MODBUS总线PLC冷库自动化控制系统

毕海婷， 任大伟

（1.烟台职业学院电气工程系，山东烟台 264670；2.烟台冰轮股份有限公司，山东烟台 264000）

MODBUS总线PLC冷库自动化控制系统

毕海婷1， 任大伟2

（1.烟台职业学院电气工程系，山东烟台 264670；2.烟台冰轮股份有限公司，山东烟台 264000）

基于PLC技术研究了冷库自动化控制系统，包括硬件组成、软件结构以及MODBUS总线结构。该冷库现已调试完毕投入使用。

无人值守；自动化；PLC；组态软件

0 引 言

随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，消费观念在不断进步，人们的食品结构和需求也在不断产生新的变化，绿色、保鲜食品已成为满足现代人生活的必需品。在符合食品的安全、经济、便捷等需求趋使下，国内低温食品消费量已日益增加。

我国地域辽阔，要确保食品在加工、储存、输送及销售等流通过程中保持品质，就需要有完善的低温冷冻冷藏设施与物流装备和快速运作的物流体系。近年来，自动冷库在我国发展很快，但处于起步状态。

1 项目简介

本工程原立项为国家批准的10 000t规模，分两期实施。一期工程包括5 000t低温冷藏库和40t冻结间，二期为5 000t低温冷藏库。本项目由国内贸易部设计研究院设计，由烟台冰轮股份有限公司进行二次优化设计并进行全自动调试。

2 自动化系统介绍

制冷设备的自动化不但可以实现节能，而且也会大大降低用户的运营成本。一是实现无人值守，可以降低劳动成本；二是利用计算机控制中心可对冷库的运行状态进行快速响应，克服了操作人员的滞后性，进而提高产品品质、制冷效率，从而增加冷库方的经济效益；三是系统稳定性增强，维护费用降低。

本工程制冷控制系统拟采用集散式计算机控制系统（DCS）的方案（采用分布式控制的策略，分散控制，集中管理）［1］，通过制冷机房控制室的监控计算机实现制冷系统的集中监控管理。基于PLC的Modbus控制系统是一种可靠灵活的监控方式，其协议简单规范，功能齐全，易于编程实现；通过Modus通讯协议，使不同厂商生产的控制设备可以连接成工业网络［2］。现代自动化冷库技术要求利用计算机技术及各种检测和控制元件，按照制冷工艺的要求，组成一个完善的控制系统［2］。计算机通过操作人员设定的各种参数进行判断，使制冷系统按照预置的程序执行，并能实现自我保护。即通过计算机人机界面可以实现对本系统中所有设备进行实时监控，监测冷风机的运行、停止与故障状态，实现对温度、压力、液位等数据的集中数据管理、历史数据存储、计算机远动控制等中央管理调节功能。

3 监控系统功能

数据采集和处理：定时采集全站生产过程输入、输出信号（包括开关量、模拟量、脉冲量）经滤波，检出事故、故障、状态信号和模拟信号参数变化，实时地更新数据库，为监控系统提供运行状态的数据。

3.1 监控整个制冷系统的运行状态

监控整个制冷系统的运行状态包含各动力设备（水泵、风机、氨泵、蒸发式冷凝器等）的运行状态，也可对其进行手动开停控制（通过鼠标操作实现、通过丰富的画面功能（包括系统流程图、设备图形、设备名称等），使设备直观明了，操作简单易行）；各容器的液位显示（贮氨器、循环桶、中间冷却器），可实现高低液位报警；发生故障时系统发出声光报警，通知操作人员及时进行处理。

监控画面如图1所示。

图1 自动控制系统监控画面

3.2 监测螺杆压缩机的运行工况

监测螺杆压缩机的运行工况包含吸气压力、排气压力、油压、油温、主机电流、主机及油泵的运行状态、机组故障状态，根据运行参数的监测，操作人员进行相应手动操作，发生故障时系统发出声光报警，通知操作人员及时进行处理。要实现以上功能，需要在压缩机组上增加压力传感器等检测元件。

压缩机监控画面如图2所示。

图2 4＃压缩机监控画面

3.3 温度传感器

每个冷藏间设有温度传感器，采用两支德国JNMO的传感器［3］采集库内温度送至系统PLC，系统PLC进行取平均值运算，利用实际温度和设定温度值的上下限控制冷风机、压缩机、低压循环桶的开停，使本冷藏间的温度保持在设定范围，并将温度值和风机的开停状态传至主控PLC进行数据记录。

冷藏间监控画面如图3所示。

图3 冷藏间监控画面

3.4 历史数据及曲线功能

电脑可自动保存数据一年以上，用户可随时调取保存数据，采用表格形式、曲线形式进行查询打印，也有利于操作维护人员排除故障和维护保养。历史数据查询表格形式和曲线形式分别如图4和图5所示。

图4 历史数据查询表格形式

图5 历史数据查询曲线形式

3.5 事件或异常报警

系统发生事件或运行设备异常进行报警，提示操作人员立即检修。报警画面如图6所示。

4 电脑监测系统硬件配置

上位机由工业控制计算机（台湾研华产品）、21寸显示器、打印机、UPS电源、网卡、以太网通讯模块等设备及监控软件组成。计算机监控软件设计基于Windows环境，充分利用Windows良好的人机界面环境，开发系统软件。上位机内所有数据库内的数据均可以通过以太网与公司信息网并网，实现数据共享。

图6 系统实时和历史报警窗口

下位机采用可编程控制器PLC作为控制核心。主要功能：接收各个动力设备的运行、故障状态、手指令开停允许状态；对所有设备进行手指令程序开停控制。PLC安装在动力控制柜处，采集的数据通过高速的总线通讯方式与上位机进行交流。

5 结 语

通过Modus总线式通讯协议［3－4］分别将一、二期压缩机、低压循环桶、冷间温度、风机运行状态联系到一起，使整个监控系统更加集中、全面。无论何种情况可以通过控制室的主控计算机监视各设备的运行状态及检测元件的实时数据。自动运行时，控制系统可以根据预置的程序和操作人员设定的参数自动开停各设备，并根据实际的负

荷来控制压缩机及其它辅助设备的开停及开启台数，达到无人值守和系统节能的目的。

［1］李汉军，彭楚武.基于现场总线的集散式计算机控制系统（FDCS）研究［J］.湖南工程学院学报：自然科学版，2004（3）：23-25.

［2］邱公伟.可编程控制器网络通信及应用［M］.北京：清华大学出版社，2000：78-79.

［3］梅锐，牟永敏.基于Modbus协议的自动化设备之间通信实现［J］.北京机械工业学院学报，2006（1）：43-46.

［4］尹冬梅.基于MODBUS总线的嵌入式工业测控系统的研究［D］：［硕士学位论文］.广州：广东工业大学，2007.

MODBUS bus based PLC cold storage automatic control system

BI Hai-ting1， REN Da-wei2

（1.Department of Electronics Engineering，Yantai Vocational College City，Yantai 264670，China；2.Yantai Moon Co.，Ltd.，Yantai 264000，China）

Based on PLC technology，a cold storage system is studied including the hardware，software and the MODBUS configuration.The debug of the cold storage control system is finished and now put into application.

unattended；automated；PLC；configuration.

TP 273.5

A

1674-1374（2014）01-0101-05

2013-10-20

毕海婷（1980－），女，汉族，山东淄博人，烟台职业学院助教，主要从事电气、PLC等自动化控制方向研究，E-mail：ytvcbht＠163.com.