MODBUS總線PLC冷庫自動化控制系統

畢海婷， 任大偉

（1.煙臺職業學院電氣工程系，山東煙臺 264670；2.煙臺冰輪股份有限公司，山東煙臺 264000）

MODBUS總線PLC冷庫自動化控制系統

畢海婷1， 任大偉2

（1.煙臺職業學院電氣工程系，山東煙臺 264670；2.煙臺冰輪股份有限公司，山東煙臺 264000）

基于PLC技術研究了冷庫自動化控制系統，包括硬件組成、軟件結構以及MODBUS總線結構。該冷庫現已調試完畢投入使用。

無人值守；自動化；PLC；組態軟件

0 引 言

隨著我國國民經濟的快速發展和人民生活水平的不斷提高，消費觀念在不斷進步，人們的食品結構和需求也在不斷產生新的變化，綠色、保鮮食品已成為滿足現代人生活的必需品。在符合食品的安全、經濟、便捷等需求趨使下，國內低溫食品消費量已日益增加。

我國地域遼闊，要確保食品在加工、儲存、輸送及銷售等流通過程中保持品質，就需要有完善的低溫冷凍冷藏設施與物流裝備和快速運作的物流體系。近年來，自動冷庫在我國發展很快，但處于起步狀態。

1 項目簡介

本工程原立項為國家批準的10 000t規模，分兩期實施。一期工程包括5 000t低溫冷藏庫和40t凍結間，二期為5 000t低溫冷藏庫。本項目由國內貿易部設計研究院設計，由煙臺冰輪股份有限公司進行二次優化設計并進行全自動調試。

2 自動化系統介紹

制冷設備的自動化不但可以實現節能，而且也會大大降低用戶的運營成本。一是實現無人值守，可以降低勞動成本；二是利用計算機控制中心可對冷庫的運行狀態進行快速響應，克服了操作人員的滯后性，進而提高產品品質、制冷效率，從而增加冷庫方的經濟效益；三是系統穩定性增強，維護費用降低。

本工程制冷控制系統擬采用集散式計算機控制系統（DCS）的方案（采用分布式控制的策略，分散控制，集中管理）［1］，通過制冷機房控制室的監控計算機實現制冷系統的集中監控管理。基于PLC的Modbus控制系統是一種可靠靈活的監控方式，其協議簡單規范，功能齊全，易于編程實現；通過Modus通訊協議，使不同廠商生產的控制設備可以連接成工業網絡［2］。現代自動化冷庫技術要求利用計算機技術及各種檢測和控制元件，按照制冷工藝的要求，組成一個完善的控制系統［2］。計算機通過操作人員設定的各種參數進行判斷，使制冷系統按照預置的程序執行，并能實現自我保護。即通過計算機人機界面可以實現對本系統中所有設備進行實時監控，監測冷風機的運行、停止與故障狀態，實現對溫度、壓力、液位等數據的集中數據管理、歷史數據存儲、計算機遠動控制等中央管理調節功能。

3 監控系統功能

數據采集和處理：定時采集全站生產過程輸入、輸出信號（包括開關量、模擬量、脈沖量）經濾波，檢出事故、故障、狀態信號和模擬信號參數變化，實時地更新數據庫，為監控系統提供運行狀態的數據。

3.1 監控整個制冷系統的運行狀態

監控整個制冷系統的運行狀態包含各動力設備（水泵、風機、氨泵、蒸發式冷凝器等）的運行狀態，也可對其進行手動開停控制（通過鼠標操作實現、通過豐富的畫面功能（包括系統流程圖、設備圖形、設備名稱等），使設備直觀明了，操作簡單易行）；各容器的液位顯示（貯氨器、循環桶、中間冷卻器），可實現高低液位報警；發生故障時系統發出聲光報警，通知操作人員及時進行處理。

監控畫面如圖1所示。

圖1 自動控制系統監控畫面

3.2 監測螺桿壓縮機的運行工況

監測螺桿壓縮機的運行工況包含吸氣壓力、排氣壓力、油壓、油溫、主機電流、主機及油泵的運行狀態、機組故障狀態，根據運行參數的監測，操作人員進行相應手動操作，發生故障時系統發出聲光報警，通知操作人員及時進行處理。要實現以上功能，需要在壓縮機組上增加壓力傳感器等檢測元件。

壓縮機監控畫面如圖2所示。

圖2 4＃壓縮機監控畫面

3.3 溫度傳感器

每個冷藏間設有溫度傳感器，采用兩支德國JNMO的傳感器［3］采集庫內溫度送至系統PLC，系統PLC進行取平均值運算，利用實際溫度和設定溫度值的上下限控制冷風機、壓縮機、低壓循環桶的開停，使本冷藏間的溫度保持在設定范圍，并將溫度值和風機的開停狀態傳至主控PLC進行數據記錄。

冷藏間監控畫面如圖3所示。

圖3 冷藏間監控畫面

3.4 歷史數據及曲線功能

電腦可自動保存數據一年以上，用戶可隨時調取保存數據，采用表格形式、曲線形式進行查詢打印，也有利于操作維護人員排除故障和維護保養。歷史數據查詢表格形式和曲線形式分別如圖4和圖5所示。

圖4 歷史數據查詢表格形式

圖5 歷史數據查詢曲線形式

3.5 事件或異常報警

系統發生事件或運行設備異常進行報警，提示操作人員立即檢修。報警畫面如圖6所示。

4 電腦監測系統硬件配置

上位機由工業控制計算機（臺灣研華產品）、21寸顯示器、打印機、UPS電源、網卡、以太網通訊模塊等設備及監控軟件組成。計算機監控軟件設計基于Windows環境，充分利用Windows良好的人機界面環境，開發系統軟件。上位機內所有數據庫內的數據均可以通過以太網與公司信息網并網，實現數據共享。

圖6 系統實時和歷史報警窗口

下位機采用可編程控制器PLC作為控制核心。主要功能：接收各個動力設備的運行、故障狀態、手指令開停允許狀態；對所有設備進行手指令程序開停控制。PLC安裝在動力控制柜處，采集的數據通過高速的總線通訊方式與上位機進行交流。

5 結 語

通過Modus總線式通訊協議［3－4］分別將一、二期壓縮機、低壓循環桶、冷間溫度、風機運行狀態聯系到一起，使整個監控系統更加集中、全面。無論何種情況可以通過控制室的主控計算機監視各設備的運行狀態及檢測元件的實時數據。自動運行時，控制系統可以根據預置的程序和操作人員設定的參數自動開停各設備，并根據實際的負

荷來控制壓縮機及其它輔助設備的開停及開啟臺數，達到無人值守和系統節能的目的。

［1］李漢軍，彭楚武.基于現場總線的集散式計算機控制系統（FDCS）研究［J］.湖南工程學院學報：自然科學版，2004（3）：23-25.

［2］邱公偉.可編程控制器網絡通信及應用［M］.北京：清華大學出版社，2000：78-79.

［3］梅銳，牟永敏.基于Modbus協議的自動化設備之間通信實現［J］.北京機械工業學院學報，2006（1）：43-46.

［4］尹冬梅.基于MODBUS總線的嵌入式工業測控系統的研究［D］：［碩士學位論文］.廣州：廣東工業大學，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，煙臺職業學院助教，主要從事電氣、PLC等自動化控制方向研究，E-mail：ytvcbht＠163.com.