基于西门子PLC的纺织厂温湿度监控系统设计

摘要:文章介绍了基于西门子PLC的纺织厂温湿度监控系统的设计,包括整个系统的组成、硬件配置和软件部分的设计。由于采用工控组态软件和可编程控制器PLC作为控制核心,该系统有效地解决了纺织厂温湿度的自动监测与控制问题,较好地满足了纺织工艺对温湿度的要求,实践证明系统运行稳定、可靠。

关键词:西门子PLC;温湿度;监控系统;触摸屏

中图分类号:TQ925文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)20-0044-02

纺织工艺对温湿度有严格要求,纺织厂空调系统的可靠性和安全性直接影响正常生产和经济效益。目前纺织厂大部分空调系统控制方式落后、操作不方便。而且,空调系统能耗大、机器受损严重、运行成本较高。因此,设计一个操作方便、功能完善、工作可靠的温湿度监控系统,对提高设备的工作效率、降低能耗、延长使用寿命有着重要的现实意义。

一、监控系统组成

纺织厂共四个车间,分别为清花车间、前纺车间、细纱车间、络筒车间。每一个车间有1个温度传感器、1个湿度传感器,1套空压机组和1套送回风机。

系统由上位机、控制器、触摸屏、低压控制柜及温湿度传感器组成。传感器均匀分布→采集温、湿度数据(24～48个感应器)→输入控制系统处理(与设定的温、湿度范围值比较)→发出调控指令,驱动变频电机→实现大功率风机(水泵)变速→改变车间送、排风(水)量→实现温、湿度值的调控,并且

可完成数据采集、处理、显示、报警、打印及监控等功能,达到提高系统的可靠性,节约劳动力的目的。如图1所示:

二、系统硬件配置

(一)触摸屏配置

为方便操作员实时、灵活、准确、安全地控制,系统在控制柜上设置了1台西门子TP170B触摸屏作为现场操作面板,通过DP接口和S7-315相连。不同级别的操作员被授予不同的操作密码,根据各自的权益进行监控系统的启停、时间和参数的设定。该触摸屏灵活实现控制命令的输入及状态的监视,直观显示了空压机组的运行状况,操作方便快捷,避免了定时巡检记录的烦琐工作,且在安装时不占用空间,大大提高了工作效率和管理水平。

(二)PLC硬件设计

PLC硬件配置。系统选用西门子公司的S7-300 PLC实现集中监控。根据系统控制要求并考虑留有一定的裕量,PLC由电源模块PS307、CPU模块CPU315—2DP、I/O模块(2块模拟量输入SM331、1块数字量输入SM321、2块数字量输出SM322)组成,具体硬件配置如下:

1.电源模块PS307:输入电压为220VAC,输出电压为24VDC,输出电流为5A,向其他PLC模块供电。

2.CPU模块CPU315-2DP:系统中信息的运算和处理的核心,内有48KB随机存储器和80KB装载存储器,最大可扩展1024点数字量或128个模拟量通道。它有一个MPI通讯口和一个DP通讯口,MPI口用于连接触摸屏,DP口用作调试程序时监视PLC程序的运行以及下载程序;并留作将来系统扩展时使用。

3.I/O模块及地址分配:PLC系统的输入信号包括变频器故障信号、各个车间的温度及湿度信号、自动控制启动开关信号、手动启动开关信号、电机故障信号等,输出包括控制变频器的启停和工作频率、自动控制启动开关指示灯、手动启动开关指示灯、温度异常报警输出。共五个模块,2个模拟量输入模块,1个24V数字量输入模块,2个24V数字量输出模块,不需要模拟量输出模块。(1)数字量输入模块SM321(共10点):配置1块型号为DI16×24VDC的SM321模块,采集变频器故障信号(每个车间1点,共采集四个车间),地址分别为:I0.2、I0.4、I0.6、I1.0;启动开关信号1点,地址为I0.0;手动启动开关信号(1点),地址为I0.1;电机故障信号4点,地址分别为I1.3、I1.5、I0.7、I1.1。(2)模拟量输入模块SM331(共8点):配置2块型号为AI8×24VDC的SM331模块,采集各个车间的温度及湿度信号(各4点),温度信号地址分别:IW272、IW276、IW280、IW284,湿度信号地址分别为:IW2724、IW278、IW282、IW286。(3)数字量输出模块SM322(共11点):配置2块型号为DO16×24VDC/0.5A REL的SM322模块,输出PLC的控制信号有:控制电机的启停4点,地址分别为:Q0.2、Q0.4、Q0.6、Q0.8;工作频率4点,地址分别为:Q0.3、Q0.5、Q0.7、Q0.9;自动控制启动开关指示灯1点,地址为Q0.0;手动启动开关指示灯1点,地址为Q0.1;温度异常报警输出1点,地址为Q1.0。

4.通信模块:CP342-5:CP342-5DP是串行通讯处理器模块,硬件接口可采用RS-422/485方式,符合EN51070标准,并且支持用户加载协议。CP343-1:CP343-1是用于连接工业以太网的通讯处理器模块,将PLC系统接入以太网,负责PLC和上位机之间的通讯。

(三)上位机配置

上位机选用研华工控机作为远程监控站,内置专用的通信网卡CP5611,通过MPI口与PLC相连。通过网络在线监视风机、水泵和空压机的运行状况,查看压力、温度、运行时间、电机电压、电机电流、输出功率等实时数据,记录并存储历史数据,提供数据的查询和打印功能。当现场设备有动作或者出现故障时能够弹出提示消息并记录存储下来;在远程控制允许的情况下,值班人员还可以远程控制空调设备,方便调度,提高了管理自动化水平。

作为操作站,工控机装有西门子的编程软件STEP7 V5.1和MCGS监控软件。利用STEP7 V5.1编程软件首先对系统进行相应网络配置;然后通过MPI端口对主站S7-300进行硬件组态。上位机选用MCGS软件进行各种画面的组态和监控系统的有关参量,实现数据浏览、参数设定、手/自动操作、故障报警、历史数据记录等操作。

(四)通讯系统的构成

S7-315-2DP PLC处理器提供的通信功能包括MPI、DP;一方面主站将控制数据(如电机速度设定、传感器温湿度、压力设定、接触器吸合及断开等)发送到传动装置;另一方面传动装置的数据(如电机转速、传感器温湿度、压力、接触器触点的通断等)通过通信传送到主站PLC指定的寄存器地址。

PLC和各车间变频器、电磁阀控制器之间的通讯采用RS-485接口标准作为物理通信标准;西门子TP170B触摸屏则通过SIEMENS PC-Adapter(RS485/232适配器)连接到MPI接口。该系统中人机界面的MPI地址为“1”;CPU的MPI地址为“2”,将波特率设置为187.5kbps进行简单的组态操作即可实现通讯。

三、系统软件设计

(一)上位监控软件

上位机监控软件采用昆仑通态的组态软件MCGS组态而成,该软件分为组态环境和运行环境两部分,组态环境具有丰富的图形库和绘图工具,可实现动态显示、报警、趋势、控制策略、控制网络通信等功能,并提供一个友好的用户界面,使用户根据实际生产需要生成相应的应用软件。

监控软件设计了管理员登录功能、授权密码管理功能、系统监控界面、实时报警功能和系统管理功能直观。

系统运行参数的设定也可以通过远程通信实现,从而降低操作故障,减少劳动力的投入。

(二)现场操作面板

现场操作面板监控软件采用ProTool V5.2中文组态版设计而成。操作员面板是通过自身所带的MPI/DP接口与PLC交换数据。监控软件设计了“口令管理”、“系统监控”、“单机监控”、“系统设定”等画面,另外还设计实时故障报警等功能。

(三)PLC软件程序设计

系统的主要功能是温湿度监测及控制,温湿度的监测每隔一定时间要进行数据记录,存储到数据寄存器区,在数据寄器区需要设置一个数据指针,指向当前存储的地址,每存一次,指针向下移动一次, 直至数据寄存器区未尾,再初始化,从头开始,每测一次,计时器要记录下次的测试时间,当到达29点时复位为0点。数据监测部分的程序框图如图2所示:

四、模拟量的处理

系统对于模拟量的处理较方便,但是各输入输出信号之间应有较好的隔离方法,如模拟输入模块信号可用光电隔离,输出信号通过中间继电器隔离,再控制强电设备,可防止各输入输出信号之间的相互干扰,同时也可防止对前端设备的信号干扰。

五、结语

该系统由于采用工控组态软件和可编程控制器PLC作为控制核心,具有可靠性高、运行稳定,人机界面好,操作和维修简单,抗干扰性能强等特点,各项性能指标均达到了预期要求,保障了纺织厂的温湿度调节。系统远程监控的实现,提高了工作效率,节约了电能、降低了人工劳动强度和开销,有利于设备的运行和管理。

参考文献

[1]夏德海.现场总线技术[M].北京:中国电力出版社,2003.

[2]韩兵,于飞.现场总线控制系统应用实例[M].北京:化学工业出版社,2006.

[3]潘永平,王钦若,张慧.大型冷库网络控制系统设计[J].微计算机信息,2006,11(1).

[4]李建平,王晓冲,谢敬华.基于PROFIBUS-DP总线的智能铝箔退火炉温度控制系统[J].仪表技术与传感器,2007,(5).

[5]李界家,马斌,叶选,等.参数自调整模糊控制器在空调控制系统中的应用[J].仪表技术与传感器,2005,(10).

作者简介:高玉萍(1966-),女,河南濮阳人,新疆阿克苏职业技术学院讲师,研究方向:机电一体化技术、控制工程应用。