 　　冷庫是食品行業廣泛使用的設備，在食品生產中起著關鍵作用。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，由于制冷設備多、結構復雜（系統中設備控制量多達150種），造成布線多、操作繁瑣、信息傳遞易出現“瓶頸”堵塞現象，各個設備的運行情況不能及時地反映出來，給生產管理帶來諸多不便。 　　針對上述問題，采用PROFIBUS-DP總線組成制冷監控系統。Profidus是一種國際化、開放式、不依賴于生產廠商的現場總線標準，它包括PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS 3個兼容版本，廣泛應用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領域。其中PROFIBUS-DP是一種用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術，可實現現場設備層到車間級監控的分散式數字控制和現場通信，從而為實現工業現場局域網絡系統提供了技術保證。利用PROFIBUS現場總線構成冷庫制冷監控系統，大大減少了布線工作量與電纜投資，避免了信號干擾，使系統更可靠，操作更簡便，實現了制冷系統自動控制，同時完成制冷生產工藝的動態監控，從而實現對整個冷庫生產過程進行自動監控和管理的目的。 2.監控系統的構成及主要功能 　　雙匯工業園萬噸冷庫制冷系統有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。控制系統要求自動控制沖霜過程、壓縮機、氨泵、水泵、冷風機等設備的開、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、低壓循環桶的液位、各臺壓縮機的運行參數及曲線。庫房的溫度、總管壓力可以根據實際需要，在中控室進行設定。 　　2.1 系統組成 　　根據以上制冷工藝的要求，該監控系統采用PROFIBUS-DP單主-從工作方式構成分布式實時監控網絡，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從站實現的，控制系統的網絡結構如圖1所示。 　　上位機選用研華工控機，內置專用的MPI通信網卡CP5611。S7-300可編程控制器作為主站進行數據處理和制冷設備控制，工控機作為人機操作站，只起編程和監控作用。它通過西門子的編程軟件STEP7 V5.1，首先對系統進行相應網絡配置，如通信端口的設置，MPI地址和數據傳輸速率的設定等;然后通過MPI端口對主站S7-300進行硬件組態，由電源模塊PS307、CPU315-2DP、模擬量輸入模塊SM331、數字量輸入模塊SM321和數字量輸出模塊SM322組成。上位機選用組態王進行各種畫面的組態，實現數據瀏覽、參數設定、手自動操作、故障報警、歷史數據記錄等操作，并具有完備的報表管理功能。由于該系統畫面較多，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據通信。主站還可以通過遠程I/OEM277控制壓縮機、氨泵和水泵的起停，并能根據用冷量的大小，增減壓縮機的投入數量。同時采集吸氣總管和排氣總管的壓力、壓縮機的運行參數等。 　　由于6個冷庫距離中央監控室較遠，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據采集，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，箱內的S7-200接收從主站來的I/O配置，分時采集溫度值，向主站發送數據和接收來自主站的數據。現場箱安裝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，顯示電流的數值及曲線。 　　2.2 溫度巡檢電路 　　由于庫房的溫度監測點較多，每一個監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）的輪巡周期內分別控制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。 　　2.3 系統主要功能 　　（1）實現對壓縮機、氨泵、風機、沖霜等制冷設備的全過程控制。 　　（2）實時顯示制冷系統的主要工藝參數（如溫度、壓力、風機電流等）。 　　（3）動態模擬顯示各設備運行情況（如壓縮機的起停、低壓循環桶液位的高低等）。 　　（4）通過鍵盤可以根據實際需要對溫度、壓力等進行參數設置和修改。 　　（5）參數超限值的在線檢測和報警。 　　（6）各種生產管理報表的自動生成、數據查詢和打印。 3.軟件設計 　　3.1 PLC程序設計。 　　軟件設計采用模塊化結構設計方法，程序結構清晰、緊湊、便于修改。根據制冷控制系統的工藝要求，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初始化、初始參數設定、循環檢測、調用子程序、輸出控制信號和實時顯示參數。子程序分為壓縮機控制、冷風機控制、低壓循環桶液位控制、沖霜控制、故障處理、數據采集與處理等功能塊FC。各功能子程序對相關事件的聯系和處理靠主程序OB1調用，其程序結構如圖3所示。在程序編寫過程中，需要注意以下幾個問題的處理： 　　（1）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，經過A/D轉換，該溫度值變成無量綱的數字量，要想在上位機中把該數字量顯示成有量綱的實際溫度值，必須經過程序計算和轉換，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可能會受到干擾信號的作用而出現誤差，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。 　　（2）通信用DB塊的設計 　　在制冷監控系統中，上位機和下位機的通信主要通過讀取和改變下位機的DB塊來實現的。該系統一共設計了9個DB塊，分別表示實際溫度數據塊、設定溫度數據塊、電流數據塊、液位數據塊、實際壓力數據塊、設定壓力數據塊、除霜數據塊、報警數據塊和各種閥門開啟數據塊。上述數據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的實際溫度值、冷風機開閉狀態等;通過改變下位機相應的DB塊，如改變某一庫房的設定溫度，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 組態軟件的設計 　　組態軟件采用北京亞控公司的組態王。該軟件通過S7-300采集制冷過程中的各種工藝參數，在上位機上隨時監控風機電機的狀態（運行、停止、故障）、低壓循環桶的液位、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的工作狀況。還可以利用數據、圖表、棒圖和趨勢圖等方式顯示溫度、壓力、電流、給定調節量和故障狀態等動態參數。根據監控系統的要求，共組態出8類30個畫面，包括冷庫及制冷站內各機組工作狀態模擬畫面、整個系統內各現場監控單元的工作情況畫面、查詢、監控及手動操作等工作權限畫面、當前值記錄和歷史記錄及參數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，根據菜單和對話框上的提示，完成各個界面的切換。 4.結束語 　　在對冷庫進行自動化設計過程中，利用PLC通過PROFIBUS-DP現場總線，構建高性能的工業現場局域網，實現對冷庫生產過程的網絡化監控，減少了大量布線，提高了系統的準確性與可靠性。由于現場總線設備的智能化、數字化，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，由于系統的結構簡化，設備與連線減少，現場儀表內部功能加強，減少了信號的往返傳輸，提高了系統的工作可靠性。此外，由于它的設備標準化和功能模塊化，因而還具有設計簡單，易于重構等優點。 　　基于PROFIBUS-DP的冷庫全自動監控系統，發揮了PLC和PROFIBUS-DP的優勢，成功實現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境，為實現“無人冷庫”或“信息冷庫”奠定了基礎。 參考文獻： 　　1. SIMATIC S7-300 可編程序控制器手冊，SIEMENS公司。 　　2. 夏德海.現場總線技術.北京:中國電力出版社,2003 　　3. 陽憲惠.現場總線技術及其應用.北京:清華大學出版社，2000 　　4. 廖常初.PLC編程及應用.北京:機械工業出版社，2004