摘要:文章介紹了基于西門子PLC的紡織廠溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì),包括整個(gè)系統(tǒng)的組成、硬件配置和軟件部分的設(shè)計(jì)。由于采用工控組態(tài)軟件和可編程控制器PLC作為控制核心,該系統(tǒng)有效地解決了紡織廠溫濕度的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制問題,較好地滿足了紡織工藝對(duì)溫濕度的要求,實(shí)踐證明系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

關(guān)鍵詞:西門子PLC;溫濕度;監(jiān)控系統(tǒng);觸摸屏

中圖分類號(hào):TQ925文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)20-0044-02

紡織工藝對(duì)溫濕度有嚴(yán)格要求,紡織廠空調(diào)系統(tǒng)的可靠性和安全性直接影響正常生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。目前紡織廠大部分空調(diào)系統(tǒng)控制方式落后、操作不方便。而且,空調(diào)系統(tǒng)能耗大、機(jī)器受損嚴(yán)重、運(yùn)行成本較高。因此,設(shè)計(jì)一個(gè)操作方便、功能完善、工作可靠的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng),對(duì)提高設(shè)備的工作效率、降低能耗、延長(zhǎng)使用壽命有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、監(jiān)控系統(tǒng)組成

紡織廠共四個(gè)車間,分別為清花車間、前紡車間、細(xì)紗車間、絡(luò)筒車間。每一個(gè)車間有1個(gè)溫度傳感器、1個(gè)濕度傳感器,1套空壓機(jī)組和1套送回風(fēng)機(jī)。

系統(tǒng)由上位機(jī)、控制器、觸摸屏、低壓控制柜及溫濕度傳感器組成。傳感器均勻分布→采集溫、濕度數(shù)據(jù)(24～48個(gè)感應(yīng)器)→輸入控制系統(tǒng)處理(與設(shè)定的溫、濕度范圍值比較)→發(fā)出調(diào)控指令,驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)→實(shí)現(xiàn)大功率風(fēng)機(jī)(水泵)變速→改變車間送、排風(fēng)(水)量→實(shí)現(xiàn)溫、濕度值的調(diào)控,并且

可完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報(bào)警、打印及監(jiān)控等功能,達(dá)到提高系統(tǒng)的可靠性,節(jié)約勞動(dòng)力的目的。如圖1所示:

二、系統(tǒng)硬件配置

(一)觸摸屏配置

為方便操作員實(shí)時(shí)、靈活、準(zhǔn)確、安全地控制,系統(tǒng)在控制柜上設(shè)置了1臺(tái)西門子TP170B觸摸屏作為現(xiàn)場(chǎng)操作面板,通過DP接口和S7-315相連。不同級(jí)別的操作員被授予不同的操作密碼,根據(jù)各自的權(quán)益進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)的啟停、時(shí)間和參數(shù)的設(shè)定。該觸摸屏靈活實(shí)現(xiàn)控制命令的輸入及狀態(tài)的監(jiān)視,直觀顯示了空壓機(jī)組的運(yùn)行狀況,操作方便快捷,避免了定時(shí)巡檢記錄的煩瑣工作,且在安裝時(shí)不占用空間,大大提高了工作效率和管理水平。

(二)PLC硬件設(shè)計(jì)

PLC硬件配置。系統(tǒng)選用西門子公司的S7-300 PLC實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。根據(jù)系統(tǒng)控制要求并考慮留有一定的裕量,PLC由電源模塊PS307、CPU模塊CPU315—2DP、I/O模塊(2塊模擬量輸入SM331、1塊數(shù)字量輸入SM321、2塊數(shù)字量輸出SM322)組成,具體硬件配置如下:

1.電源模塊PS307:輸入電壓為220VAC,輸出電壓為24VDC,輸出電流為5A,向其他PLC模塊供電。

2.CPU模塊CPU315-2DP:系統(tǒng)中信息的運(yùn)算和處理的核心,內(nèi)有48KB隨機(jī)存儲(chǔ)器和80KB裝載存儲(chǔ)器,最大可擴(kuò)展1024點(diǎn)數(shù)字量或128個(gè)模擬量通道。它有一個(gè)MPI通訊口和一個(gè)DP通訊口,MPI口用于連接觸摸屏,DP口用作調(diào)試程序時(shí)監(jiān)視PLC程序的運(yùn)行以及下載程序;并留作將來系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)使用。

3.I/O模塊及地址分配:PLC系統(tǒng)的輸入信號(hào)包括變頻器故障信號(hào)、各個(gè)車間的溫度及濕度信號(hào)、自動(dòng)控制啟動(dòng)開關(guān)信號(hào)、手動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)信號(hào)、電機(jī)故障信號(hào)等,輸出包括控制變頻器的啟停和工作頻率、自動(dòng)控制啟動(dòng)開關(guān)指示燈、手動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)指示燈、溫度異常報(bào)警輸出。共五個(gè)模塊,2個(gè)模擬量輸入模塊,1個(gè)24V數(shù)字量輸入模塊,2個(gè)24V數(shù)字量輸出模塊,不需要模擬量輸出模塊。(1)數(shù)字量輸入模塊SM321(共10點(diǎn)):配置1塊型號(hào)為DI16×24VDC的SM321模塊,采集變頻器故障信號(hào)(每個(gè)車間1點(diǎn),共采集四個(gè)車間),地址分別為:I0.2、I0.4、I0.6、I1.0;啟動(dòng)開關(guān)信號(hào)1點(diǎn),地址為I0.0;手動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)信號(hào)(1點(diǎn)),地址為I0.1;電機(jī)故障信號(hào)4點(diǎn),地址分別為I1.3、I1.5、I0.7、I1.1。(2)模擬量輸入模塊SM331(共8點(diǎn)):配置2塊型號(hào)為AI8×24VDC的SM331模塊,采集各個(gè)車間的溫度及濕度信號(hào)(各4點(diǎn)),溫度信號(hào)地址分別:IW272、IW276、IW280、IW284,濕度信號(hào)地址分別為:IW2724、IW278、IW282、IW286。(3)數(shù)字量輸出模塊SM322(共11點(diǎn)):配置2塊型號(hào)為DO16×24VDC/0.5A REL的SM322模塊,輸出PLC的控制信號(hào)有:控制電機(jī)的啟停4點(diǎn),地址分別為:Q0.2、Q0.4、Q0.6、Q0.8;工作頻率4點(diǎn),地址分別為:Q0.3、Q0.5、Q0.7、Q0.9;自動(dòng)控制啟動(dòng)開關(guān)指示燈1點(diǎn),地址為Q0.0;手動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)指示燈1點(diǎn),地址為Q0.1;溫度異常報(bào)警輸出1點(diǎn),地址為Q1.0。

4.通信模塊:CP342-5:CP342-5DP是串行通訊處理器模塊,硬件接口可采用RS-422/485方式,符合EN51070標(biāo)準(zhǔn),并且支持用戶加載協(xié)議。CP343-1:CP343-1是用于連接工業(yè)以太網(wǎng)的通訊處理器模塊,將PLC系統(tǒng)接入以太網(wǎng),負(fù)責(zé)PLC和上位機(jī)之間的通訊。

(三)上位機(jī)配置

上位機(jī)選用研華工控機(jī)作為遠(yuǎn)程監(jiān)控站,內(nèi)置專用的通信網(wǎng)卡CP5611,通過MPI口與PLC相連。通過網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)視風(fēng)機(jī)、水泵和空壓機(jī)的運(yùn)行狀況,查看壓力、溫度、運(yùn)行時(shí)間、電機(jī)電壓、電機(jī)電流、輸出功率等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),記錄并存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù),提供數(shù)據(jù)的查詢和打印功能。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備有動(dòng)作或者出現(xiàn)故障時(shí)能夠彈出提示消息并記錄存儲(chǔ)下來;在遠(yuǎn)程控制允許的情況下,值班人員還可以遠(yuǎn)程控制空調(diào)設(shè)備,方便調(diào)度,提高了管理自動(dòng)化水平。

作為操作站,工控機(jī)裝有西門子的編程軟件STEP7 V5.1和MCGS監(jiān)控軟件。利用STEP7 V5.1編程軟件首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)配置;然后通過MPI端口對(duì)主站S7-300進(jìn)行硬件組態(tài)。上位機(jī)選用MCGS軟件進(jìn)行各種畫面的組態(tài)和監(jiān)控系統(tǒng)的有關(guān)參量,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)瀏覽、參數(shù)設(shè)定、手/自動(dòng)操作、故障報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)記錄等操作。

(四)通訊系統(tǒng)的構(gòu)成

S7-315-2DP PLC處理器提供的通信功能包括MPI、DP;一方面主站將控制數(shù)據(jù)(如電機(jī)速度設(shè)定、傳感器溫濕度、壓力設(shè)定、接觸器吸合及斷開等)發(fā)送到傳動(dòng)裝置;另一方面?zhèn)鲃?dòng)裝置的數(shù)據(jù)(如電機(jī)轉(zhuǎn)速、傳感器溫濕度、壓力、接觸器觸點(diǎn)的通斷等)通過通信傳送到主站PLC指定的寄存器地址。

PLC和各車間變頻器、電磁閥控制器之間的通訊采用RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)作為物理通信標(biāo)準(zhǔn);西門子TP170B觸摸屏則通過SIEMENS PC-Adapter(RS485/232適配器)連接到MPI接口。該系統(tǒng)中人機(jī)界面的MPI地址為“1”;CPU的MPI地址為“2”,將波特率設(shè)置為187.5kbps進(jìn)行簡(jiǎn)單的組態(tài)操作即可實(shí)現(xiàn)通訊。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

(一)上位監(jiān)控軟件

上位機(jī)監(jiān)控軟件采用昆侖通態(tài)的組態(tài)軟件MCGS組態(tài)而成,該軟件分為組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩部分,組態(tài)環(huán)境具有豐富的圖形庫(kù)和繪圖工具,可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示、報(bào)警、趨勢(shì)、控制策略、控制網(wǎng)絡(luò)通信等功能,并提供一個(gè)友好的用戶界面,使用戶根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要生成相應(yīng)的應(yīng)用軟件。

監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)了管理員登錄功能、授權(quán)密碼管理功能、系統(tǒng)監(jiān)控界面、實(shí)時(shí)報(bào)警功能和系統(tǒng)管理功能直觀。

系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定也可以通過遠(yuǎn)程通信實(shí)現(xiàn),從而降低操作故障,減少勞動(dòng)力的投入。

(二)現(xiàn)場(chǎng)操作面板

現(xiàn)場(chǎng)操作面板監(jiān)控軟件采用ProTool V5.2中文組態(tài)版設(shè)計(jì)而成。操作員面板是通過自身所帶的MPI/DP接口與PLC交換數(shù)據(jù)。監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)了“口令管理”、“系統(tǒng)監(jiān)控”、“單機(jī)監(jiān)控”、“系統(tǒng)設(shè)定”等畫面,另外還設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)故障報(bào)警等功能。

(三)PLC軟件程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的主要功能是溫濕度監(jiān)測(cè)及控制,溫濕度的監(jiān)測(cè)每隔一定時(shí)間要進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄,存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)寄存器區(qū),在數(shù)據(jù)寄器區(qū)需要設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)指針,指向當(dāng)前存儲(chǔ)的地址,每存一次,指針向下移動(dòng)一次, 直至數(shù)據(jù)寄存器區(qū)未尾,再初始化,從頭開始,每測(cè)一次,計(jì)時(shí)器要記錄下次的測(cè)試時(shí)間,當(dāng)?shù)竭_(dá)29點(diǎn)時(shí)復(fù)位為0點(diǎn)。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)部分的程序框圖如圖2所示:

四、模擬量的處理

系統(tǒng)對(duì)于模擬量的處理較方便,但是各輸入輸出信號(hào)之間應(yīng)有較好的隔離方法,如模擬輸入模塊信號(hào)可用光電隔離,輸出信號(hào)通過中間繼電器隔離,再控制強(qiáng)電設(shè)備,可防止各輸入輸出信號(hào)之間的相互干擾,同時(shí)也可防止對(duì)前端設(shè)備的信號(hào)干擾。

五、結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)由于采用工控組態(tài)軟件和可編程控制器PLC作為控制核心,具有可靠性高、運(yùn)行穩(wěn)定,人機(jī)界面好,操作和維修簡(jiǎn)單,抗干擾性能強(qiáng)等特點(diǎn),各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了預(yù)期要求,保障了紡織廠的溫濕度調(diào)節(jié)。系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn),提高了工作效率,節(jié)約了電能、降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度和開銷,有利于設(shè)備的運(yùn)行和管理。

參考文獻(xiàn)

[1]夏德海.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2003.

[2]韓兵,于飛.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[3]潘永平,王欽若,張慧.大型冷庫(kù)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2006,11(1).

[4]李建平,王曉沖,謝敬華.基于PROFIBUS-DP總線的智能鋁箔退火爐溫度控制系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2007,(5).

[5]李界家,馬斌,葉選,等.參數(shù)自調(diào)整模糊控制器在空調(diào)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].儀表技術(shù)與傳感器,2005,(10).

作者簡(jiǎn)介:高玉萍(1966-),女,河南濮陽(yáng)人,新疆阿克蘇職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師,研究方向:機(jī)電一體化技術(shù)、控制工程應(yīng)用。