永州西门子PLC总代理商
1 引言
吉荣热泵恒温恒湿空调机是功能先进的工业空调机，具有比较节能的热泵型空调机特点，也具备恒温恒湿空调机的特点。吉荣热泵恒温恒湿空调机产品被广泛应用于军事、电力、冶金、医药等工业空调使用场所，产品遍布大江南北，并出口到多个国家。本文以巴基斯坦某电厂使用的两台吉荣热泵恒温恒湿空调机wrhfn285b为例进行论述。
2 热泵恒温恒湿空调机的控制要求
(1) 回风温度24±2℃，湿度50±10%；
(2) 冬夏季新风量按10%，过渡季节；
(3) 两台空调机可单独运行，也能自动实现一用一备功能；
(4) 触摸屏具有中、英文操作页面切换功能；
(5)显示送风温湿度、回风温湿度、新风温湿度和除霜温度等参数。
3 控制系统的硬件配置
根据巴基斯坦电厂对空调系统的控制要求，并借鉴国际上同行业的plc设备使用情况，比较后采用了性价比非常高的siemens的s7-200cn系列可编程控制器作为热泵恒温恒湿空调机wrfn285b的控制系统，具体配置如下：
电脑控制器cpu226一块，内置有数字量输入24个，继电器数字量输出16个；
数字量扩展模块em223一块，有数字量输入4个，继电器数字量输出4个；
模拟量扩展模块em235两块，每块有模拟量输入4个，模拟量输出1个；
模拟量扩展模块em232一块，有模拟量输出2个；
触摸屏显示器ktp178一台，5.7寸，具有多种语言切换功能。
4 程序设计及主要功能
4.1 控制对象如附表所示
4.2 控制流程图如附图所示
附图 控制流程图
4.3实现主要功能
4.3.1 顺序控制
机组开机顺序：风阀→送风机→回风机→压缩机(冷凝风机和四通阀)→电极加湿器 →电加热器；
机组关机顺序：电加热器→电极加湿器→压缩机(冷凝风机和四通阀)→回风机→送风机→风阀。
4.3.2 故障处理
机组故障处理分两种情况：独立运行和互为备用。
独立运行模式下，机组故障分4种类型：停整机、停压缩机、停止加湿并进行排水，以及仅作报警显示。当出现送回风机过载或电加热高温等故障时，停整机；当出现压缩机过载或压缩机高压等故障时，只须停出现故障的压缩机，另一台压缩机继续运行；当出现加湿故障时，停止加湿并进行排水，3分钟后如果故障消除则故障自动复位；当出现初中效压差报警时，只须在触摸屏上显示故障信息，提醒操作人员清洗过滤网。
互为备用运行模式下，机组故障分两种类型：一是停整机，置位总故障输出，自动启动另一台备用机组；二是仅作报警显示。除了出现初中效压差报警，出现任一个故障，机组停止运行，另一台备用空调机自动投入运行，确保集控室温湿度恒定。
4.3.3 压缩机加卸载控制
螺杆式压缩机的加卸载控制比较复杂，通过采集的回风温湿度与设定值进行比较，判断压缩机是否需要投入运行，如需要投入运行，必须从25%、50%、75%、逐级加至全载，再判断是否需要卸载。停机时，为延长压缩机使用寿命，必须达到少运行时间。
4.3.4 电加热控制
在下列三种工况下需要投入电加热：
(1) 空调机进行除霜运行时，两组电加热都要投入运行；
(2) 热泵运行模式下，当新风温度低于设定值时，需要投入一至两组电加热；
(3)在制冷运行模式下，湿度偏高，这时也需要投入一至两组电加热。
4.3.5 加湿器控制
当采集的回风湿度大于设定值时，按比例投入加湿量。电极加湿器配有加湿控制板，能自动进行进、排水控制，为方便用户使用，在plc还加上加湿器手动排水和定时排水控制。
4.3.6 除霜控制
当机组进入制热工况后，低温低压的制冷剂进入翅片换热器，盘管温度不断下降，吸气温度也不断下降，当盘管温度下降到设定值时t1，并且除霜周期已到，plc控制四通换向阀换向进入除霜模式(制冷工况)，停止冷凝风机，启动电加热器；当盘管温度上升到设定值t2，或除霜执行时间到达设置的长除霜时间，四通阀换向，除霜结束，电加热停止运行，机组进入制热工况，如此循环下去。
4.3.7 人机界面
每台空调机wrhfn285b的人机界面采用西门子的ktp178触摸屏一台。屏幕有5.7寸，能够自动实现中、英文切换功能。
在英文界面上，需要注意的是，对于摄氏度“℃”只能用“c”表示，否则没法显示。
在触摸屏上能显示所有的i/o状态点、故障信息、实时时间、实时温湿度、参数设定、参数校正、每周定时开关机等多种功能。
5 结束语
该设备的主要控制对象是回风温湿度，要求在全天候条件下实现温湿度的自动调节，如果出现一台空调机故障情况下，另一台空调机自动投入，保证电厂集控室温湿度恒定，系统还要处理较多的控制参数及其合理范围限制，显示相当多数量的元件状态和设备运行很复杂的plc编程。人机界面实现中、英文自动切换，在画面组态方面需要花费很多时间，做到操作简便、功能先进，得到用户的。设备在巴勒斯坦电厂使用良好，此项目的成功应用，能够拓宽吉荣公司的海外市场。
1 引言
工业自动化技术是一种运用控制理论、电控设备、仪器仪表、工业计算机以及信息通信技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，可分为工业基础自动化、过程自动化和管理自动化。
在轧钢厂的生产过程中需要大量的工业冷却水，将使用后的冷却水进行回流集中，通过清除杂质、化学除污、散热冷却等过程进行循环使用。整个循环水处理系统设备多，控制范围较大，冷却循环水直接参与轧制过程中的温度控制、设备降温等生产过程，必须采用可靠性高、自动化程度高的控制系统。本文以某轧钢厂循环水处理系统为例，介绍采用s7-400plc和wincc组成的控制系统及其功能。
2 工艺流程
根据循环冷却水处理系统各部分功能和地域的不同，划分为旋流池区域、化学除油器区域、冷水池区域、热水池区域、污泥池区域共5个部分。
循环冷却水处理系统工艺流程及各部分的联系如图1所示。
图1 循环冷却水处理系统工艺流程
含有油污及杂质的污水通过冲渣沟进入漩流池，污水经沉淀后进入漩流池吸水井，吸水井的一部分水通过冲渣泵送至冲渣点，大部分污水通过漩流池提升泵经管道进入混和器，自动加药装置将药剂添加进混和器，污水和药剂在此充分混和后由分配槽送至各化学除油器。污水在化学除油器内进行化学反应，污泥沉入化学除油器泥斗，并通过阀门排出，清洁的循环水则从顶部溢出流入热水池。经冷却塔冷却后的循环水进入冷水池，通过利用高压供水泵、低压供水泵加压送至各用户。
3 控制系统组成
循环冷却水处理控制系统主要控制水泵和阀门；水泵和阀门的开闭具有一定的逻辑关系；相同功能的多台水泵之间要求具有工作和备用的关系；水泵与液位存在连锁。还有大量管道压力、流量、液位、温度等模拟量的检测。采用plc作为控制器可以较好的完成所需控制功能。
整个循环水处理系统控制的区域较大，电控设备距离较远，为简化控制系统，节省电缆，采用网络控制方式。上位机、编程器通过工业以太网与plc通讯，远程i/o通过profibus与cpu通讯。plc选用西门子公司的s7-400，远程i/o选用et200m，组态软件选用wincc6.0，控制系统组成及网络结构如图2所示。
图2 控制系统组成结构
4 控制系统软件编程
控制系统软件编程包括两部分：上位机的监控界面、历史数据曲线、故障报警等编程；plc的控制程序，数据采集等编程。
4.1 上位机软件编程
循环冷却水处理控制系统操作界面包括七个一级操作画面和30个二级操作画面。一级操作画面：主画面、旋流池、污泥池、热水池、冷水池、曲线图与报警表。在每个画面当中的下面有一行按扭，点击按钮会进入对应的画面。一级操作画面实例如图3所示。
图3 一级监控操作画面
重要参数（电流、液位，压力）的数值显示于画面当中，当池中的水位发生变化时，画面中的蓝色的棒状图的高度会发生相应的变化。设备的运行状态通过动画显示。当泵的颜色变绿时，表示该泵已启动，变红表示停止，含有软启动的泵（冲渣泵、低压供水泵）在变绿时，仅表示软启动，当泵的叶轮旋转时，才表示为正常运行。对于直接启动的水泵，在开泵后，变绿的叶轮会旋转，表明已经运行。阀门有三种状态：开到位、关到位与中间状态。当阀门的颜色变绿时，表示开到位；变红时，表示关到位；变黄时，处于中间状态。当泵、阀闪动时，表明产生故障。
二级操作画面是泵、阀等设备的操作画面。点击泵、阀的图标，会弹出相应的操作画面，可以对设备的运行状态进行监控和设定。二级操作画面实例如图4所示。
图4 二级操作画面
4.2下位机控制系统软件设计
控制系统plc程序采用结构化编程方式，即按照工艺区域划分和处理功能划分，分别编写程序功能fc，并在组织块0b1中调用，包括模拟量数据处理功能块、各区域设备控制功能块、报警功能块等。
水泵控制程序主要有泵阀联动的控制和备用泵的自动投入控制。上位机通过选择开关设定自动/手动操作方式。在手动方式下，可以分别控制水泵电机的启停和阀门的开闭。在自动方式下，实行泵阀联动，即启动水泵电机，延时一定时间后，自动开启阀门，在阀门到达开极限位后停止阀门电机；要停止水泵时，关闭阀门，当阀门关到极限位后停水泵电机；从而减小水锤效应对水泵和阀门的破坏。
系统共有8台化学除油器，化学除油器的排泥阀有手动排泥和自动排泥两种方式，均通过上位机界面设置。手动排泥可根据需要任意操作任何一台排泥阀。自动排泥为在上位机启动排泥操作后，依此从1#至8#自动开启排泥阀一定的时间，排泥完毕后自动关阀，同一时间只有一台排泥阀工作。排泥时间根据实际工矿通过上位机设定，以毫秒为单位，将时间转换为整数，将设定值送至设定的db块数据区，调用系统功能fc40将设定值转换为s5时间格式。将设定时间通过定时器产生脉冲，在脉冲上升沿启动排泥阀，在脉冲下降沿关闭排泥阀。化学除油器排泥时间控制程序如图5。
图5 化学除油器排泥时间控制程序
5 结束语
系统的设计采用plc为控制器、利用组态软件设计操作界面，通过以太网和profibus两层网络进行数据通信，实现了轧钢厂循环冷却水的基础自动化。plc对现场参数进行采集，并接受上位机的控制指令，完成对设备的控制；现场数据通过通信线路上传给wincc，可实现显示、记录以及故障报警等功能。循环冷却水系统实现了集中可视化监控，操作性灵活，稳定性和可靠性高，节约了人力资源、减少了设备故障及故障诊断时间。
1 引言
可编程序控制器（programmablecontroller）简称plc是以微处理器为基础的新型控制装置，是将计算机技术应于工业控制领域的崭新产品。它集逻辑运算、顺序控制、定时、计数、算术运算功能为一体。还可以与其他计算机进行通信联网，这种通信不但包括不同的plc之间的数据交换，还包括plc与计算机之间的通信。本文介绍笔者使用vb6.0实现plc与上位机之间的通信，使运行人员通过油机配电屏的显示可以监测并控制远端设备的工作。
2 系统构成
本系统采用plc采集模拟信号、数据处理，通过串行通信口上传到计算机，计算机对传上来的数据进行分析、分类记入数据库，实时显示在配电屏上并提供数据查询。plc为s7－224,串行通信接口的信号线采用rs-485，此信号线为半双工，即不能接收和发送。将plc置于run状态，就可以将plc中存于发送缓冲区中的数据及信号送入上位机的串口，上位机通过串口通信程序接收这些数据后显示并通过数据库控件adodc的绑定，把数据记录到数据库，从而完成数据的采样。本工程所需采集的数据包括日常量、故障量和设备动作量。对于日常量需每时每刻的数据显示在配电屏的主控制平面上，以便工作人员观察实时数据，不需要把日常量都记入数据库，只需隔一段时间记录一次（在这里每隔半小时记录一次），对于故障量和设备动作量要求只要设备发生故障或动作就要记录到数据库，以便工作人员查询。
3s7-200的通信方式与通信参数的设置
s7-200的通信功能很强大，有多种通信方式可供用户选择，包括单主站方式、多主站方式、使用调制解调器的远程通信方式等。本工程选择step7-micro/win32支持的通信硬件pc/ppi电缆，它所支持的波特率有9.6kbps和19.2kbps，支持的协议为ppi协议，即点对点接口协议，基于开放系统互联模型osi。ppi是主/从协议，网络上的s7-200cpu均为从站，其他cpu、simatic编程器或td200为主站。s7-200 cpu的通信端口采用rs-485信号标准的连接口，pc／ppi电缆把s7-200计算机连接起来，通过使用接收中断、发送中断和字符中断等指令，自由端口通信可以控制s7-200cpu通信口的操作模式。本工程使用的是自由端口模式，允许在cpu处于run模式时通信口0使用自由端口模式，通过设定smb30的值，我们可以选择波特率、奇偶校验、每个字符的数据位和协议。cpu处于stop模式时，停止自由端口通信，通信口强制转换成ppi协议模式，此时，就可以向cpu中输入plc程序，实现编程软件对plc的编程和控制功能。在这里的通讯过程采用主从方式，即计算机为主机，plc为从机，只有主机计算机发送请求报文后，从机plc才向pc返回发送缓冲区中的数据。
4自由端口模式下plc的通信
由于本工程使用的是pc/ppi电缆，要在plc的程序中考虑电缆的切换时间。plc接收到请求报文到它返回发送缓冲区的数据的延迟时间必须不小于电缆的切换时间。波特率为9600bps时，电缆的切换时间是2ms。在本工程的程序中是用定时中断实现切换延时的。
定时中断子程序:
network title ’定时中断程序int_2
ld sm0.0
dtch 10
xmt vb200, 0
当程序运行到“启动定时中断”（即atch int_2,10）的语句时，就会跳到如上所示的中断子程序中，sm0.0是特殊存储器，该位始终为1，即只要plc处于run状态，这一开关即是接通的。xmtvb200,0语句是用来发送数据到串口的，此时发送的是存储在以vb200为首地址的连续的存储空间中的数据，是通过端口0发送的。
为了提高通信的可靠性，我们需要使用到异或校验，即在通信的双方都将每一帧的每一个字符作异或校验，将两者进行对比，如果不相同则可以判定通信有误。
network1 network title ’求异或校验码的子程序fcs
ld sm0.0
movb 0, #xorc
bti #numb, #numi
for #temp1, +1, #numi
movb 0, #xorc ’用来把异或校验码
清零, 用bti#numb,
#numi将字节数
转换为整数
network2
ld sm0.0
xorb ＊#pnt, #xorc
incd #pnt
network3
next
for到next语句指明了一个循环，从这一帧的个字符开始（不包括起始字符）到该帧中后一个字符作异或运算。通过调用这个子程序可以计算所指定的数据存储空间内的字符的异或校验码，如果在上位机中的vb程序中也有计算校验码的子程序，那么就可以比较这两次计算的校验码是否相同。可以使用语句（callfcs, &vb102, vb99,vb90）来调用该子程序，其中&vb102是指出子程序fcs进行校验的起始地址，vb99是用来存储需要异或的字节数，而vb90是用来存储计算出来的校验和。假设把从上位机接收到的校验码存储在vb91中，比较vb90和vb91中的数据就可以检验这次通信是否正确。同样，我们可以使用这个子程序计算从plc中发送的数据的校验码，把它送到上位机中某一特定的地址中，在上位机中比较两个数据是否正确（在上位机的计算异或校验码的vb程序将在后面给出）。
因为报文的起始字符和结束字符只有8位，接收的报文数据区内出现与起始字符和结束字符相同的字符的几率很大，这就可能会是数据区字符与起始字符或结束字符发生混淆，为了避免这种情况，可以在发送数据前对数据作一下处理，把数据字符转换为bcd码，在s7-200中专门提供了整数与bcd码的转换指令，可以使用语句（ibcdvw200）就把输入的整数转换为bcd码，结果送入了vw200中。上位机接收到后需要将其转换回整数。
在初始化时要注意自由端口通信协议的设定，一定要使通信过程中的波特率，数据位，奇偶校验及停止位与上位机vb以及通信线上中设定的参数相同，否则将不能实现通信过程，要么接收不到数据，要么会出现“下标越界”的错误。
5上位机的通信部分采用vb语言编程
上位机通信接口部分采用vb语言来编写, 在vb中专门有一个控件microsoft commcontrol（简称mscomm控件）用来提供串行通信。在编程过程中只要设置mscomm控件的属性,就可以实现串行通信。mscomm控件一般不包括在常用的工具框中,需要在右边的工具框的空白处点击鼠标右键，选择components选项，就会出现components对话框，在其中的controls标签下就会找到microsoft comm control6.0，选定它, 点击确定就可以把这一控件加入到右边的工具框中, 图标为。
用鼠标拖动这个图标到bbbb中，即可设置其属性。在此控件众多的属性当中，需要重新定义的属性只有commport（传输数据的通信端口号）、settings（设置数据传输的波特率、奇偶校验、数据位以及停止位，注意，此参数一定要与plc通信程中设置的参数相一致）、portopen（设置通信端口的状态）、bbbbbmode（读取接收缓冲区的格式）等。本工程采用事件驱动方式处理接受信息，即把rthreshold属性设置为非零的值，此时只要接收字符或传输线发生变化就会产生串口事件oncomm。通过查询commevent属性可以捕获这些通信事件。
在vb中实现异或计算的程序及注释如下:
nbyte（1）=ubound（sdata）+1 ’送数据区字节数
fcs=nbyte（1） ’校验码初始化
for i=2 to ubound（sdata）+2
nbyte（i）=sdata（i - 2） ’待发送数据报文数
组的数据区
fcs=fcs xor nbyte（i） ’异或运算, 求校验码
next
nbyte（i）=fcs ’送校验码
其中sdata为发送的数据数组的变量名称，for－next语句实现所发送的数据每一位都进行异或运算。这样就可以把发送数据的异或校验码送到plc中，在plc比较两次计算出的校验码是否相同，从而提高通信的可靠性。
本工程中把计算机向下发送控制命令的部分写成自定义函数send（xi）（i从1到6），在每一个需要发送控制命令的按钮处调用此函数，只是在send中参数设置为不同的控制数。
图1 设备动作状态接收表
图1为模拟一个油机配电屏控制面，该软件可以对三相输出电压、电流、功率因数这些实时信号进行采集、显示并存储，并对设备的动作状态、故障情况采集到数据库中。该控制面上方有一系列的控制按钮，点击某一按钮就会向下位机发送相应的控制命令，控制下位机动作。
在通信过程中，由于计算机为主机，而plc为从机，plc只有在接收到计算机发送的信息后，才发送数据。计算机发送数据的次数并不是与其接收数据次数是一一对应的，计算机每点击一次发送控制命令的按钮（请参看图1）后，plc就要向计算机传输存于其缓冲区内的所有数据，而每引发一次oncomm事件只能传输8个字节，假如plc的发送缓冲区中一共右50个数据，那么每要求向上传送一次数据，就会相应的引发7次oncomm事件，每引发一次oncomm事件程序就会一直执行到endsub为止。这一点可以通过在发送数据的程序中加入测试语句 “debug.print‘start’”，在endsub前加一测试语句“debug.print‘end’”来验证，我们可以清楚的在立即窗口中发现每一个start后有7个end。
6 与数据库绑定的控件
采集数据的终目的不仅要把需要显示的数据（比如:日常量）显示在界面上，还要把数据记录到数据库中，以备日后查询。显示数据的过程很容易实现，就是把接收缓冲区的内容按照事先约定好的顺序依次取出即可。要把数据记录到数据库就需要用到数据库绑定控件，在本工程中用到的是adodc控件，这一控件也不包括在常用的工具框中，仍然要依照加mscomm控件的方法把工具条microsoftado datacontrol6.0（sp4）（oledb）加到工具框中,就可以把这一控件拖入bbbb（在本次工作中把adodc控件放在了程序运行时不显示的查询画面中，这样就可以完成记录到数据库和查询工作）中，通过设定adodc1的connectionbbbbbb（要求与事先建好的数据库所存储的地址相联接）、commandtype（由于要向数据库写入数据要把它设置为2-adcmdtable）以及recordsource（如果指定的数据库包含多个表，就要选择一个与此adodc1相对应的表）属性（其他属性用默认值即可）就绑定完毕。
在编程序时，可以通过下面的语句把传递上来的信息整理并写进数据库:
if rcv（5） then
with adodc1
.recordset.addnew
.recordset（“设备名称”）=“断路器1”
.recordset（“动作状态”）=“合”
.recordset（“动作时间”）=now
.recordset.update
end with
end if
其中“设备名称”“动作状态”“动作时间”是所绑定的数据库的字段名，等号后面的值是满足条件语句时向所绑定的数据库的相应的字段所加的字段值，在本工程中在数组rcv中暂放了从接收缓冲区中接收到的所有数据，而rcv（5）所放置的是是否合断路器1这个动作信息，约定plc送上来的数据中rcv（5）＝1表示合断路器1，有上述语句，其他的动作状态记录、故障状态记录及日常量记录与上述程序几乎相同，由于日常量不需要每时每刻都要记录到数据库，在日常量向数据库写入时用了静态变量count来计时，假如count的值每增加1时间就增加1s，要求每半个小时记录一次，那么就可以用countmod 1800 =0来实现这一时间的控制。
7 结束语
文中列出了笔者认为plc与计算机通信程序编写过程中需要注意的问题，并给出笔者认为有难度的程序代码，本工程已经成功的通过了测试，已交付使用。