基于PLC聯(lián)網(wǎng)技術對空調的控制研究

李舒帆

摘要：PLC即可編程控制器具有配置靈活、編程方便，且可靠性強的特點，被廣泛應用于現(xiàn)代控制系統(tǒng)當中，其中對空調系統(tǒng)的控制就是一個典型的代表。利用PLC聯(lián)網(wǎng)技術建成的空調控制系統(tǒng)具有可靠性強、功能強大、維修簡單等特點。本文跟蹤調查了佛山某企業(yè)車間的空間控制系統(tǒng)應用PLC聯(lián)網(wǎng)技術的建設，介紹了其空調控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡構成，包括1臺上位機、1臺主站PLC和5臺分站PLC，同時對其連接同式和通信方式進行了詳細的介紹。該空調系統(tǒng)的PLC采用的三菱的Q系列的PLC，其性能穩(wěn)定，功能強大，配備了智能化的I/O接口模板。最后得出結論，基于PLC聯(lián)網(wǎng)技術的空調控制系統(tǒng)具有很強的抗干擾能力和可靠性。

關鍵詞：PLC 聯(lián)網(wǎng)技術 空調系統(tǒng) 通信原理

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0004-01

PLC（可編程控制器）具有配置靈活、編程方便，且可靠性強的特點，因此在現(xiàn)代控制系統(tǒng)被廣泛應用，特別是在一些條件比較惡劣的工業(yè)生產環(huán)境中，更是發(fā)揮著得天獨厚的優(yōu)勢。隨著網(wǎng)絡通信的進一步發(fā)展，PLC強大的網(wǎng)絡功能必然為有效集中管理與監(jiān)控的數(shù)據(jù)提供支持。相比傳統(tǒng)繼電器來說，PLC具有維修簡單、使用可靠、功能強大等有點，它可以實現(xiàn)一些復雜邏輯功能，并實現(xiàn)有效的數(shù)字式控制。本文通過利用PLC聯(lián)網(wǎng)技術對佛山某生產車間的空間系統(tǒng)進行控制進行了研究，并分析了其中的通訊原理。

1 PLC及其聯(lián)網(wǎng)技術

隨著企業(yè)生產規(guī)模的擴大，伴隨著其控制的規(guī)模也逐漸增大，傳統(tǒng)的單臺控制設備已經不能滿足生產的需要，因此需要借助于PLC聯(lián)網(wǎng)技術來實現(xiàn)分散控制的功能，通過各PLC之間的互聯(lián)和通信，實現(xiàn)系統(tǒng)的全面協(xié)調控制。當中，PLC的基本性能之一就是通信能夠和遠程接入功能，只有這樣才能確保實現(xiàn)PLC的分散控制功能。為了更好地適應工業(yè)生產的需要，PLC生產企業(yè)都增強了PLC的網(wǎng)絡連接功能，確保其具有更強的拓展能力，相比傳統(tǒng)的PLC，當前PLC已經具備了三級甚至四級子網(wǎng)功能的多級分布式網(wǎng)絡了，同時搭配相關的工具軟件，使得PLC可以顯示動態(tài)畫面、工藝流程、趨勢圖的生成的多種功能的系統(tǒng)。

2 基于PLC聯(lián)網(wǎng)對空調系統(tǒng)的控制構成

為了保證生成環(huán)境的穩(wěn)定，滿足生產工藝的要求，就需要生產車間的溫度、適度等保持在一定的水平。此時，有必須建立大型的中央空調系統(tǒng)對生產車間的環(huán)境進行調節(jié)與控制，同時，對不同車間、不同工位進行測試與控制。這樣可以有效的減少獨立控制的人力與物理成本的浪費。本文對佛山某生產企業(yè)的空調控制系統(tǒng)進行了研究，通過PLC對不同分系統(tǒng)進行控制，利用PLC聯(lián)網(wǎng)技術對不同點的環(huán)境參數(shù)進行有效的管理與檢測。該生產企業(yè)有6個獨立的空調系統(tǒng)，由PLC控制分系統(tǒng)，再通過PLC進行聯(lián)網(wǎng)，形成一個環(huán)形網(wǎng)絡。該系統(tǒng)分別由1個主站PLC、1臺上位機和5個PLC子站點構成。其中主站采用三菱Q系列的PLC，包括Q02CPU、與上位機通信的QJ71C24升級模塊、網(wǎng)絡通信的QJ72BR15模板、I/O組合模塊QH42P，此外，還有電源模塊和A/D模塊等。此外，子站也均采用三菱Q系列的PLC，搭配Q01CPU、網(wǎng)絡通信的QJ72BR15模板、網(wǎng)絡通信的QJ72BR15模板、以及電源模塊、I/O組合模塊和A/D模塊?？照{系統(tǒng)中主站PLC負責與上位機之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，同時控制所控制的空調機組的溫度與濕度，采集各閥門位置信號的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與子站點的數(shù)據(jù)傳遞，包括接收與傳送。上位機的主要功能包括讀取主站PLC的數(shù)據(jù)，檢測與管理整個網(wǎng)絡的狀態(tài)量與模擬量。子站PLC的功能則是向接收來自主站PLC的數(shù)據(jù)以及向主站PLC提交數(shù)據(jù)，此外還需要負責所控制空調機組的數(shù)據(jù)采集和溫度及濕度的控制。

3 控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信原理

主站PLC和子站PLC之間采用屏蔽的裝絞線電纜進行連接，分為保護地（RG）和信號地（SG）。其中SDA、SDB連接后一個站的RDA、RDB，而RDA、RDB則連接上一個站的SDA、SDB。SDA與SDB的功能是向后一個站寫數(shù)據(jù)，而RDA與RDB的功能則是從上一個站讀取數(shù)據(jù)。由于整個系統(tǒng)是采用的環(huán)形閉合網(wǎng)絡，這樣就能確保每個子站PLC都能通過前后站點將數(shù)據(jù)傳到主站PLC。每個子站點在CPU中用擁有元件地址，占16位點，其中輸出占8位（Y0-Y7），輸入占8位（X0-X7）。每一次輸出或輸入數(shù)據(jù)都只能發(fā)送或接受1個字節(jié)。此外，每一個子站有2個站號，由主站統(tǒng)一對站號模板中的硬件進行管理。主站的CPU還有數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，110H-141H的緩沖區(qū)地址用于讀數(shù)據(jù)，而10H-41H的緩沖區(qū)地址用于寫數(shù)據(jù)，這些為主站和子站讀寫數(shù)據(jù)提供了便利。主站PLC從子站PLC讀數(shù)據(jù)時，主站對向子站傳遞讀的信號，而寫數(shù)據(jù)時也會給出寫的信號，相關數(shù)據(jù)都是存放在數(shù)據(jù)緩存區(qū)當中。主站將取回的數(shù)據(jù)放在緩沖區(qū)中后必須將其轉存在狀態(tài)繼電器和通信寄存區(qū)中，因為緩存區(qū)的數(shù)據(jù)會被下次存放的數(shù)據(jù)所替換。一般，模擬量信號放在通信寄存器中，而狀態(tài)量信號則存放在狀態(tài)繼電器中，可以用FORM命令實現(xiàn)。主站向寫數(shù)據(jù)到子站中時，主站PLC的CPU需要將數(shù)據(jù)先寫入寄存器中然后再存放到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，可以用CTO命令實現(xiàn)。主站無論是讀還是寫，每次都只能發(fā)送1個字節(jié)的信號，如果傳送的是16位字則需要分兩次傳送來完成。但主站無法判斷子站傳送的是高八位信息還是低八位信息，因此，通常需要有一個約定。如主站需要子站傳送低八位信息，可以給子站寫“2M”，而要傳高八位信息，則主站給子站寫“2M+1”，數(shù)據(jù)的傳送后，要預留一定的時間段給對方接受信息。

4 上位機與主站PLC的網(wǎng)絡通信

主站PLC與上位機的相連是通過以太網(wǎng)來實現(xiàn)的，通常由主站中的QJ71C24模板來實現(xiàn)該功能的。兩者之間通過廣播方式來達成通信協(xié)議，在兩者的通信過程中，上位機處于主動地位，主動向PLC發(fā)送指令，而主站PLC處于被動地位，被動應答上位機的指令。值得注意的是上位機讀取數(shù)據(jù)是在主站PLC的狀態(tài)寄存器和通信寄存器中完成的，并開展相關的數(shù)據(jù)處理。

上位機是在windows環(huán)境下運行的，它有報警處理模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、實時監(jiān)控模塊和數(shù)據(jù)處理模塊五個部分構成，其中實施監(jiān)控模塊具有溫度參數(shù)檢測和空調機組狀態(tài)檢測功能，數(shù)據(jù)處理模塊包括數(shù)據(jù)存儲、動化顯示和趨勢預測功能。為了更好的發(fā)揮微處理機的高性能，以及微型計算機的靈活運用，I/O結口必須實現(xiàn)智能化接口，即在I/O接口卡中也內置一個CPU，該CPU設計比較靈活，可以是單片機、也可以是圖像信號處理器，還可以是數(shù)字信號處理器等，除了用于I/O數(shù)據(jù)的傳遞以為還可以處理一些信號。智能化I/O接口除了具備一般I/O接口的功能以外，還可以進行數(shù)據(jù)處理，以及適應不同的控制主體，具有一定的職能作用和處理能力。職能化I/O接口的應該對于主機許多優(yōu)點：第一，在一定程度上可以幫助主機減輕負擔，讓主機可以更好地去處理其他事物，從而提高主機的工作效率，減少發(fā)生故障的風險；第二，提高主機的處理能力，由于部分信息的處理已經由職能化I/O接口來完成，因此主機可以減少這部分工作，從而改善其性能，有利于其優(yōu)化處理能力；最后，幫助主機節(jié)省儲存空間。主機CPU與智能化I/O接口中的CPU可以通過共用ARM從屬性、I/O傳送從屬型和主控型三種工作方式來實現(xiàn)。

通過PLC聯(lián)網(wǎng)技術，子站執(zhí)行主站的命令，控制各生產車間的溫度與濕度，再由傳感器采集到相關數(shù)據(jù)發(fā)送到子站，子站再將信息上傳到主站，主站再由上位機控制，向子站下達指令。因此，系統(tǒng)操作人員只需要從上位機中就能輕松了解到各個PLC的工作狀態(tài)，并能夠輕松對各個分散的子站PLC進行控制和管理，這樣可以減少操作員的人數(shù)。PLC聯(lián)網(wǎng)技術本身具有很強的抗干擾能力和可靠性，因此該空調控制系統(tǒng)也具有較高的可靠性和抗干擾能力。

5 結語

本文對佛山某企業(yè)的五個車間的空調控制系統(tǒng)進行研究，發(fā)現(xiàn)PLC聯(lián)網(wǎng)技術在空調控制系統(tǒng)中具有重要的意義，能夠確保車間環(huán)境滿足工藝生產的需要，基于PLC聯(lián)網(wǎng)技術的空調控制系統(tǒng)具有較高的可靠性和抗干擾能力。PLC聯(lián)網(wǎng)具有較強的實用性，可以廣泛的應用。

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