Removed_基于PLC_和MCGS_组态的中央空调监控系统设计Word格式.docx

1、0 前言目前，中央空调系统已成为现代大型建筑不 可缺少的配套设施之一。现代中央空调系统一般 由冷水机组、冷冻循环水系统、冷却循环水系统、 空气处理系统和风机盘管系统等组成1。中央空 调控制系统通过对风机和阀门等设备的通断状态 及开度的控制来调节楼宇及建筑内温度、湿度等 环境参数，为其提供满足不同使用要求的环境。中央空调系统的电能消耗量非常大，通常占 到建筑能耗的40%50%左右。中央空调系统在设 计时通常是按实际最大制冷需求量来考虑的，而 在实际运行中，中央空调系统绝大部分时间是在 非满载状态下工作的，造成了资源的极大浪费2。 因此，基于PLC、变频器和工控组态软件的变频 节能中央空调控制系统

2、在实际中得到了广泛的应基金项目：江苏省自然科学基金重点项目（BK2010030）；河海大学中央高校基本科研业务费项目（2009B30714）作者简介：卢建 （1988），男，硕士研究生 用。本文介绍的中央空调系统采用变频压缩机、 变频风机和三通流量调节阀等作为执行元件，西 门子的S7-300 PLC为下位机，触摸屏为上位机， 设计开发了基于 MCGS 嵌入版组态软件的中央 空调监控系统。1 系统概况中央空调整个控制系统包括冷水机组、风系 统、水系统和空气处理机组等系统的控制。中央 空调监控系统可以从以下几方面进行设计：（1）系统主要参数的监控； （2）设备的启停控制； （3）冷源及风量大小的调

3、节； （4）数据显示和报警显示。监控系统所监控的中央空调系统的主要工作Corresponding author: Bai Jianbo, bai_jianboFoundation item:supported by Jiangsu Basic Research Program Key Project （BK2010030） and Hohai University National Higher-Education Institution General Research and Development Funding （2009B30714） 状态对象包括：监测冷冻循环水及冷却循环水的 温度

4、，便于控制冷水机组的制冷效率；调节冷冻 水流量三通阀的开度，以控制进入表冷器的冷冻 水流量，达到调节送风温度的目的；监测送风压 差，以监测变频送风机的工作状态；监控送风的 温度、湿度，便于调节房间的温、湿度；调节新、 回风阀的开度，改变新风/回风的比例，在满足房 间空气清洁度要求的条件下，以降低能耗，节约 运行费用3。2 PLC硬件系统本系统采用的是西门子公司生产的 S7-300 PLC，该PLC采用了模块化结构，在一块机架板 上安装了各种模块，包括电源模块、CPU模块、 数字量输入模块（DI）、数字量输出模块（DO）、模 拟量输入模块（AI）、模拟量输出模块（AO）和通讯 模块，通过DI、D

5、O、AI、AO等模块对现场数据 进行采集和处理。整个系统以 PLC 为核心，系统的工作原理 是：由传感器测量现场的变量值，现场数据采集 模块将传感器输出的电信号转换成数字信号并与 CPU 进行通讯，CPU 将采集的实时数据进行处 理，按指定的控制算法产生控制指令并输出控制 信号，控制执行机构动作，从而实现中央空调的 自动控制3。西门子S7-300 PLC与I/O模块的配置如表一 所示：表一 西门子S7-300 PLC与I/O模块的配置模块类型型号数量点数备注电源6ES7 307-1EA00-0AA015ACPU6ES7 314-1AF10-0AB0CPU314DI6ES7 321-1BH50-

6、0AA01624V DC，NPN输入型6ES7322-1BF01-0AA0824V DC：2ADO6ES7322-1HH01-0AA0继电器输出6ES7331-7PF00-0AB08通道，16位精度AI6ES7331-7NF00-0AB0AO6ES7332-5HF00-0AB08通道隔离输出，12位精度通讯6ES7 340-1AH01-0AE0CP340通讯摸板RS232C（V.24）接口3 MCGS监控系统的设计3.1 触摸屏与PLC之间的通讯触摸屏与S7-300 PLC之间采用MPI通信方 式。本系统的触摸屏采用的是TPC1063E触摸屏， MCGS嵌入版支持TPC1063E触摸屏，其内提

7、供 的 S7-300400MPI 构件用于 MCGS 软件通过 MPI适配器读写S7-300 PLC设备的各种寄存器。 驱动类型为串口子设备，须挂在“通用串口父设 备”下才能正常工作，通信协议为MPI，通信方式 为一主一从，驱动构件为主，PLC设备为从4。上位机组态时，需要设置“通用串口父设备” 和“西门子S7-300400MPI子设备”参数，父设 备的通讯波特率为19200bps，数据位为8，停止 位为 1，数据校验方式为奇校验。子设备中需将 PLC站地址设置为2，PLC槽号为2，PLC机架 号为0，通讯响应时间为800ms。3.2 画面设置根据系统控制要求，监控系统主要分为三大 部分：主监

8、控画面、运行控制和参数设置，其中 主要包括系统流程图、设备启/停控制操作台、数 据显示和报警显示等界面。监控系统结构图如图 1所示：图一 主控界面结构图3.2.1系统流程图如图二所示，系统流程图为系统的监控界面， 在该界面中，仿真实物设备的连接，并且实现系 统的动态运行显示，能够实时显示系统的主要运 行参数，便于操作人员对整个空调系统进行监控，以了解各个设备的工作状态。图二 系统流程图3.2.2设备启/停控制操作台在该界面中，能够实现中央空调系统所有设 备的远程启/停控制，即在监控室中就能对空调系 统的设备进行启/停操作，如图三所示。图三 设备启/停控制操作台3.2.3参数显示与设置画面在参数

9、显示与设置画面中，用户需要观察的 参数包括冷却水供、回水温度，冷冻水温度，送 风压力、温度及湿度，出风干球温度，冷水机组 过热度和房间温度等。因此，设置相应数据显示 部件，并与PLC相应数据寄存器地址分别对应。 系统启动运行后，由传感器等将有关信号送入 PLC内进行处理，并存储在PLC相应数据寄存器 中，因在触摸屏的数据显示构件中设置了PLC数 据寄存器的地址，此时触摸屏上就能够实时显示 参数值2。在系统运行中，技术人员需要更改参数的设 定值时，可通过触摸屏上的手动输入框进行参数 值修改，确认修改后，该目标值会送入PLC的数 据存储器中。由于参数的变动会引起系统的较大 波动，影响系统的稳定运行

10、，因此，手动输入框 和相应操作按钮只允许有权限的技术人员进行操 作，为增强系统的安全性，要求使用密码登录才 能操作。在参数显示与设置界面中还设计了参数的实 时趋势曲线和历史趋势曲线，图四所示为冷冻水 温度控制界面：（1）实时趋势曲线：对现场采集来的冷冻水 温度实时数据采用曲线的方式进行显示，能反映 实际测量值的变化趋势。冷冻水的温度对空调系 统的制冷效果起着决定性的作用，因此必须将采 集到的实际值与设定值显示在同一画面中，通过 对比来判断系统的运行情况并调整相应的温度 值。这里采用MCGS嵌入版提供的实时曲线构件 来绘制冷冻水温度实时曲线，在该控件中制作两 条曲线，一条曲线读取设定值，一条曲线

11、读取实 测值。（2）历史趋势曲线：用于对以往的记录数据 采用曲线的方式显示出来，形象直观，方便用户 对以往的数据进行分析，以决定下一步的操作5。图四 冷冻水温度控制画面3.2.4报警显示画面报警信息包括冷却水、冷冻水的流量异常， 冷水机组的高低压异常，压缩机变频器故障，电 加热器高温等。报警画面中每个设备的报警保护 都设有相应的指示灯，且每个指示灯都与PLC中 表示报警有无的一个位相对应，这样就可以根据 每个灯的开/关状态来确定哪个设备产生故障，从 而采取相应的措施。图五 报警显示画面3.3 用户登录设置在系统的实际运行过程中，为尽量避免由于 现场的人为误操作所引发的故障或事故，本监控 系统设

12、立了安全机制。具体的方法是严格限制操 作权限，只有获得操作权限的技术人员才能进行 设备的启/停控制和系统参数值的修改。4 结论以中央空调为控制对象，设计开发了基于 PLC和MCGS组态软件的中央空调监控系统。该 系统能够实现设备的启/停控制，参数的实时显 示，参数的趋势曲线显示，历史数据的查询和报 警显示等功能6。目前，该系统已成功应用于河 海大学中央空调与制冷节能实验室中，并取得了 良好的运行效果，为系统自动化控制提供了友好 完善的人机界面。参 考 文 献1 陈国明，夏冬.PLC 在中央空调控制系统中的应用. 微计算机信息J.2010年16期2 苏宏英，肖永新，庄焕伟.基于PLC与触摸屏的中央 空调变频调速监控系统设计.机电工程技术J.2009.63 杨绍辉，施灵.基于组态软件的中央空调自动控制系 统的开发.自动化与仪器仪表J.2008.34 李强，李岭，张英梅.触摸屏TPC70