1、基于PROFIBUS總線的中央空調(diào)控制系統(tǒng)研究程立新山西輕工職業(yè)技術(shù)學院機電信息系 (太原030013)摘要：針對中央空調(diào)系統(tǒng)的工作特點，提出了一種采用PROFIBUS總線技術(shù)的設計方法，闡述了控制系統(tǒng)的組成，重點分析了控制網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)、控制電路的設計，探討了變頻器的參數(shù)設置和系統(tǒng)程序設計方法，實踐證明這是一種先進的控制技術(shù)，具有較大的推廣價值。關(guān)鍵詞： 中央空調(diào)控制 PROFIBUS-DP 變頻器 程序設計The Research of Central Air-conditioning Control System Based on PROFIBUS Cheng Li-xinDepartmen

2、t of Mechanic and Electronic and Information of Shanxi Light Industry Vocational College (Taiyuan Shanxi 030013) Abstract: For the characteristics of the air-conditioning system, the design method based on PROFIBUS fieldbus is presented in this paper, the constitution of the control system is introd

3、uced,The structure and control Circuit are discussed in detail.the Parameters of inverter and design of program are introduced, It is an advanced control technology. Proved by practice.Keywords: Air-conditioning system PROFIBUS-DP Inverter Program design0 引言現(xiàn)場總線是信息技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展在控制領(lǐng)域的體現(xiàn)，是自動化技術(shù)發(fā)展的熱點之一，PR

4、OFIBUS總線技術(shù)因其具有數(shù)字化、開放性、分散性以及對現(xiàn)場環(huán)境的適應性等特點而獲得了非常廣泛的應用，它包括PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA三個兼容組成部分，PROFIBUS-DP一般用于車間設備級的高速數(shù)據(jù)通信，主站通過標準的DP電纜與分散的現(xiàn)場設備進行通信，對整個DP網(wǎng)絡進行管理和控制，此外它還提供強大的網(wǎng)絡以及參數(shù)配置、故障診斷和報警處理等非循環(huán)通信1。 某中央空調(diào)控制系統(tǒng)由3部分組成：設備冷凍水恒壓供水控制系統(tǒng)、空調(diào)冷凍水系統(tǒng)循環(huán)泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)和井水泵軟起動控制系統(tǒng)。中央空調(diào)系統(tǒng)采用3臺設備制冷機組用于生產(chǎn)設備制冷，設備冷凍水循環(huán)泵共2臺，額

5、定功率30kW，一備一用。另采用2臺空調(diào)制冷機組用于環(huán)境制冷，空調(diào)冷凍水循環(huán)泵3臺，額定功率37kW，二用一備；同時還有4臺井水泵，由軟啟動控制。系統(tǒng)以西門子S7-200PLC作為核心控制部件，采用變頻器控制中央空調(diào)冷凍水循環(huán)泵，通過PROFIBUS總線構(gòu)成中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)；1 系統(tǒng)組成系統(tǒng)采用研華工控機作上位機，通過CP5611接口卡與PROFIBUS-DP相連，這樣IPC（工控機）與現(xiàn)場總線就連接成能完成組態(tài)、運行、操作等功能的完整控制網(wǎng)絡。系統(tǒng)選用一臺S7-200PLC作為核心控制部件，控制井水泵的軟起動、設備冷凍水恒壓供水和空調(diào)冷凍水的變頻調(diào)速。其中，PLC選用CPU224，電

6、源模塊一塊，數(shù)字量輸入主要有循環(huán)泵手/自動運行方式的切換，循環(huán)水泵和井水泵的手動啟/停操作和井水流量反饋。數(shù)字輸出點用于兩個冷凍水系統(tǒng)故障報警和井水流量報警。系統(tǒng)共選用2臺西門子MicroMaster430系列變頻器，一臺額定功率30kW，用于控制設備冷凍水循環(huán)泵，另一臺額定功率37kW，用于控制空調(diào)冷凍水循環(huán)泵。MicroMaster430系列變頻器是風機類和水泵類的專用變頻器，它擁有內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，可以提高供水壓力的控制精度，改善系統(tǒng)的動態(tài)響應。軟起動器選用SIRIUS 3RW40系列一臺，額定功率75kW，用于軟起動井水泵。選用Transmit（全仕）G-2508系列PID雙路溫差控制

7、器，用于設定溫差，并將PID處理后的420mA模擬信號送至變頻器；同時選用壓力變送器一個，用于檢測設備冷凍水的管網(wǎng)壓力，并將壓力信號反饋給變頻器；選用溫度變送器兩個，用于檢測蒸發(fā)器兩端的溫度，并將溫度信號送至PID溫差控制器2,3。S7-200PLC通過讀取或改寫變頻器的狀態(tài)，控制軟起動器的運行，從而達到控制和監(jiān)視設備運行狀態(tài)的目的。系統(tǒng)采用總線式拓撲結(jié)構(gòu)，兩臺變頻器通過總線接插件接入總線，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，本文重點分析設備冷凍水恒壓供水控制系統(tǒng)。圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2 設備冷凍水恒壓供水控制設備冷凍水循環(huán)系統(tǒng)是一個密閉的系統(tǒng)，由1#，2#循環(huán)泵供水（見圖2，中央空調(diào)控制系統(tǒng)的主電路），供水

8、壓力要求在4.0±0.5Mbar。正常情況下，一臺循環(huán)泵工頻全速運轉(zhuǎn)時，出水壓力可達7.5Mbar，具有很大的裕量，為避免電能的浪費，將設備冷凍水循環(huán)系統(tǒng)設計為恒壓供水系統(tǒng)。設備冷凍水循環(huán)控制系統(tǒng)有手動/自動兩種工作方式。在手動方式下，工作人員可以根據(jù)實際情況現(xiàn)場決定起/停水泵的變頻運行，自動方式控制過程如下：將控制面板上設備冷凍水泵的手動/自動開關(guān)，打到“自動”檔，由井水泵的運行給出PLC設備冷凍水泵的起動信號，PLC控制KM11吸合，并與變頻器通信，由變頻器1F起動1#循環(huán)泵。壓力變送器檢測設備冷凍水管網(wǎng)壓力，轉(zhuǎn)化為420mA的模擬信號反饋至變頻器1F，變頻器1F通過內(nèi)置的PID

9、，將檢測壓力與壓力給定值進行比較優(yōu)化計算，輸出運行頻率調(diào)節(jié)1#循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速。當壓力變送器檢測到的管網(wǎng)壓力低于給定壓力時，變頻器輸出頻率上升，增加1#泵的轉(zhuǎn)速，提高管網(wǎng)壓力；反之，則頻率下降，降低1#水泵的轉(zhuǎn)速。為避免在水泵切換時，管網(wǎng)壓力變化過大，應采取必要的起/停時間協(xié)調(diào)措施，以盡量保證水壓的穩(wěn)定，并在切換過程中，對壓力檢測信號進行一定延時的“屏蔽”，防止變頻器在較高的壓力信號下不起動。切換過程為：當設定的循環(huán)周期已到時，屏蔽壓力檢測信號。將正在運行的水泵的頻率升至50Hz后切換為工頻運行，之后將備用泵變頻起動（備用泵與運行泵不固定），在頻率升至30Hz時，切除工頻泵，并取消對壓力信號的屏蔽

10、，恢復正常運行，如此循環(huán)。在水泵切換時，為了防止KM11與KM12、KM21與KM22、KM11與KM22 誤動作同時吸合發(fā)生故障，須將它們電氣互鎖和程序互鎖。當工作泵發(fā)生故障時，則立即停止工作泵，將備用泵投入變頻運行，并輸出聲光報警，提示工作人員及時檢修，當變頻器發(fā)生故障時則停止水泵運行立即輸出報警。 圖2 控制系統(tǒng)主電路圖3 變頻器參數(shù)設置與系統(tǒng)程序設計3.1 變頻器參數(shù)設置本系統(tǒng)中，S7-200PLC具有總線訪問權(quán)，可以讀取或改寫變頻器的狀態(tài)，兩臺變頻器采用總線接插件連入總線；PROFIBUS-DP通訊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以是PPO類型1或者是PPO類型3，其含義實際上就是發(fā)送的數(shù)據(jù)總是過程數(shù)據(jù)

11、(發(fā)送報文中的控制字(STW)、設定值(HSW)和接收報文的狀態(tài)字(ZSW)、實際值(HIW)。通訊報文的PZD區(qū)(過程數(shù)據(jù)區(qū))是為控制和監(jiān)測變頻器而設計的。在主站和從站中收到的PZD總是以最高的優(yōu)先級加以處理。處理PZD的優(yōu)先級高于處理PKW的優(yōu)先級，而且總是傳送接口上當前最新的有效數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和PPO的類型通常由主站確定。由用戶程序?qū)崿F(xiàn)USS協(xié)議與兩臺MM430變頻器通信，在硬件連接完畢后，需要對兩臺MM430變頻器的通信參數(shù)進行設置，如表1所示。3.2 系統(tǒng)程序設計中央空調(diào)控制系統(tǒng)程序采用模塊化的編寫方式，主要分為初始化程序、主程序、中斷通訊程序、恒壓供水控制程序、循環(huán)泵變頻調(diào)速控制

12、程序、井水泵軟起動控制程序等部分，模塊化的控制程序便于系統(tǒng)的調(diào)試與擴展4，下面為部分初始化程序與PLC通訊程序。表1 2臺MM430 變頻器的通信參數(shù)變頻器1F變頻器2F參數(shù)設置意義P0003=2P0003=2訪問級別為擴展級P700=5P700=5遠程控制P1000=5P1000=5允許發(fā)送主設定值P2010=6P2010=6波特率 =9600P2011=1P2011=2從站地址P2012=2P2012=2USS PZD長度P2013=127P2013=127USS PKW長度P2014=0P2014=0USS 停止傳輸時間1 初始化程序在初始化程序中完成CPU224輸入、輸出緩沖區(qū)的設置。

13、Network1LD SM0.0LDB= SMB224，2 /是否在數(shù)據(jù)交換狀態(tài)MOVD VB0，VD1000 / 輸出緩沖區(qū)從VB0開始偏移ITD SMW226，AC0+D AC0，VD1000 /得到起始輸出指針絕對地址Network2LD SM0.0LDB= SMB224，2MOVD VD1000，VD1004BTI SMB228，AC0ITD AC0，AC0+D AC0，VD1004 /得到起始輸入指針絕對地址Network4LD SM0.0MOVB 100，VB113MOVB VB113，SMB34 / 設置定時中斷0的時間間隔為100msATCH Comm_int，10 / 中斷服

14、務中完成PROFIBUS通信ENI2 通訊程序PRORIBUS-DP采用主一從方式工作，當系統(tǒng)運行時，主站按順序訪問每個從站，EM277（S7-200PLC的通訊接口模塊）通過DP主站組態(tài)，以接收從主站來的數(shù)據(jù)，并將輸入數(shù)據(jù)返給主站.在數(shù)據(jù)交換模式中，主站將輸出數(shù)據(jù)寫入到EM277模塊;同時，EM277模塊響應最新的輸入數(shù)據(jù)，向DP主站提供最新的數(shù)據(jù)，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕境绦蛟O置了一個主從站通訊的同步計數(shù)器#temp，從輸出緩存器中接受主站數(shù)據(jù)的通訊程序如下:Network2 LD SM0.0LDB= SMB224，2 BMB VD1000，commandCounter，VB1008M

15、OVB Ack_Counter，#temp / 比較同步計數(shù)器INCB #tempLDB < > #temp，commandCounter / 同步判斷INCW CounterCRETILDB= commandAddress，4 / 是從站的地址號嗎？LDB= commandBeginner，64 / 是命令幀開始字嗎？LDB= commandEnd，13 / 是命令幀結(jié)束字嗎？MOVW +0，Counter / 通訊不同步次數(shù)復位INCB Ack_ CounterMOVB commandCommand，Command /把命令幀中的命令字復制到全局變量，供程序使用MOVB com

16、mandParal，Motion_Paral4 結(jié)束語 PROFIBUS現(xiàn)場總線是一種數(shù)字通信網(wǎng)絡技術(shù)，采用這種總線技術(shù)設計的中央空調(diào)控制系統(tǒng)，可根據(jù)實際要求進行擴充，這種控制網(wǎng)絡改變了傳統(tǒng)的控制方式，使基本過程控制、報警和計算功能等完全分布到現(xiàn)場完成，提高了信號傳輸?shù)目煽啃裕泊蟠蠛喕讼到y(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時系統(tǒng)的自動化程度大大提高。經(jīng)過一年多的運行，數(shù)據(jù)顯示，本系統(tǒng)故障發(fā)生次數(shù)大幅下降，截流能量的損耗大幅度降低，具有顯著的節(jié)能效果，同時延長了水泵的壽命，提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，本系統(tǒng)具有較大的推廣價值。參考文獻1 劉美俊 西門子S7-300/400PLC應用技術(shù)與實例M 北京 電子工業(yè)出版社 2009年2 王錦松. 劉宇 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的集成技術(shù)J 工業(yè)自動化2007（3）：21 233 趙德安等 一類基于PLC和Profibus-DP總線的張力自適應控制系統(tǒng)J 信息與控制 2002 31（2）：1221