螺杆模块冷水机组采用PLC控制的应用.docx
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螺杆模块冷水机组采用PLC控制的应用
螺杆模块冷水机组采用PLC控制的应用
陈海波
广州汉正能源科技有限公司
摘要本文介绍了PLC在螺杆模块冷水机组的应用。
通过“本地”和“远程”的选择，使多台机组集中控制，又可以分散控制，大大确保系统控制的可靠性。
关键词模块机ModbusModbusTCP/IP
Abstract:
ThearticleintroducethePLCapplianceonModularwatercooledscrewchillers.By"Nativeplace"and"fardistance"opinions,interlockmulti-chillerswhilecontrolseperatechiller,enhancerelianceofcontrolsystem.
Keywords:
Modularchillers,ModbusModbusTCP/IP
一、前言：
螺杆冷水机组在工业冷冻行业应用很广泛，其中某些行业的生产线要求非常高，一年365天都不会停止。
这就对冷冻设备的要求也是非常高。
杭州邦联氨纶公司采用我公司模块式螺杆冷水机组（7台压缩机组成），原有的方案是采用单片机控制，一个控制器控制7台螺杆压缩机。
但此控制方案最大的缺陷是控制器坏了，7台压缩机都运转不了，可靠性非常差，难以满足氨纶生产线的高可靠性要求。
目前PLC在各行各业应用得很广泛，并且PLC的可靠性非常高。
改成PLC控制的方案后，每台压缩机都有一个PLC控制器，使整个冷冻系统既可以根据总管温度协调控制各台压缩机，又可以每台压缩机根据自己检测到的水温自动控制。
因此任何一台压缩机的控制器有故障，都不影响其它压缩机的正常运行，极大提高整个系统的可靠性稳定运行。
2、控制方案介绍
1、控制设备简介
整个控制系统中，7台压缩机共用一个触摸屏作数据显示和操作，主机的PLC采用带以太网口的CPU，从机采用24点的CPU，每个PLC都需要配一个温度扩展模块和通信适配器，用以测量温度和扩展通信口。
详细配件参数和输入输出配置见下表。
名称
型号
品牌
性能
触摸屏
PWS6600C-P
台湾HITECH
5.7英寸，256色
主机CPU模块
TWDLCAE40DRF
施耐德TWIDO
24点输入，2晶体管输出，14继电器输出，内置以太网口
从机CPU模块
TWDLCAA24DRF
施耐德TWIDO
14点输入，10继电器输出
温度模块
TWDARI8HT
施耐德TWIDO
8路输入，PTC/NTC，10位
通信适配器
TWDNAC485T
施耐德TWIDO
RS485物理层，通讯适配芯片
表一
序号
名称
PLC输入/输出
1
冷冻水流开关
I0.0
2
冷却水流开关
I0.1
3
冷冻泵过载
I0.2
4
冷却泵过载
I0.3
5
冷却塔过载
I0.4
6
压缩机低压保护
I0.5
7
压缩机高压保护
I0.6
8
机内保护
I0.7
9
压缩机过载保护
I0.8
10
压缩机油位保护
I0.9
11
逆相保护
I0.10
12
启动
I0.11
13
停止
I0.12
14
本地/远程
I0.13
15
冷冻泵接
%Q0.0
16
冷却泵
%Q0.1
17
冷却塔
%Q0.2
18
压缩机接触器一
%Q0.3
19
压缩机接触器二
%Q0.4
20
25％容调电磁阀
%Q0.5
21
50％容调电磁阀
%Q0.6
22
75%容调电磁阀
%Q0.7
23
液路电磁阀
%Q0.8
24
冷冻出水温度
%IW1.0
25
冷冻回水温度
%IW1.1
26
冷却出水温度
%IW1.2
27
冷却回水温度
%IW1.3
28
排气温度
%IW1.4
表二
2、机组通讯系统介绍
施耐德TWIDOPLC本体上自带一个RS485通信口，通过增加RS485通信适配器，增加了第二个通信口。
触摸屏通过每个PLC的第一个通信口读取数据、发送操作控制命令和设备参数设置（见通讯系统图红色线部分），包括压缩机容调状态、冷冻进出水温度、冷却进出水温度、故障报警等信息。
主机PLC通过第二个通信口读取从机PLC的数据，根据从机的运行状态和总管冷冻水温，发送命令控制各压缩机的能量容调状态（见通讯系统图黑色线部分）。
主机PLC通过本身自带的以太网通信口，上传各个压缩机的数据和报警信息到中控室（见通讯系统图黄色部分）。
上述的RS485通信口使用的通讯协议Modbus,波特率是19200，无校验，1位数据位；以太网通信口使用的协议是ModbusTCP/IP。
下面是通讯系统图。
通讯系统图
3、控制难点问题解决
1、比较多台压缩机，运行时间短的先启动/加载，运行时间长的先停止/卸载
要启动加载压缩机，首先是比较多台压缩机运行时间，那个运行时间短的压缩机先启动在比较前，首先要判断压缩机处于那个状态（停止、运行、故障和禁用）。
实现上述过程，使用最大值数据表搜索函数和数据表搜索函数。
下面是实现这个过程的部分程序。
2、读写从机数据
主机PLC要读取从机PLC的多项数据，综合分析，才进行下一步的命令。
实现读取从机的方法是采用Modbus通信。
Modbus作为一个通讯协议是由MODICON公司在1979年首次提出的，它是一个标准的，、真正开放的、在工业自动化领域应用最广泛的网络通讯协议。
下表是主机PLC读从机PLC多字的功能表。
数据表索引
最高有效字节
最低有效字节
控制表
0
01（传输/接收）
06（传输长度）（*）
1
03（接收偏移）
00（传输偏移）
传输表
2
位于（1..247）的从站
03或04（请求代码）
3
要读取的第一个字的地址
4
N=要读取的字数
接收表（响应后）
5
位于（1..247）的从站
03或04（响应代码）
6
00（由Rx偏移操作添加的字节）
2*N（要读取的字节数）
7
要读取的第一个字
8
要读取的第二个字（若N>1）
...
N+6
要读取的第N个字（若N>2）
程序举例
主机PLC要读从机PLC的%MW760～%MW769的数据，首先要在主PLC的寄存器%MW400～%MW404定义通讯格式，其中%MW400赋值为16#0106，完全是遵从面功能表的格式，一字不差。
%MW401也是如此。
%MW402赋值为16#203，其中2为从PLC的通讯地址，03为标准格式定义。
如果要读地址为5的从PLC数据，%MW402就要改为16#503。
%MW403赋值为760，表示读从PLC的第一个数据的地址是%MW760。
%MW404表示要连续读从PLC数据的个数，从PLC数据的地址必须要连续的。
因此从PLC的数据%MW760～%MW769被读取并保存到主PLC的%MW407～%MW416。
在使用通讯命令前，先给%MW400～%MW404给予正确的通讯参数，再使用EXCH指令，其中EXCH1表示使用第一个通讯口读数据，EXCH2表示使用第二个通讯口读数据，EXCH3表示使用以太网读数据。
EXCH2%MW400:
16表示通讯字表从%MW400开始，一直到%MW414共16个字组成这次的通信命令。
具体例子见下图。
从站地址2
0
读多字命令
%MW400
16#0106
1
控制表
%MW401
16#0300
2
读取从站地址
%MW402
16#0203
3
读取第一个字的地址
%MW403
760
4
读取的字数
%MW404
10
5
接收从站地址
%MW405
6
读取字节数
%MW406
7
接收第1个字
%MW407
机组状态一
%MW760
8
接收第2个字
%MW408
运行时间（小时）
%MW761
9
接收第3个字
%MW409
%MW762
10
接收第4个字
%MW410
冷冻出水温度
%MW763
11
接收第5个字
%MW411
冷冻回水温度
%MW764
12
接收第6个字
%MW412
冷却出水温度
%MW765
13
接收第7个字
%MW413
冷却回水温度
%MW766
14
接收第8个字
%MW414
排气温度
%MW767
15
接收第9个字
%MW415
机组故障信息
%MW778
16
接收第10个字
%MW416
机组故障信息
%MW769
四、控制方案的优点
优点一：
可靠性高
每台机组都有冷冻进出水温度的检测，并且在操作箱上有“本地”和“远程”的选择开关和启动停止按钮。
当选择本地控制，也就是单台机组控制。
在此模式下，每台机组根据自己检测到的冷冻水温度，控制自己机组的加载和卸载，和其它机组一点关系也没有。
这时只要在本机上的操作箱操作按钮，就可以启停控制机组。
当选择“远程”控制时，此时机组受主机的控制器控制，相当于模块机的控制了。
主机的控制器根据检测到的总管冷冻水温度，判断那些参与“远程”的机组加载卸载。
本地”的机组不参与远程控制，也就是说本地的机组不受主机控制器控制。
以上的描述中，可以得知，任何一台机组有故障了，都不影响其它机组的运行，因为每台机组可以选择“本地”和“远程”两种控制方式。
而且主机的制冷系统有问题，主机控制器还是很好时，还是能实现主控制器的功能，和压缩机的制冷系统无关。
即使主机的控制器坏了，或者触摸屏坏了，其它从机可以选择“本地”控制，只是不能实现模块控制的功能，大大提高了整个设备的可靠性。
目前传统的控制器一旦触摸屏坏了，所有的机组都不能用。
虽然触摸屏坏的概率很低，可是万一坏的话，对有些特殊行业的客户来说造成的损失是非常大的。
优点二：
可远程监控
通过MODBUSTCP/IP以太网采集主机控制器的数据，实际上就是采集了所有机组的数据，然后传送到中控室的电脑，实现远程监控、重要参数自动记录功能。
传统人工值班必须时时刻刻在机组旁边，由于现场噪声比较大，值班人员长期在这种场合值班工作效率并不高。
采用电脑远程监控，可以避开现场噪声大的干扰，又可以实时了解每台机组运转情况。
记录机组运行工况和参数，人工是每半小时记录，电脑是每3分钟自动记录，可见电脑自动记录参数大大减轻人工劳动。
查询以往时间机组的参数，只需要输入想要查询的开始日期时间和结束的日期时间，就自动把这一段的数据显示并打印出来。
报警记录可以保存3年时间，最大支持10000条记录，还可以把当前报警信息自动发到指定邮箱和指定的手机上。
参考文献：
Twido可编程控制器软件编程手册
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