船舶中央空调的组态与PLC监控系统设计

周名侦，叶翠安，卢晓春，张少明

（广东交通职业技术学院，广州 510800）

0 引言

为了满足中华人民共和国海事局《海船船员适任考试与评估大纲》船员评估训练及船舶无人机舱AUT0-1规范的要求，结合钢质海船入级与建造规范对船舶中央空调的温度、湿度、清新程度及气流速度的要求。对原有船舶中央控制系统，运用计算机人机界面、PLC、变频器、智能仪表和力控Forcecontrol6.0等软硬件技术，改造成既可在机舱集控室控制又可以设备现场操作的中央空调控制系统。使工作人员坐在集中控制室就能实时的了解该系统的实时运行工况，如果发生故障能立即的发送报警信号，并记录下来，实现了不到现场都能实行监视、控制、管理三者合一的功能。

1 中央空调监控系统的组成

1.1 监控系统控制方案

中央空调监控系统由上位机和下位机组成。上位机利用计算机Window server 2000与组态软件力控Force control6.0，其目标是对该系统进行管理监视与控制，如数据采集、存贮、运算、过程监控、远程控制，并根据现场状况，做出故障报警、存贮历史数据与提供数据查询，并生成各类报表和自动打印等。下位机是系统的核心部分，能脱离上位机独立运行。由三菱FX2n-60MR、FX0n-3A模拟量模块、RS485、变频器；智能仪表；DCS等组成。通过编程实现中央空调系统从启/停、手动/自动及温度、流量、压力等各工作阶段的负荷控制。同时对该系统的运行进行安全保护，如压缩机工作压力不正常、流量过小、超压保护等。同时为了满足学生实操、培训等要求，在控制柜侧边用按钮开关增设了故障，以便训练学生能力。系统图如图1所示。

图1 中央空调监控系统拓朴图

1.2 监控系统的基本功能

1.2.1 上位机（Window2000;Force control6.0）能实现功能

1）查看中央空调运行时的实时数据及流程画面；

2）自动打印各种实时/历史生产报表；

3）及时得到并处理种种过程报警和系统报警；

4）在需要时，操作（管理）人员可以干预生产

过程，修改工作参数和状态（温度、PID值）；

1.2.2 下位机（PLC；变频器；智能仪表；DCS；RS485等）能实现的能

1）急停；自动/用动转换；

2）遇到火灾时能自动关闭空调冷库系统；

3）压缩机工作压力不正常时立即停止运行；

4）自动检测、监测各种器件工况、参数与标准数值是否符合，以确保整个系统的使用安全，如出现故障将做出相应的处理，并报警；

5）自动累计压缩机、各种水泵、冷却塔等器件的运行时间；

6）通过冷媒水的总供、出、回的温差和回水流量，计算中央空调系统的冷负荷；

7）根据温差，作为变频器闭环控制的输入信号，自动控制水泵的转速，改变制冷量，以适应不同的工况，同时可设定PI值，以达到最佳的节能效果；

8）通过计算机得到各机组的用电量，并生成报表。

2 系统硬件设计

2.1 设备的选型

利用三菱FX2N-48MR-PLC、台达VDF-M变频器、FX0N-3A模拟量模块、RS485通信模块、数据采集器、电磁阀、液位开关、接触器以及各种流量、温度、湿度传感器等器件的有机结合，组成船舶中央空调的闭环控制系统，通过PID调节变频器，从而控制冷媒泵的流量达到温度调节和节能。

2.2 电气原理图

船舶中央空调电气控制主电路图如图2所示。QF2、QF3、QF4、QF5、QF6分别是压缩机、冷媒水泵、冷却水泵、冷却塔、计算机和控制电源的空气开关，起短路漏电保护。KM3、KM4、VDF-M、KM5、KM6分别控制以上电机运行，FR1、FR2、FR3为压缩机、冷却水泵、冷却塔电机过载保护用的热继电器。

3 系统软件设计

3.1 编程方案

该控制系统要达到二地控制，也就是既可在机舱集控室控制又可以中央空调设备现场操作，同时二者又能独立运行。当上位机组态软件力控Force control6.0没有开机或失效时，由PLC进行独立控制，实现全自动与手动控制。由于上位机不能对PLC的输入点进行改写，因此在编程时可通过PLC的辅助继电器M和数据D与之相对应编址来实现从上位机控制PLC的输入情况。

3.2 组态监控界面开发

组态监控界面是利用组态软件ForceControl6.0设计的, 如图3所示。它主要包含数据库创建、各种监控图形界面制作、编制动作脚本程序三部分。

1）实时数据库DS是整个应用系统的核心。它通过定义I/O设备，数据连接，负责整个应用系统的实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警信息处理、数据服务请求处理，并完成与过程数据采集的双向数据通信。

2）监控图形界面制作。依据软件本身提供的

或新创建的子图并根据系统器件和控制流程绘制出方便监视、控制、管理、显示、修改等用户友好丰富的画面。

3）动作脚本程序。脚本程序是保证解决系统在运行中对变量、函数的操作，从而完成现场数据的处理和控制，并进得图形化监控。

3.3 程序梯形图

当上位机没有开机或失效时，此时由PLC进行独立控制，实现全自动与手动控制。由于篇幅有限，下面只重点介绍RS485控制程序如图4、模拟量处理监控程序如图5。

4 结束语

图5 模拟量处理监控程序

1）投入运行后，经调试，在上位机和下位机都能运行稳定，实时数据库能实时的反映当前系统运行参数，并自动的记录运行情况。

2）经连续运行测试多次表明，系统性能稳定，设备故障报警正确率达100%，除设备本身因陈旧导致温度过高需停机外，自动控制系统运转正常。

3）该系统的节能措施主要是控制冷却水泵，空调冷却水的循环是以淡水作为冷媒，以海水出口温度作为变频器输入信号改变海水流量，实现变频调速节能。

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