HVAC監(jiān)視系統(tǒng)中的PLC設(shè)計

HVAC監(jiān)視系統(tǒng)中的PLC設(shè)計

無塵室是液晶生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)施，其中HVAC（Heating, Ventilating and Air-Conditioning. 供暖、通風(fēng)及空調(diào)）系統(tǒng)對于無塵室環(huán)境至關(guān)重要。HVAC控制系統(tǒng)包含了對冷熱源機(jī)組、空調(diào)機(jī)組和空調(diào)末端設(shè)備的控制，HVAC監(jiān)視系統(tǒng)則實時監(jiān)測無塵室內(nèi)供暖通風(fēng)及空調(diào)設(shè)備的啟停及故障狀況、漏電漏水的報警，同時監(jiān)測無塵室內(nèi)各部分的溫度、濕度、壓力以及設(shè)備的溫度、壓力、流量、頻率等其他參數(shù)，并對故障報警、設(shè)備啟停狀態(tài)和模擬量數(shù)據(jù)等進(jìn)行隨時的記錄保存，從而中央監(jiān)控人員可以根據(jù)監(jiān)視系統(tǒng)顯示的實時數(shù)據(jù)對相應(yīng)的報警進(jìn)行及時處理，可以根據(jù)數(shù)據(jù)趨勢圖進(jìn)行分析做相應(yīng)的預(yù)警處理，更可以根據(jù)系統(tǒng)記錄的歷史數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)故障原因。

項目狀況

S廠按其生產(chǎn)工藝分為陣列、成盒、模塊三個廠房，以及負(fù)責(zé)全廠動力供給的動力廠房。由于廠房面積大，無塵室暖通設(shè)備分散在整個廠房的各個部分，所需監(jiān)控的信號點(diǎn)無法集中到一個站，所以采用基于PLC的多站分散、集中監(jiān)視的SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)。

根據(jù)廠房內(nèi)的設(shè)備分布情況，在各個區(qū)域設(shè)立多個分站：成盒分站2個，模塊分站2個，陣列分站6個，分別收集周邊需要監(jiān)測的數(shù)據(jù)；工廠有兩個監(jiān)控室，陣列監(jiān)控室設(shè)立兩個監(jiān)控主站，“成盒模塊主站PLC1”和“陣列主站PLC1”，分別監(jiān)視成盒模塊廠房和陣列廠房的信息，動力監(jiān)控室設(shè)立“動力主站PLC1”，同時監(jiān)視包括成盒模塊和陣列廠房的所有信息。

各站具體分布如圖1所示。

分布在廠房現(xiàn)場的各PLC分站采集到的數(shù)據(jù)，將通過網(wǎng)絡(luò)傳送到各監(jiān)控室的PLC主站，再由各上位監(jiān)控計算機(jī)連接主站PLC，通過上位工業(yè)監(jiān)控軟件監(jiān)視和記錄全廠現(xiàn)場的相關(guān)信息。

PLC硬件配置

1．各站PLC采用目前歐姆龍公司的CS1機(jī)型PLC產(chǎn)品

其主要特點(diǎn)包括如下。

（1）先進(jìn)的性能：進(jìn)一步提升運(yùn)算能力，目前行業(yè)內(nèi)的最高運(yùn)算速度。工業(yè)級32位精簡指令系統(tǒng)CPU，基本指令處理速度可達(dá)0.02μs。CPU內(nèi)置程序容量可達(dá)250K步，數(shù)據(jù)容量可達(dá)448K字，外接存儲卡容量可達(dá)64MB。本地機(jī)架控制點(diǎn)數(shù)即可達(dá)到5120點(diǎn)。加遠(yuǎn)程I/O后控制點(diǎn)數(shù)可達(dá)約10萬點(diǎn)以上。

（2）各種與應(yīng)用相關(guān)的指令：具有多種特殊指令，無需進(jìn)行復(fù)雜的編程。帶自整定的PID指令、雙精度指令、故障診斷指令、堆棧指令等。

（3）集成的開發(fā)環(huán)境和中間軟件：從程序開發(fā)到仿真模擬、網(wǎng)絡(luò)通信、觸摸屏軟件，都集成在一個統(tǒng)一的軟件包中，十分方便。

（4）良好的開放性，無縫的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：從信息層到控制層再到設(shè)備層，CS1支持多層符合國際標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)間的無縫透明信息通信。支持的網(wǎng)絡(luò)類型主要有：Ethernet、Controllerlink、 Profibus-DP、Devicenet、Modbus、CAN等。

（5）更方便與第三方設(shè)備連接：CS1所具有的協(xié)議宏功能可方便的與多臺不同協(xié)議的第三方設(shè)備互聯(lián)。

（6）繼承性和維護(hù)性：新系統(tǒng)兼容老系統(tǒng)，升級方便；CPU支持無電池操作，支持遠(yuǎn)程維護(hù)等功能，維護(hù)起來十分方便。

（7）可實現(xiàn)系統(tǒng)功能擴(kuò)展：各種基于PLC的過程控制自動化系統(tǒng)、高精度定位、遠(yuǎn)程監(jiān)控、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等。

根據(jù)分站和主站PLC負(fù)載大小可選擇不同檔次的CPU：分站PLC只處理本地的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量小，CPU采用歐姆龍CS1系列CS1H-CPU44H；主站需處理全廠各分站PLC傳送來的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量大，CPU采用歐姆龍CS1系列性能最強(qiáng)的CS1H-CPU67H，其指令處理速度最快，程序、數(shù)據(jù)容量都是最大。

2．各分站根據(jù)現(xiàn)場采集信號數(shù)量配置相應(yīng)的數(shù)字量輸入（DI）模塊和模擬量輸入（AI）模塊

（1）數(shù)字量輸入模塊（DI）

－ 64點(diǎn)：CS1W-ID261如表1所示。
－ 96點(diǎn)：CS1W-ID291如表2所示。

（2）模擬量輸入模塊（AI）

－ 8點(diǎn)：CS1W-AD081-V1。
－ 輸入點(diǎn)數(shù)：8路。
－ 輸入范圍： 0~5V，1~5V，0~10V，-10~+10V，4~20mA可選。
－ 分辨率：≥13位（1/8000）。
－ 隔離方式：光電隔離。
－ 轉(zhuǎn)換速度：1ms/點(diǎn)。
－ 精度（25℃）：電壓±0.2% 電流±0.4%。
－ 其他功能：斷線檢測，峰值保持、平均值功能、定標(biāo)功能等。
－ 外部連接：采用可拆卸式端子排以提高可靠性，易于連接和維修。

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1.現(xiàn)場一層PLC網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)場各分站PLC和監(jiān)控室主站PLC之間采用歐姆龍控制器鏈接網(wǎng)光纖冗余環(huán)網(wǎng)（Controller Link）：成盒模塊現(xiàn)場4個站PLC和位于陣列監(jiān)控室的成盒模塊主站PLC1構(gòu)成一個光纖環(huán)網(wǎng)，通過成盒模塊現(xiàn)場一層網(wǎng)絡(luò)CLK1，將成盒模塊現(xiàn)場各PLC采集的數(shù)據(jù)匯集到成盒模塊主站PLC1做監(jiān)控顯示；陣列現(xiàn)場6個站PLC和位于陣列監(jiān)控室的陣列主站PLC1構(gòu)成一個光纖環(huán)網(wǎng)，通過陣列現(xiàn)場一層網(wǎng)絡(luò)CLK1，將陣列現(xiàn)場各PLC采集的數(shù)據(jù)匯集到陣列主站PLC1做監(jiān)控顯示。

2.監(jiān)控二層PLC網(wǎng)絡(luò)

通過現(xiàn)場一層網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場PLC采集的數(shù)據(jù)都被匯集到了陣列監(jiān)控室的兩個主站PLC1。而動力監(jiān)控室內(nèi)對全廠數(shù)據(jù)的監(jiān)控顯示則通過動力主站1和成盒模塊主站1、陣列主站1之間監(jiān)控二層網(wǎng)絡(luò)CLK2，將成盒模塊主站1和陣列主站1匯集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)全部集中到動力主站PLC1，完成全廠的監(jiān)控顯示。

3.信息層以太網(wǎng)

監(jiān)控上位機(jī)通過以太網(wǎng)和監(jiān)控室內(nèi)各主站PLC1通信，實時顯示現(xiàn)場數(shù)據(jù)并做數(shù)據(jù)記錄。

信息層以太網(wǎng)鏈接如圖2所示。

圖2 信息層以太網(wǎng)鏈接圖

軟件構(gòu)成

1．上位工業(yè)監(jiān)控軟件

上位工業(yè)監(jiān)控軟件采用美國羅克韋爾軟件公司開發(fā)的RSView 32，RSView32是一種集成式的、組件化的人機(jī)接口軟件，它運(yùn)行于Windows95/98/2000/NT等操作系統(tǒng)下，可實現(xiàn)監(jiān)視和控制自動化設(shè)備和過程。其可以很方便地完成工藝監(jiān)控畫面的形成、數(shù)據(jù)實時采集、趨勢記錄分析、報警報表打印等任務(wù)。該軟件還具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器集成功能、嵌入標(biāo)準(zhǔn)的編程語言(VB)、在線幫助、支持實時視頻圖像和嵌入字處理、電子表格和ActiveX文本等功能。

上位軟件主要完成對設(shè)備的主要工藝參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)分別以工藝畫面和表格的形式進(jìn)行監(jiān)視、在畫面設(shè)置并監(jiān)視主要控制回路的調(diào)節(jié)參數(shù)及過程、對主要儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢記錄、報警記錄及聯(lián)鎖值的設(shè)定。

2. OPC Server

以前上位軟件與現(xiàn)場自動化設(shè)備相連需要開發(fā)專用的底層通信接口，實際應(yīng)用很不方便。

現(xiàn)在OPC作為自動化系統(tǒng)、現(xiàn)場總線、現(xiàn)場總線設(shè)備和辦公管理應(yīng)用程序之間的有效連接方式，使辦公室和現(xiàn)場設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換簡捷化、標(biāo)準(zhǔn)化，極大地簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使原來錯綜復(fù)雜的體系結(jié)構(gòu)變得簡單清晰，上位軟件只需注意與OPC Server之間的數(shù)據(jù)交換，而不必?fù)?dān)心具體設(shè)備的連接問題。

OPC（用于過程控制的OLE）是一個工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，基于微軟的OLE（現(xiàn)在的Active X）、COM（部件對象模型）和DCOM（分布式部件對象模型）技術(shù)。OPC包括一整套接口、屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)集，用于過程控制和制造業(yè)自動化系統(tǒng)。Active X/COM技術(shù)定義各種不同的軟件部件如何交互使用和分享數(shù)據(jù)。不論過程中采用什么軟件或設(shè)備，OPC為多種多樣的過程控制設(shè)備之間進(jìn)行通信提供了公用的接口。

歐姆龍SYSMAC OPC Server是專用于歐姆龍系列PLC等設(shè)備的OPC軟件，在本系統(tǒng)用于與上位軟件RSView32的數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)羅克韋爾的RSView32與歐姆龍PLC的數(shù)據(jù)交換。

3.通信工具軟件

FinsGateWay是歐姆龍PLC的通信接口工具軟件，主要用于上位機(jī)與PLC各種通信網(wǎng)絡(luò)之間的管理，并提供建立通信的數(shù)據(jù)接口。在本系統(tǒng)中，其主要用于上位機(jī)和PLC以太網(wǎng)之間的通信控制和數(shù)據(jù)管理，在軟件中可以對歐姆龍PLC以太網(wǎng)進(jìn)行設(shè)定和服務(wù)啟停控制。

本系統(tǒng)中，監(jiān)控上位機(jī)和監(jiān)控室內(nèi)各主站PLC1之間物理連接通過以太網(wǎng)來實現(xiàn)；而SYSMAC OPC Server通過PLC通信接口工具軟件FinsGateWay與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時又和RSView 32數(shù)據(jù)庫（DataBase）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，成為羅克韋爾RSView32和歐姆龍PLC的鏈接的軟件接口。

軟件鏈接圖如圖3所示。

4.PLC編程軟件

CX-Programmer是歐姆龍公司PLC的軟件編程、調(diào)試工具程序，其運(yùn)行在Windows98\NT\2000操作系統(tǒng)下，具有豐富、簡捷的操作環(huán)境和強(qiáng)大的編程、調(diào)試功能。歐姆龍的SYSMAC CS1系列PLC具有較豐富的指令系統(tǒng)，其包括繼電器指令、定時器和計數(shù)器指令、計算指令(包括三角函數(shù)、指數(shù)、冪運(yùn)算等)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、診斷、位移寄存器、比較、數(shù)據(jù)傳送、程序控制和PID控制等指令。利用這些指令即可完成本系統(tǒng)現(xiàn)場環(huán)境、設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、處理和傳送