MB+網(wǎng)絡(luò)和多語言編程在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

黃勤陸，肖甘，劉紅

（成都紡織高等?？茖W(xué)校電氣系，四川 成都 611731）

0 引言

2002年國際電工委員會公布了IEC 61131－3標(biāo)準(zhǔn)第二版，該標(biāo)準(zhǔn)有兩個模型:軟件模型和通訊模型。軟件模型重點對資源、配置、程序、變量和任務(wù)進(jìn)行了描述和定義。軟件模型具有如下特點:可在一臺PLC中同時裝載、啟動和執(zhí)行多個獨立的程序;可實現(xiàn)對程序執(zhí)行的完全控制能力;能夠適應(yīng)不同的PLC結(jié)構(gòu)，既能適合小型的PLC系統(tǒng)，也可適合較大的分散系統(tǒng);還支持程序組織單元的重用和分層設(shè)計。該軟件模型定義的一系列圖形化語言和文本語言，不僅對系統(tǒng)集成商和系統(tǒng)工程師的編程帶來很大的方便，而且對最終用戶同樣會帶來很大的方便，特別是在程序的移植性和經(jīng)濟性方面，減少了培訓(xùn)、調(diào)試、維護(hù)和咨詢等人力資源，具有明顯的優(yōu)點。

Modbus-Plus網(wǎng)絡(luò)是法國施耐德公司主推的現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用靈活和方便。下面通過中央空調(diào)系統(tǒng)中風(fēng)機控制系統(tǒng)的應(yīng)用實例來體現(xiàn)Modbus-Plus網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和IEC多語言編程應(yīng)用特點。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)需求分析

本系統(tǒng)是為滿足客戶監(jiān)控需要而設(shè)計的，客戶具體要求如下:

（1）要求在控制室能夠監(jiān)測每層樓的溫度和濕度;

（2）現(xiàn)場維護(hù)人員能夠在現(xiàn)場操作變頻器;

（3）值班人員能夠在監(jiān)控室對設(shè)備進(jìn)行控制;

（4）能夠?qū)γ颗_變頻器運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控和對歷史運行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型

根據(jù)客戶需要，考慮系統(tǒng)的安全性、可靠性、維護(hù)性、靈活性等因素，我們設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要由三部分組成:控制柜、通訊網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控室，網(wǎng)絡(luò)邏輯模型如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)模型圖

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 實現(xiàn)概況

從圖1可以看出，控制系統(tǒng)主要采用了施耐德公司產(chǎn)品。Momentum和ATV61都能很好支持Modbus－Plus、Modbus TCP/IP和UNI-TELWAY等協(xié)議，能夠無縫的構(gòu)建Modbus-Plus網(wǎng)絡(luò)。Modbus-Plus網(wǎng)絡(luò)是一個對等的高速的控制層網(wǎng)絡(luò)，采用的是雙絞線令牌總線結(jié)構(gòu)，傳輸速度在規(guī)定的傳輸范圍內(nèi)都能達(dá)到1Mbps。該網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)成熟、靈活性強、組網(wǎng)簡單、維護(hù)方便，具體配置如下:

（1）變頻器控制柜放置在各樓層設(shè)備房，控制中央空調(diào)的風(fēng)機。該控制柜由ATV61變頻器和配套的低壓電器組成。ATV61系列變頻器是施耐德公司推出的一款高性能變頻器，通過Modbus-Plus通訊卡VW3A3302-EN能夠很好的與Momentum進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。

（2）數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)采用的是施耐德的Modbus-Plus網(wǎng)絡(luò)，選用的是990 NAD23000網(wǎng)絡(luò)適配器。本例中站點數(shù)為13個站點，Modbus-Plus支持的站點數(shù)最多可以達(dá)到64點，電纜長度可達(dá)450米，加中繼器的情況下可以達(dá)到1 800米。在設(shè)計和安裝中特別注意外部電磁信號對網(wǎng)絡(luò)通信的干擾。

（3）監(jiān)控室由計算機和PLC柜組成。PLC柜主要是由遠(yuǎn)程IO控制器Momentum 171CCC96030－IEC組成，上位計算機采用的是研華工控機，組態(tài)軟件采用GE公司的CIMPLICITTY。監(jiān)控室實現(xiàn)對空調(diào)風(fēng)機的運行狀態(tài)顯示和控制，可進(jìn)行遠(yuǎn)程和本地控制。

2.2 寄存器分配和定義

變頻器與PLC之間的數(shù)據(jù)交換可以通過MB+網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，在具體編程前需要對PLC和變頻器內(nèi)部寄存器和變量進(jìn)行分配和定義，1號和2號變頻器對應(yīng)的寄存器如表1所示。

表1 寄存器對應(yīng)表

2.3 上位監(jiān)控

在上位機監(jiān)控中，根據(jù)客戶需要，定義了相應(yīng)得按鈕、指示燈和顯示儀表，系統(tǒng)具有以下功能，很好的滿足了客戶需要。

（1）具有遠(yuǎn)程和本地控制選擇。當(dāng)按下遠(yuǎn)程控制按鈕時，遠(yuǎn)程控制指示燈亮，系統(tǒng)進(jìn)入遠(yuǎn)程控制模式;按下本地控制按鈕時，本地控制按鈕指示燈亮，系統(tǒng)進(jìn)入本地控制模式。

（2）遠(yuǎn)程控制時，可以在監(jiān)控室控制變頻器的啟動、停止、設(shè)置運行速度等功能。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，還可以遠(yuǎn)程對變頻器故障進(jìn)行復(fù)位。

（3）變頻器狀態(tài)顯示。不論是遠(yuǎn)程還是本地控制模式，在監(jiān)控室都可以顯示每臺變頻器的頻率、電流、轉(zhuǎn)速、報警等狀態(tài)信息。

（4）通過歷史曲線功能，我們能夠查看該變頻器歷史工作狀態(tài):是否在線，工作時間，每時的工作頻率等信息。

2.4 PLC 編程

本項目中變頻器的準(zhǔn)備、啟動、停止、遠(yuǎn)程和本地選擇功能是通過控制字CMD來進(jìn)行的。CDM不同的賦值，對應(yīng)變頻器不同的工作狀態(tài)，所以對CMD的控制是整個系統(tǒng)關(guān)鍵的一部份。該PLC支持IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的幾種語言，特別在ST語言編程中支持運算符、控制語句、函數(shù)，能實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算。經(jīng)過幾種編程語言的預(yù)演、分析和比較，發(fā)現(xiàn)采用結(jié)構(gòu)化文本語言ST對CDM賦值編成是最合理的。其它語言編程在實現(xiàn)這部分功能時要么可讀性差，要么編寫起來程序比較長，維護(hù)不好，所以最終實現(xiàn)是常用的ST語言。采用ST語言對CMD賦值編程典型語句如下:

END_IF;

從上段程序看出，當(dāng)復(fù)位按鈕按下時CMD值為16#0080，設(shè)備進(jìn)入初始狀態(tài);當(dāng)START1 CMD值為16#000F，設(shè)備就進(jìn)行啟動狀態(tài)。通過ELSIF語句很簡潔的把控制邏輯需求反饋到了變頻器的控制字CMD命令中，程序簡潔、易懂和緊湊。

CMD賦值后，我們還需要對CDM寄存器中的位進(jìn)行處理，位與位之間有時間上的控制要求。采用順序圖和指令表編程不合適，繼續(xù)使用文本語言和梯形圖顯然也不合適。經(jīng)過分析，采用圖形語言功能塊圖FDB最好。FDB編程語言在該PLC中類似于數(shù)字電路，用類似與門、或門的方框來很容易表示邏輯運算關(guān)系可讀性很強，采用FDB語言的CDM的位處理典型程序下如圖2所示。

圖2 FDB程序

該段程序使用了3種類型的功能塊:WORD_TO_BIT、TP和BIT_TO_WORD。WORD_TO_BIT功能是把控制字轉(zhuǎn)換成位，方便對控制字中的位處理。BIT_TO_WORD功能塊是對處理完成的位進(jìn)行字轉(zhuǎn)換。TP功能塊是一個時間控制塊，輸入端IN為1，輸出端Q立刻為1，PT控制輸出Q時間，該時間值在本項目設(shè)計中是一個安全控制值，保證可靠性，避免誤操作。從該功能塊樣例圖2中我們看出，使用FDB功能塊編程語言對位控制程序簡潔易懂，實現(xiàn)方便。

從上面兩段程序我們看出，只有根據(jù)控制需求合理的使用幾種編程語言，才能更好的體現(xiàn)IEC編程語言優(yōu)勢和特點，提高程序可讀性和可維護(hù)性，提高工程技術(shù)人員的效率，減少設(shè)備維護(hù)和升級費用。

3 結(jié)束語

該系統(tǒng)采用的是施耐德公司的主推MB+網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，通過項目實施和運行，展示了MB+網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和IEC編程語言特點和魅力。IEC標(biāo)準(zhǔn)的制定和廣泛應(yīng)用，為PLC廠家和客戶，特別是工程技術(shù)人員提供了廣闊的空間。

［1］ IEC61131－3 和 GBT15969.3－2005標(biāo)準(zhǔn)［M］，2005.

［2］ Modicon TSX Momentum 系列用戶手冊［Z］，2010.

［3］ Schneider Altivar 61系列用戶手冊［Z］，2010.

［4］皺益仁，馬增良，蒲維.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2003.