船舶中央空調(diào)的組態(tài)與PLC監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周名偵，葉翠安，盧曉春，張少明

（廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州 510800）

0 引言

為了滿足中華人民共和國(guó)海事局《海船船員適任考試與評(píng)估大綱》船員評(píng)估訓(xùn)練及船舶無(wú)人機(jī)艙AUT0-1規(guī)范的要求，結(jié)合鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范對(duì)船舶中央空調(diào)的溫度、濕度、清新程度及氣流速度的要求。對(duì)原有船舶中央控制系統(tǒng)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)人機(jī)界面、PLC、變頻器、智能儀表和力控Forcecontrol6.0等軟硬件技術(shù)，改造成既可在機(jī)艙集控室控制又可以設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)操作的中央空調(diào)控制系統(tǒng)。使工作人員坐在集中控制室就能實(shí)時(shí)的了解該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行工況，如果發(fā)生故障能立即的發(fā)送報(bào)警信號(hào)，并記錄下來(lái)，實(shí)現(xiàn)了不到現(xiàn)場(chǎng)都能實(shí)行監(jiān)視、控制、管理三者合一的功能。

1 中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的組成

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)控制方案

中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)組成。上位機(jī)利用計(jì)算機(jī)Window server 2000與組態(tài)軟件力控Force control6.0，其目標(biāo)是對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行管理監(jiān)視與控制，如數(shù)據(jù)采集、存貯、運(yùn)算、過(guò)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況，做出故障報(bào)警、存貯歷史數(shù)據(jù)與提供數(shù)據(jù)查詢，并生成各類報(bào)表和自動(dòng)打印等。下位機(jī)是系統(tǒng)的核心部分，能脫離上位機(jī)獨(dú)立運(yùn)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(guò)編程實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)從啟/停、手動(dòng)/自動(dòng)及溫度、流量、壓力等各工作階段的負(fù)荷控制。同時(shí)對(duì)該系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行安全保護(hù)，如壓縮機(jī)工作壓力不正常、流量過(guò)小、超壓保護(hù)等。同時(shí)為了滿足學(xué)生實(shí)操、培訓(xùn)等要求，在控制柜側(cè)邊用按鈕開(kāi)關(guān)增設(shè)了故障，以便訓(xùn)練學(xué)生能力。系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)拓樸圖

1.2 監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能

1.2.1 上位機(jī)（Window2000;Force control6.0）能實(shí)現(xiàn)功能

1）查看中央空調(diào)運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及流程畫面；

2）自動(dòng)打印各種實(shí)時(shí)/歷史生產(chǎn)報(bào)表；

3）及時(shí)得到并處理種種過(guò)程報(bào)警和系統(tǒng)報(bào)警；

4）在需要時(shí)，操作（管理）人員可以干預(yù)生產(chǎn)

過(guò)程，修改工作參數(shù)和狀態(tài)（溫度、PID值）；

1.2.2 下位機(jī)（PLC；變頻器；智能儀表；DCS；RS485等）能實(shí)現(xiàn)的能

1）急停；自動(dòng)/用動(dòng)轉(zhuǎn)換；

2）遇到火災(zāi)時(shí)能自動(dòng)關(guān)閉空調(diào)冷庫(kù)系統(tǒng)；

3）壓縮機(jī)工作壓力不正常時(shí)立即停止運(yùn)行；

4）自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)各種器件工況、參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值是否符合，以確保整個(gè)系統(tǒng)的使用安全，如出現(xiàn)故障將做出相應(yīng)的處理，并報(bào)警；

5）自動(dòng)累計(jì)壓縮機(jī)、各種水泵、冷卻塔等器件的運(yùn)行時(shí)間；

6）通過(guò)冷媒水的總供、出、回的溫差和回水流量，計(jì)算中央空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷；

7）根據(jù)溫差，作為變頻器閉環(huán)控制的輸入信號(hào)，自動(dòng)控制水泵的轉(zhuǎn)速，改變制冷量，以適應(yīng)不同的工況，同時(shí)可設(shè)定PI值，以達(dá)到最佳的節(jié)能效果；

8）通過(guò)計(jì)算機(jī)得到各機(jī)組的用電量，并生成報(bào)表。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)備的選型

利用三菱FX2N-48MR-PLC、臺(tái)達(dá)VDF-M變頻器、FX0N-3A模擬量模塊、RS485通信模塊、數(shù)據(jù)采集器、電磁閥、液位開(kāi)關(guān)、接觸器以及各種流量、溫度、濕度傳感器等器件的有機(jī)結(jié)合，組成船舶中央空調(diào)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)PID調(diào)節(jié)變頻器，從而控制冷媒泵的流量達(dá)到溫度調(diào)節(jié)和節(jié)能。

2.2 電氣原理圖

船舶中央空調(diào)電氣控制主電路圖如圖2所示。QF2、QF3、QF4、QF5、QF6分別是壓縮機(jī)、冷媒水泵、冷卻水泵、冷卻塔、計(jì)算機(jī)和控制電源的空氣開(kāi)關(guān)，起短路漏電保護(hù)。KM3、KM4、VDF-M、KM5、KM6分別控制以上電機(jī)運(yùn)行，F(xiàn)R1、FR2、FR3為壓縮機(jī)、冷卻水泵、冷卻塔電機(jī)過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 編程方案

該控制系統(tǒng)要達(dá)到二地控制，也就是既可在機(jī)艙集控室控制又可以中央空調(diào)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)操作，同時(shí)二者又能獨(dú)立運(yùn)行。當(dāng)上位機(jī)組態(tài)軟件力控Force control6.0沒(méi)有開(kāi)機(jī)或失效時(shí)，由PLC進(jìn)行獨(dú)立控制，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)與手動(dòng)控制。由于上位機(jī)不能對(duì)PLC的輸入點(diǎn)進(jìn)行改寫，因此在編程時(shí)可通過(guò)PLC的輔助繼電器M和數(shù)據(jù)D與之相對(duì)應(yīng)編址來(lái)實(shí)現(xiàn)從上位機(jī)控制PLC的輸入情況。

3.2 組態(tài)監(jiān)控界面開(kāi)發(fā)

組態(tài)監(jiān)控界面是利用組態(tài)軟件ForceControl6.0設(shè)計(jì)的, 如圖3所示。它主要包含數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建、各種監(jiān)控圖形界面制作、編制動(dòng)作腳本程序三部分。

1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)DS是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的核心。它通過(guò)定義I/O設(shè)備，數(shù)據(jù)連接，負(fù)責(zé)整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)處理、報(bào)警信息處理、數(shù)據(jù)服務(wù)請(qǐng)求處理，并完成與過(guò)程數(shù)據(jù)采集的雙向數(shù)據(jù)通信。

2）監(jiān)控圖形界面制作。依據(jù)軟件本身提供的

或新創(chuàng)建的子圖并根據(jù)系統(tǒng)器件和控制流程繪制出方便監(jiān)視、控制、管理、顯示、修改等用戶友好豐富的畫面。

3）動(dòng)作腳本程序。腳本程序是保證解決系統(tǒng)在運(yùn)行中對(duì)變量、函數(shù)的操作，從而完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的處理和控制，并進(jìn)得圖形化監(jiān)控。

3.3 程序梯形圖

當(dāng)上位機(jī)沒(méi)有開(kāi)機(jī)或失效時(shí)，此時(shí)由PLC進(jìn)行獨(dú)立控制，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)與手動(dòng)控制。由于篇幅有限，下面只重點(diǎn)介紹RS485控制程序如圖4、模擬量處理監(jiān)控程序如圖5。

4 結(jié)束語(yǔ)

圖5 模擬量處理監(jiān)控程序

1）投入運(yùn)行后，經(jīng)調(diào)試，在上位機(jī)和下位機(jī)都能運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)能實(shí)時(shí)的反映當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，并自動(dòng)的記錄運(yùn)行情況。

2）經(jīng)連續(xù)運(yùn)行測(cè)試多次表明，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，設(shè)備故障報(bào)警正確率達(dá)100%，除設(shè)備本身因陳舊導(dǎo)致溫度過(guò)高需停機(jī)外，自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

3）該系統(tǒng)的節(jié)能措施主要是控制冷卻水泵，空調(diào)冷卻水的循環(huán)是以淡水作為冷媒，以海水出口溫度作為變頻器輸入信號(hào)改變海水流量，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速節(jié)能。

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