浅谈冷库、冷链制冷控制系统数据总线及网络技术应用

康同滨

[摘    要]随着社会技术的不断进步，人民生活水平逐步提高，冷库、冷链行业发展迅速，各种生鲜、新鲜水果等的贸易量越来越多，这也给制冷技术带来了更多的考验，提出了更高的品质控制要求。文章基于冷库、冷链概念和内涵，结合最新的自动化控制技術，分析总线控制技术+互联网模式在冷库、冷链制冷行业的应用及发展前景。

[关键词]冷库;冷链;现场总线控制技术、互联网

[中图分类号]TB657.1 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）01–00–02

Application of Data Bus and Network Technology in Cold Storage and

Cold Chain Refrigeration Control System

Kang Tong-bin

[Abstract]With the continuous progress of social technology and the gradual improvement of people's living standards， in recent decades， the cold storage and cold chain industries have developed rapidly. At the same time， the global trade has developed rapidly， and the trade volume of various fresh and fresh fruits is increasing， which also brings more tests to the refrigeration technology and puts forward higher quality control requirements. Among them， the rapid development of Internet， digital and big data technology has provided strong technological assistance for the vigorous development of various fields in China， and also ushered in new development opportunities for the refrigeration industry. Based on the concept and connotation of cold storage and cold chain， combined with the latest automation control technology， this paper analyzes the application and development prospect of bus control technology + Internet mode in cold storage and cold chain refrigeration industry.

[Keywords]cold storage; cold chain; fieldbus control technology， Internet

1 应用背景及意义

制冷设备为现代社会人们的正常饮食健康，提供了重要的科技保障。我国冷链物流发展时机已经成熟，冷链物流不仅能够满足人们对新鲜食品的需求，还能够使食物在运输途中尽量减少损失和浪费，保证营运效益。虽然说冷链物流拥有众多的优势，但是仍存在一些问题，比如说公众认知度低、制冷系统及设备先进程度层次不一等等，在提供生活品质保障的同时，存在不同程度的能耗浪费、环境破坏等。随着社会的进步、贸易的发展，制冷系统的发展也必须符合新时代愈加严格的相关法规要求。

一些效果较好的制冷剂在《蒙特利尔公约》后不再被使用，如R11、R12、R15，R502这些制冷剂，虽然效果好但会给大气层造成不可挽回的伤害，R22、R123等制冷剂作为过渡性的替代产品，在不久的将来也被限定和淘汰。

氨气和二氧化碳是未来的发展趋势，由于安全性的原因，国内对氨得的使用有了一定的局限性，所以新建纯氨的大制冷系统越来越少，近些年来被氨/二氧化碳复叠式和二氧化碳载冷的制冷系统取代，甚至跨临界二氧化碳制冷系统也有了不少应用，也必将成为近阶段的发展方向。随着装备制造技术和施工技术提高，更经济环保的制冷系统将得到应用。

在现代科学技术发展的过程中，取得成果最多、发展最快的是工业自动化技术和计算机技术。随着供应链智慧物流时代来临，作为其基本的储存单元冷库、冷链，也需紧跟时代步伐，适应社会整体发展需求。原有一些制冷系统设备控制已不能满足社会发展的步伐，普遍存在运行维护成本高、管理不精细、能耗偏大问题。随着工业制造技术的展，越来越多的设备向着自动化、集成化、模块化、智能化的方向发展。许多高新技术的工业化应用，一些控制、执行和测量、智能器件的可靠度、精密度等品质有了大幅提升，使得整个制冷系统的控制可靠性、稳定性、智能性有了质提升，已经转变为全自动化智慧控制。

2 制冷控制技术的发展阶段

随着制冷设备的发展，我国的制冷领域控制大体分为3个阶段。

2.1 系统设备局部手动控制阶段

制冷压缩机组，手动启动和关闭;能量调节需手动调节阀门;循环泵、风机手动开启关闭、供液阀手动打开，设备参数到通过设备上的机械仪表观看，系统运行状况全凭人为在设备现场判断，智能化和节能控制根本无从谈起。

2.2 系统设备半自动控制阶段

制冷压缩机组采用厂家自己开发的单片机（或成品PLC）进行控制，实现机组一键启停;通过模拟量采集显示数据参数;能级自动调节、电机、水泵软起动应用;蒸发器采用供液电磁阀替代手动开关阀门。在一定程度上降低了运行人员的压力，实现了局部自动控制，还是不能达到整个系统匹配、协调运行。

2.3 系统设备全自动运行控制

越來越成熟的工业控制计算机和PLC技术，使得整个制冷系统设备联合在了一起，使整个系统融为一体，设备之间按系统工艺逻辑协调动作，其中设备之间实现数据交换。多台、多组压缩机等大型设备也同时具有群控功能，实现设备智能化运行，使设备使用均衡，经济节能，达到合理的负荷运行匹配状态;变频器节等能装置应用;PID调节技术;EC风机的使用。利用上位机统一管理整个制冷系统，在节能和优化管理上更进一步。

如今计算机技术、通信技术和自动化控制技术的高度发展，有机结合在一起，产生了现场总线技术。对先前的传统工业自动化控制领域带来十分巨大的影响。使得整个制冷系统在可靠性、智能化、灵活操作性、互换性、系统集成成本上大大优于原来的任何控制手段。为加快生产资源优化配置。制冷自控系统性能的优化以及能耗的降低，都需要其他技术的支持，才能提高其制冷效率，最大程度的节约能源。另外，制冷自控系统性能的优化需要综合运用多种技术，比如，自动控制技术，计算机技术，网络通讯技术，传感技术等。而这些技术的应用需要建立很好的衔接，还要加强监管，落实监管体制，实现冷库制冷设备的自动化过程。在此过程中，尽量减少人为干涉，同时，对于节能设计来说，在设备管理过程中，要定期检查维修设备，通过对制冷自控平台优化生产控制策略，调整参数，促进自动化技术的更好应用，提高自动化设备的利用率，使其更好的服务于制冷系统，降低能源损耗。

现场总线技术借助互联网平台，随着云服务器技术的发展，现在云服务器成为了最具潜力占领互联网服务市场、最大份额的新兴IT部署模式。

3 行业现场总线技术应用分析

不论是DCS，还是其它集散式控制系统，没有达到真正意义上的分散控制。现场总线控制系统以其强大的数字通讯功能和从站设备高智能化特点，把许多现场控制单元功能都放到了从站。

比如，现今冷库制冷系统大都是根据工艺逻辑和实际运行要求，对冷库制冷设备进行分组，制冷机房为总站单独一组、现场冷库按不同房间或楼层分组，每组作为一个控制分站，冷风机、制冷阀组、温度测量、气体检测、融霜伴热部分、安全防护设备等的集中于一个从站进行控制。这样减轻了主控器的负担，提高了系统的可靠性，分散了风险。

也有在制冷机房采用一个总站（也就是一个自控系统使用一个CPU处理单元），冷库的其它分组采用分布式I/O进行控制，通过通讯总线与总站连接，实时优势明显。为了防止通讯总线故障造成的末端设备全部停止工作的事故，需要有可靠的通讯保障措施，一般采用单环网或双环网的结构。

以上自动控制系统结构均能达到系统控制目的，各有优缺点。其中都采用了现场总线技术。由于现场总线控制系统的组成是基于数字式通讯技术和智能化的现场设备，所以系统的智能化程度体现在每一个环节，现在具有这种功能的测量、执行机构的现场设备可选品种很多，且技术成熟，从系统的设计、安装、调试到日后的诊断维护，都会轻松自如。现场总线控制系统能为上层网络提供来自现场的各种实时数据和各设备的状态信息。使得管理层直接能够获得这些数据，实现管控一体化。

采用现场总线技术，现场设备器件信号、控制电缆都就近引至自动控制箱，不用长距离敷设远程的总站控制箱，从而节省了大量的安装材料成本（电缆、桥架、线管、支架等）。

由于通讯技术和智能设备的应用，节省了大量的分散的信号转换装置及相应配套器件。相应的工程量的减少和实际操作难度降低，自然降低了项目安装费用。智能化的现场设备能提供多种运行、报警信息，另外分析诊断工具使各种运行及报警信息直观明了，为运维人员提供详细的数据支持，大大缩短了维护时间，提高了运维的生产效率。使运维成本大幅降低。

4 目前制冷系统常用的总线技术对比

就目前制冷系统使用的涉及的现场总线技术进行分析一下。PROFIBUS作为传统的工业自动化控制用总线技术，在以往的制冷系统自动化控制一直被使用，通讯速率完全能满足实际应用的需要。而PROFINET为实时工业以太网技术，在工业自动化领域，包括制冷领域最近几年才开始使用。基于这2种总线的技术的参数据对比，从传输速率、传输数据量，PROFINET（最高网络通信速率在100 Mbit/s）远超PROFIBUS（最高网络通信速率在12 Mbit/s）。当今网络技术的发展，数主流以太网的数据传输速率在100 Mbit/s、1000 Mbit/s、甚至更高。

在通讯实时性上PROFINET优于PROFIBUS，尤其是现在要求实时数据监测，实时管理。随着中国制冷装备制造日新月异的发展，也在不断适应电子和网络技术的在智能化系统领域的控制要求。

5 搭乘互联网快车

2015年，国家提出要“制定‘互联网+行动计划”。“互联网+”就是“互联网+各个传统行业”，利用信息通信技术及互联网平台，将互联网与传统行业进行深度融合。互联网作为这个时代最具特征的新技术。网络的高度发展，大数据的应用，不仅能让制冷系统在将来现场设备具备全面地的“互联网+”品质管理、能源管理、运行管理，而且冷库+供应链智慧物流时代的到来能改变传统冷库物流的运作模式，推动了冷库物流行业的信息化，透明化（储存能力、管理水平、产品品质）合理的分配利用资源，实时掌握行业状态，为实现智慧冷库物流充分发挥了其价值。“互联网+”背景下的信息化，并不是单纯地建立网站、搭建平台、开发App那么简单，还可以利用互联网的优势为冷库物流的管理和监控、金融支付等提供信息共享平台，从传统的找流量向做链接、做数据和做共享和实现共享、智慧冷库物流转变，促进资源优化配置的同时，实现供应链的数字化，从而推动冷库物流产业的革新发展。

技术本身的价值非直观经济价值，带来的潜在经济价值往往容易被忽视或认识不到。这也是技术得不到重视的一个重要原因。大部分工程公司技术仍处于浅层次的技术水平，能够基本满足的工程建设需求，但有一定风险，容易出现设计缺陷。更深层次的技术能力，可减少风险，减少设计缺陷，减少投入人力物力，提升系统的合理性、稳定性，节省能耗，提升客户满意度。这些还需要研究和实践的探讨。

参考文献

[1] 路延年.浅析制冷行业的工业自动化控制[J].设备管理与维修，2018（14）：163-164.

[2] 苏云玲，李文伟，陈燕民，等.空调制冷系统的节能设计方法探讨[J].现代工业经济和信息化，2017，28（16）：122-123.

[3] 施向东，章华阳，张力峰，等.空调制冷系统节能设计研究[J].海峡两岸制冷空调学术技术交流会暨冰蓄冷技术研讨会论文专辑，2017，15（23）：107-108.

[4] 程何春.云计算与AI技术在数据中心供冷系统中的应用与实践[J].中国新通信，2020，22（8）：108.

[5] 袁晓东.云计算与AI技术在数据中心供冷系统中的应用与实践[J].电信技术，2019（9）：71-74.