智能楼宇中基于PLC与温控器的恒温供水

付思瑶

摘 要：楼宇智能化是信息化的重要组成部分，恒温供水是智能楼宇的重要功能之一，PLC作为传统继电器控制装置的替代品已经广泛应用于智能控制的各个领域。本文的恒温供水系统既使用温控器实现了温度控制，又采用PLC实现了对温度数据的实时监测和报警等功能，对于温度控制系统的搭建具有一定的参考意义。

关键词：PLC 温控器 智能楼宇

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）06-0-01

引言

随着信息化和智能化的发展，人们对舒适而高效的智能楼宇需求越来越迫切，而恒温供水是体现楼宇智能化的重要功能之一。而当今的PLC控制技术已经由单纯的对数字量控制转向对模拟量的采集与控制，从工业控制现场走进了人们的生活。因此本文采用PLC和温控器搭建恒温控制系统，提高了控制系统的精度和应用灵活性。

一、系统构成

常见的恒温供水系统大多包括如下功能部分：电磁阀控制冷水进和热水出；搅拌电机保持水箱中水温均匀，以此来保证温度传感器测温准确；加热器用来加热水温。要求系统运转过程中保持水箱水温在设定范围，并可以实时观测水箱供水情况和温度情况。在本文系统中，还增加有辅助降温设备和报警器，当温度超过设定值时启动相应设备辅助降温，当超温过大时启动报警。

二、硬件选型

本文采用PLC与温控器作为主要控制模块，由PLC读取温度值并控制系统的进出水电磁阀、辅助降温设备、报警器等设备的动作，同时可根据需要连接变频器驱动搅拌电机工作，并通过联机触摸屏实现人机交互。温控器主要作用就是控制水箱水温。

根据需求可选择OMRON CP1H PLC，E5CZ温控器，NS系列触摸屏。由于需要采集温度模拟量数据，还应根据需求增加了CP1H的扩展温度传感单元。

三、温度控制器及其参数设置

温度控制器是温度控制系统中的控制核心单元，以使系统实现无人操作，广泛应用于工业炉，自动化工程等工业领域。

温度控制器部件所执行的操作通常有开关控制和PID控制两种方式。开关控制是控制系统中最基本的控制方式，但一般只适用于控制要求不高的场合。PID控制即比例、积分和微分控制，比例调节能控制没有振荡的平滑控制，积分调节能自动修正偏差，微分调节能对干扰进行快速响应。因此在控制要求较高的场合多PID控制。

1.温度控制器的参数设置

温控器的基本设置包括输入类型选择、单位选择、控制方式设置、动作方式设置、控制周期设置、正/逆动作设置、设定点设置7种。其中输入类型根据传感器类型设置，设定点设置為需要恒温控制的温度值。温控器控制方式，有开关控制和PID控制，为了提高控制精度可采用PID控制方式。

动作方式包括标准控制和加热/冷却控制，标准控制可以选择正动作和逆动作两种，正动作指操作量随当前值增大而增大的控制，一般用在冷却控制；逆动作指操作量随当前值增大而减小的控制，一般用在加温控制。加热/冷却控制只作一个方向的动作，必须给加热和冷却都分配独立的输出。

控制周期即输出周期，较短的周期可以提供更好的控制性能，但考虑到继电器输出时的使用寿命，建议将控制周期设为20秒以上。

2.PID设置

选择PID控制时，可以通过自动调节（AT）、自整定（ST）或设置PID参数三种方式进行PID调节，可根据系统应用的具体效果进行选择设置。

四、PLC控制部分设计

本系统中PLC需要完成包括进水控制、出水控制、温度采集、搅拌驱动四个部分。其中进水和出水控制只需根据温度和限位开关进行电磁阀的开关控制，搅拌驱动可根据需求设置变频器频率然后进行搅拌控制，因此在这里主要介绍温度采集部分。

1.硬件设计

欧姆龙PLC系统配置了温度传感器单元模块，其中CPM1A-TS002/TS105可连接4点热电偶或测温电阻体，CPM1A-TS001/TS101可连接2点。其中TS001和TS002传感器类型为热电偶，TS101和TS102传感器类型为测温电阻体，可根据实际系统需求选择相应的温度传感单元模块。

温度传感器单元与CPM1A的其他扩展单元一样，可以直接连接在PLC上，并按单元连接顺序分配通道编号，占有CPU单元或前段单元输入通道的下一个输入通道。输入2点型TS001/TS101占2个通道，输入4点型TS002/TS102占4个通道，不占输出通道。

2.程序设计

2.1 电源ON时的处理

从电源ON开始，到最初的转换数据保存到输入通道为止，要花费约1S。在此期间，数据为7FFE Hex。因此，在与电源ON同时开始运行时，需编制等待转换数据有效的程序。

2.2 异常处理

CPM1A系列扩展单元的异常输出到A436CH（位0～6），从靠近CPU单元开始从A436.00按顺序分配。CPM1A-TS102每1单元占有2位。此外，当异常发生时，温度输入数据为7FFF Hex（与断线检测相同）可通过温度数据是否为7FFF Hex进行异常的判断。

2.3 温度数据的转化

温度传感器单元中，温度数据以4位16进制数据输出到分配的输入通道中。被转换的数据为负数时以其补数来表示，在具有小数点后1位的量程代码输入类别中，将其10被的值作为二进制的数据，例如，当温度为500.0℃时温度数据为1388，当温度为-20.0℃时温度数据为FF38。输入温度超出可转换的范围外某一固定值以上时，即判断为输入断线，断线检测功能开始工作，温度数据变为7FFF，输入温度返回到可转换的温度范围时，断线检测功能自动解除，返回为通常的转换数据。

2.4 报警设计

本系统中，要求当温度大于一定值时启动辅助降温设备，大于报警值时产生报警提示，可以将采集出来的温度数据与设定数据进行比较，然后驱动辅助降温设备和报警装置工作。本部分报警功能也可由温控器进行控制，为防止温控器运行异常时不容易被观测，因此采用PLC进行处理，并将实时状态在触摸屏上显示出来，方便了现场操作人员根据具体情况采取相应的处理措施。

结束语

综上所述，采用PLC和温控器可以完成常见温度控制系统的搭建，在实现温控的同时，还可实现温度的采集与报警等功能，并可联机实现控制过程可视化。推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技装置，对于提高控制精度和智能楼宇的工作效率都具有重大意义。