智能樓宇中基于PLC與溫控器的恒溫供水

付思瑤

摘 要：樓宇智能化是信息化的重要組成部分，恒溫供水是智能樓宇的重要功能之一，PLC作為傳統(tǒng)繼電器控制裝置的替代品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于智能控制的各個(gè)領(lǐng)域。本文的恒溫供水系統(tǒng)既使用溫控器實(shí)現(xiàn)了溫度控制，又采用PLC實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警等功能，對(duì)于溫度控制系統(tǒng)的搭建具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：PLC 溫控器 智能樓宇

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2017）06-0-01

引言

隨著信息化和智能化的發(fā)展，人們對(duì)舒適而高效的智能樓宇需求越來越迫切，而恒溫供水是體現(xiàn)樓宇智能化的重要功能之一。而當(dāng)今的PLC控制技術(shù)已經(jīng)由單純的對(duì)數(shù)字量控制轉(zhuǎn)向?qū)δM量的采集與控制，從工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)走進(jìn)了人們的生活。因此本文采用PLC和溫控器搭建恒溫控制系統(tǒng)，提高了控制系統(tǒng)的精度和應(yīng)用靈活性。

一、系統(tǒng)構(gòu)成

常見的恒溫供水系統(tǒng)大多包括如下功能部分：電磁閥控制冷水進(jìn)和熱水出；攪拌電機(jī)保持水箱中水溫均勻，以此來保證溫度傳感器測(cè)溫準(zhǔn)確；加熱器用來加熱水溫。要求系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中保持水箱水溫在設(shè)定范圍，并可以實(shí)時(shí)觀測(cè)水箱供水情況和溫度情況。在本文系統(tǒng)中，還增加有輔助降溫設(shè)備和報(bào)警器，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)設(shè)備輔助降溫，當(dāng)超溫過大時(shí)啟動(dòng)報(bào)警。

二、硬件選型

本文采用PLC與溫控器作為主要控制模塊，由PLC讀取溫度值并控制系統(tǒng)的進(jìn)出水電磁閥、輔助降溫設(shè)備、報(bào)警器等設(shè)備的動(dòng)作，同時(shí)可根據(jù)需要連接變頻器驅(qū)動(dòng)攪拌電機(jī)工作，并通過聯(lián)機(jī)觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。溫控器主要作用就是控制水箱水溫。

根據(jù)需求可選擇OMRON CP1H PLC，E5CZ溫控器，NS系列觸摸屏。由于需要采集溫度模擬量數(shù)據(jù)，還應(yīng)根據(jù)需求增加了CP1H的擴(kuò)展溫度傳感單元。

三、溫度控制器及其參數(shù)設(shè)置

溫度控制器是溫度控制系統(tǒng)中的控制核心單元，以使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無人操作，廣泛應(yīng)用于工業(yè)爐，自動(dòng)化工程等工業(yè)領(lǐng)域。

溫度控制器部件所執(zhí)行的操作通常有開關(guān)控制和PID控制兩種方式。開關(guān)控制是控制系統(tǒng)中最基本的控制方式，但一般只適用于控制要求不高的場(chǎng)合。PID控制即比例、積分和微分控制，比例調(diào)節(jié)能控制沒有振蕩的平滑控制，積分調(diào)節(jié)能自動(dòng)修正偏差，微分調(diào)節(jié)能對(duì)干擾進(jìn)行快速響應(yīng)。因此在控制要求較高的場(chǎng)合多PID控制。

1.溫度控制器的參數(shù)設(shè)置

溫控器的基本設(shè)置包括輸入類型選擇、單位選擇、控制方式設(shè)置、動(dòng)作方式設(shè)置、控制周期設(shè)置、正/逆動(dòng)作設(shè)置、設(shè)定點(diǎn)設(shè)置7種。其中輸入類型根據(jù)傳感器類型設(shè)置，設(shè)定點(diǎn)設(shè)置為需要恒溫控制的溫度值。溫控器控制方式，有開關(guān)控制和PID控制，為了提高控制精度可采用PID控制方式。

動(dòng)作方式包括標(biāo)準(zhǔn)控制和加熱/冷卻控制，標(biāo)準(zhǔn)控制可以選擇正動(dòng)作和逆動(dòng)作兩種，正動(dòng)作指操作量隨當(dāng)前值增大而增大的控制，一般用在冷卻控制；逆動(dòng)作指操作量隨當(dāng)前值增大而減小的控制，一般用在加溫控制。加熱/冷卻控制只作一個(gè)方向的動(dòng)作，必須給加熱和冷卻都分配獨(dú)立的輸出。

控制周期即輸出周期，較短的周期可以提供更好的控制性能，但考慮到繼電器輸出時(shí)的使用壽命，建議將控制周期設(shè)為20秒以上。

2.PID設(shè)置

選擇PID控制時(shí)，可以通過自動(dòng)調(diào)節(jié)（AT）、自整定（ST）或設(shè)置PID參數(shù)三種方式進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，可根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用的具體效果進(jìn)行選擇設(shè)置。

四、PLC控制部分設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中PLC需要完成包括進(jìn)水控制、出水控制、溫度采集、攪拌驅(qū)動(dòng)四個(gè)部分。其中進(jìn)水和出水控制只需根據(jù)溫度和限位開關(guān)進(jìn)行電磁閥的開關(guān)控制，攪拌驅(qū)動(dòng)可根據(jù)需求設(shè)置變頻器頻率然后進(jìn)行攪拌控制，因此在這里主要介紹溫度采集部分。

1.硬件設(shè)計(jì)

歐姆龍PLC系統(tǒng)配置了溫度傳感器單元模塊，其中CPM1A-TS002/TS105可連接4點(diǎn)熱電偶或測(cè)溫電阻體，CPM1A-TS001/TS101可連接2點(diǎn)。其中TS001和TS002傳感器類型為熱電偶，TS101和TS102傳感器類型為測(cè)溫電阻體，可根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)需求選擇相應(yīng)的溫度傳感單元模塊。

溫度傳感器單元與CPM1A的其他擴(kuò)展單元一樣，可以直接連接在PLC上，并按單元連接順序分配通道編號(hào)，占有CPU單元或前段單元輸入通道的下一個(gè)輸入通道。輸入2點(diǎn)型TS001/TS101占2個(gè)通道，輸入4點(diǎn)型TS002/TS102占4個(gè)通道，不占輸出通道。

2.程序設(shè)計(jì)

2.1 電源ON時(shí)的處理

從電源ON開始，到最初的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)保存到輸入通道為止，要花費(fèi)約1S。在此期間，數(shù)據(jù)為7FFE Hex。因此，在與電源ON同時(shí)開始運(yùn)行時(shí)，需編制等待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)有效的程序。

2.2 異常處理

CPM1A系列擴(kuò)展單元的異常輸出到A436CH（位0～6），從靠近CPU單元開始從A436.00按順序分配。CPM1A-TS102每1單元占有2位。此外，當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，溫度輸入數(shù)據(jù)為7FFF Hex（與斷線檢測(cè)相同）可通過溫度數(shù)據(jù)是否為7FFF Hex進(jìn)行異常的判斷。

2.3 溫度數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化

溫度傳感器單元中，溫度數(shù)據(jù)以4位16進(jìn)制數(shù)據(jù)輸出到分配的輸入通道中。被轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)為負(fù)數(shù)時(shí)以其補(bǔ)數(shù)來表示，在具有小數(shù)點(diǎn)后1位的量程代碼輸入類別中，將其10被的值作為二進(jìn)制的數(shù)據(jù)，例如，當(dāng)溫度為500.0℃時(shí)溫度數(shù)據(jù)為1388，當(dāng)溫度為-20.0℃時(shí)溫度數(shù)據(jù)為FF38。輸入溫度超出可轉(zhuǎn)換的范圍外某一固定值以上時(shí)，即判斷為輸入斷線，斷線檢測(cè)功能開始工作，溫度數(shù)據(jù)變?yōu)?FFF，輸入溫度返回到可轉(zhuǎn)換的溫度范圍時(shí)，斷線檢測(cè)功能自動(dòng)解除，返回為通常的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。

2.4 報(bào)警設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中，要求當(dāng)溫度大于一定值時(shí)啟動(dòng)輔助降溫設(shè)備，大于報(bào)警值時(shí)產(chǎn)生報(bào)警提示，可以將采集出來的溫度數(shù)據(jù)與設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，然后驅(qū)動(dòng)輔助降溫設(shè)備和報(bào)警裝置工作。本部分報(bào)警功能也可由溫控器進(jìn)行控制，為防止溫控器運(yùn)行異常時(shí)不容易被觀測(cè)，因此采用PLC進(jìn)行處理，并將實(shí)時(shí)狀態(tài)在觸摸屏上顯示出來，方便了現(xiàn)場(chǎng)操作人員根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的處理措施。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，采用PLC和溫控器可以完成常見溫度控制系統(tǒng)的搭建，在實(shí)現(xiàn)溫控的同時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)溫度的采集與報(bào)警等功能，并可聯(lián)機(jī)實(shí)現(xiàn)控制過程可視化。推廣使用這種集現(xiàn)代先進(jìn)電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高科技裝置，對(duì)于提高控制精度和智能樓宇的工作效率都具有重大意義。