基于PLC和WINCC的中央空調(diào)溫濕度預(yù)警系統(tǒng)

張要朋

摘 要：為了確保卷煙產(chǎn)品質(zhì)，目前卷煙工廠多采用中央空調(diào)來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)車間的溫濕度控制，本文將介紹一種基于PLC和WINCC的中央空調(diào)溫濕度控制方案，并在該方案中詳細(xì)論述一種溫濕度預(yù)警系統(tǒng)，經(jīng)實(shí)踐該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，降低了工人勞動強(qiáng)度，提高了溫濕度的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)通信；中央空調(diào)；溫濕度；預(yù)警

中圖分類號：TB657.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）19-0072-01

某卷煙工廠擁有45組中央空調(diào)系統(tǒng)，在當(dāng)班期間，溫濕度調(diào)節(jié)工通過WINCC集中監(jiān)控系統(tǒng)，密切監(jiān)測每臺空調(diào)機(jī)組的溫濕度數(shù)據(jù)波動情況。在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)三個問題：一是空調(diào)機(jī)組數(shù)目較多，監(jiān)控畫面當(dāng)中數(shù)據(jù)密集，長期注視，容易引起員工視覺疲勞；二是各區(qū)域空調(diào)的溫濕度標(biāo)準(zhǔn)不同，再加上監(jiān)控畫面字體較小，操作人員難以及時發(fā)現(xiàn)預(yù)超標(biāo)的數(shù)據(jù)；三是原空調(diào)監(jiān)控畫面設(shè)計的超標(biāo)報警系統(tǒng)，是待空調(diào)的溫濕度參數(shù)，超過上限或者下限范圍時，進(jìn)行報警，此時報警，數(shù)據(jù)已經(jīng)不達(dá)標(biāo)了。溫濕度參數(shù)報警后，操作人員進(jìn)行人工干預(yù)，調(diào)整空調(diào)的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，使其恢復(fù)到達(dá)標(biāo)狀態(tài)，此種報警方式屬于“亡羊補(bǔ)牢”型，延誤了人工干預(yù)的時機(jī)，易造成溫濕度波動。因此，迫切需要一種溫濕度預(yù)警系統(tǒng)，便于提前發(fā)現(xiàn)問題。

1 系統(tǒng)軟硬件構(gòu)成

為實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠、快速控制，自控系統(tǒng)核心部件控制器選用SIEMENS公司當(dāng)今流行的、功能強(qiáng)大的S7-300系列PLC，車間溫濕度、室外溫濕度、風(fēng)道溫濕度傳感器均選用E+E傳感器，溫濕度信號均采用4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號進(jìn)行輸送，經(jīng)PLC的AI模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換后，然后經(jīng)過工業(yè)以太網(wǎng)將信號傳輸至WINCC監(jiān)控系統(tǒng)。

空調(diào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由監(jiān)控層（中央監(jiān)控微機(jī)）、過程控制層和末端設(shè)備層組成。監(jiān)控層由1臺DELL工作站組成（Dell Precision T5600）及相關(guān)配件組成，工作站負(fù)責(zé)空調(diào)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、新風(fēng)機(jī)組系統(tǒng)的集中監(jiān)控管理，采用WINCC7.0完全版監(jiān)控管理軟件，此工作站為工程師站；過程控制層采用SIEMENS的S7-300系列PLC作為控制主站，對現(xiàn)場監(jiān)控點(diǎn)集中且離主站較遠(yuǎn)的地方則采用ET200M；各PLC控制主站之間、以及控制主站與能源管理中心服務(wù)器之間通過工業(yè)以太網(wǎng)總線相連，實(shí)現(xiàn)通訊，傳輸介質(zhì)采用多模光纖，以增強(qiáng)現(xiàn)場抗電磁干擾能力，提高數(shù)據(jù)通訊傳輸速率（100MBit/s）。

2 控制系統(tǒng)要求及設(shè)計

控制系統(tǒng)要求：控制系統(tǒng)應(yīng)具有自動/手動、遠(yuǎn)程/本地三種運(yùn)行模式。自動模式是控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行模式，是在無人干預(yù)的情況下全自動實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所有的監(jiān)控功能（除參數(shù)再設(shè)定、報表打印等必需的手動操作）；遠(yuǎn)程模式是在遠(yuǎn)程維護(hù)工程師站上能對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程手動啟停和調(diào)節(jié)；現(xiàn)場控制器要求提供控制端口，保證所有在現(xiàn)場手控能實(shí)現(xiàn)的控制功能（控制模式轉(zhuǎn)換開關(guān)除外）均能由遠(yuǎn)端遠(yuǎn)程手動完成。手動模式是在設(shè)備現(xiàn)場的控制柜或設(shè)備本體上完成對設(shè)備的單獨(dú)操作（設(shè)備現(xiàn)場的控制柜必須包含設(shè)備啟停等必備元器件）。在權(quán)限劃分上，現(xiàn)場手動控制權(quán)限最大，一旦現(xiàn)場控制柜的轉(zhuǎn)換開關(guān)調(diào)至“現(xiàn)場手動”，將屏蔽所有遠(yuǎn)端指令，包括自控和遠(yuǎn)程手動，由且僅由現(xiàn)場操作面板實(shí)施控制。控制系統(tǒng)要求無論在自動還是遙控模式下，均能準(zhǔn)確、可靠地完成設(shè)備的順序啟/停及各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作；

在手動模式下要完成各個單機(jī)設(shè)備手動操作功能，以滿足設(shè)備維修、調(diào)試時的需要；在自動和遙控模式下都要精確監(jiān)測各個檢測點(diǎn)的數(shù)據(jù)和各個設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)。

控制系統(tǒng)設(shè)計：空調(diào)系統(tǒng)屬于大滯后系統(tǒng)，同時被控參數(shù)（車間溫度、相對濕度）又存在相互關(guān)聯(lián)的問題，溫度的變化影響到相對濕度的變化。只有在對空氣調(diào)節(jié)原理及空調(diào)機(jī)組工作原理充分掌握后才能很好的完成對車間溫濕度的控制、采用合理的節(jié)能措施達(dá)到節(jié)能目的。我們所關(guān)心的空氣參數(shù)為溫度（T）、絕對含濕量（d）、相對濕度（φ）、焓值（i）。其中絕對含濕量（d）是濕空氣中水蒸氣密度與干空氣密度之比即對應(yīng)于1Kg干空氣的濕空氣所含有的水蒸氣量。相對濕度（φ）指濕空氣中的水蒸氣壓力（分壓）與同溫度下飽和濕空氣的水蒸汽壓力（分壓）之比。焓值（i）是與溫度、絕對含濕量有關(guān)的反映空氣能量的物理參數(shù)?？諝庹{(diào)節(jié)過程主要依據(jù)：對濕空氣焓濕圖（i～d圖）的分析及應(yīng)用、空調(diào)全年多工況分區(qū)控制理論。選用典型的反饋+分程+選擇的控制規(guī)律。其中：反饋控制是通過典型的PID調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的；分程調(diào)節(jié)通過在反饋調(diào)節(jié)的輸出基礎(chǔ)上進(jìn)行分程調(diào)節(jié)，避免造成影響同一個控制參數(shù)的兩個被控對象同時動作。如對溫度控制回路的輸出進(jìn)行分程，分別控制加熱閥、表冷閥。對濕度控制回路的輸出進(jìn)行分程，分別控制加濕閥、表冷閥。選擇控制是當(dāng)同一個被控對象變化時會影響到系統(tǒng)的兩個或以上的被控參數(shù)的變化，通過在反饋調(diào)節(jié)的輸出基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇最大需求輸出調(diào)節(jié)。如對表冷閥的控制就要通過選擇溫度控制回路及濕度控制回路輸出的最大值控制。

3 系統(tǒng)預(yù)警設(shè)計

當(dāng)前，企業(yè)正在開展SPC應(yīng)用實(shí)踐活動，如何將SPC的理念更直觀的引入動力設(shè)備的監(jiān)控和運(yùn)行當(dāng)中，我們一直在探索，SPC是統(tǒng)計過程控制的英文簡稱，它是一種借助數(shù)理統(tǒng)計方法的過程控制工具，對生產(chǎn)過程進(jìn)行分析評價，根據(jù)反饋信息及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性因素出現(xiàn)的征兆，并采取措施消除其影響，使過程維持在僅受隨機(jī)性因素影響的受控狀態(tài)，以達(dá)到控制質(zhì)量的目的。

根據(jù)空調(diào)自控系統(tǒng)的運(yùn)行原理，引入“統(tǒng)計過程控制”的理念，將WINCC集中監(jiān)控系統(tǒng)與SPC過程質(zhì)量控制進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，從而構(gòu)建空調(diào)中控溫濕度參數(shù)三級預(yù)警系統(tǒng)。具體為：在WINCC中控系統(tǒng)中，對于靠近中心值的溫濕度數(shù)據(jù)，劃分為一級數(shù)據(jù)，顯示為“綠色”；遠(yuǎn)離中心值但暫未超標(biāo)的數(shù)據(jù)，劃分為二級數(shù)據(jù)，顯示為“黃色”；超出上下限的溫濕度數(shù)據(jù)，劃分為三級數(shù)據(jù)，顯示為“紅色”。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)黃色數(shù)據(jù)時，操作人員進(jìn)行人工干預(yù)，避免溫濕度數(shù)據(jù)繼續(xù)“惡化”。endprint

一級數(shù)據(jù)篩選腳本：

（'K35_SF_Run_State'）&&（（'K35_AVER_H_SP'-'K35_Aver_H'）<'K35_Alarm_H_PC_SP'*0.6&&（'K35_Aver_H'-'K35_AVER_H_SP'）<'K35_Alarm_H_PC_SP'*0.6）

二級數(shù)據(jù)篩選腳本：

（'K35_SF_Run_State'）&&（（（'K35_AVER_H_SP'-'K35_Aver_H'）<='K35_Alarm_H_PC_SP'&&（'K35_AVER_H_SP'-'K35_Aver_H'）>='K35_Alarm_H_PC_SP'*0.6）||（（'K35_Aver_H'-'K35_AVER_H_SP'）<='K35_Alarm_H_PC_SP'&&（'K35_Aver_H'-'K35_AVER_H_SP'）>='K35_Alarm_H_PC_SP'*0.6））

三級數(shù)據(jù)篩選腳本：

（'K35_SF_Run_State'）&&（（（'K35_AVER_H_SP'-'K35_Aver_H'）>'K35_Alarm_H_PC_SP'）||（（'K35_Aver_H'-'K35_AVER_H_SP'）>'K35_Alarm_H_PC_SP'））

4 結(jié)語

基于PLC和WINCC的監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)空調(diào)的集中監(jiān)控，在此基礎(chǔ)上對空調(diào)的工藝參數(shù)進(jìn)行預(yù)警，運(yùn)行人員可以快捷方便的判斷空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)，降低了勞動強(qiáng)度；同時便于提前發(fā)現(xiàn)問題，為人工干預(yù)提供時機(jī)；通過對空調(diào)溫濕度參數(shù)劃分等級，建立三級預(yù)警系統(tǒng)，空調(diào)操作實(shí)現(xiàn)了由“亡羊補(bǔ)牢”向“未雨綢繆”質(zhì)的轉(zhuǎn)變，從而提高溫濕度的穩(wěn)定性，改進(jìn)前后的效果對比，波動下降了87%，效果明顯。

參考文獻(xiàn)

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