Haiwell（海为）国产PLC在洁净空调行业的应用

一、引言： 随着科技的进步，人们已经不满足对同一建筑物内的数据进行采集、分析和处理。在很多场合，我们需要对地理位置分布较散或在几座建筑物内的各种开关及模拟量信号进行联网统一监控的情况。 中央空调是对建筑物内空气的各种参数（如室内温度、湿度）进行调节的专用系统，它通过对空调机组（加热、降温、除湿、增湿）、风机、阀门、泵等设备的开、关及连续调节来控制室内的温度、湿度及其它参数指标，使之满足特定场合的要求。洁净室中央空调监控系统广泛应用于医疗、生物、试验室、电子、温室、办公大楼等场合，以监控其室内的温度、相对湿度、相对大气压、风量、尘、菌及有害气体的浓度等相关参数及指标。早期中央空调的控制设备多为就地式专用控制器或DDC控制器，控制功能简单、不易联网及信息集成度不高等缺点。随着计算机技术、控制技术和网络技术的发展，现在的中央空调系统都倾向于采用先进、实用、可靠的可编程控制器（PLC）来进行控制。提高中央空调系统的经济性、可靠性及可维护性。                         二、Haiwell(海为)PLC在洁净室中央空调系统中的应用实例 <一>、工程概述及电气控制要求： 1、 本工程应用于大型生物制药公司的生产车间及温室。生产车间按功能分为12个（P2洁净等级9个，P3洁净等级2个，共公水系统1个），温室4个； 2、 考虑到各个生产车间的电气室在地理位置上分布较散，为便于布线及维护，要求每个生产车间均用一套独立的PLC控制系统；每个生产车间的运行参数及实时数据要在本地及中央控制室中设定与读取； 3、 每个温室的运行参数及实时数据要在本地及中央控制室中设定与读取； 4、 P2、P3洁净等级的11个系统均可设定控制温度、湿度、负压；4个温室可设定控制温度、湿度； 5、 两个P3洁净等级的系统需具备两个或以上的本地数据设定与监控； 6、 控制系统要求节能； <二>、用Haiwell(海为)PLC的实现方法： 1、 因各个系统的位置较远,为便于布线及安装，每个生产车间（电气控制室）使用1台Haiwell可编程控制器（PLC）；负责对现象各种信号的采集与处理，同时据设定的各种工作参数对现场的执行机构（如电机、阀门、泵等）进行输出控制，以达到指定的控制效果； 2、 4个温室因信号输入输出比较简单，只有模拟量的输入（温度与湿度的实时值）与输出（风阀的比例调节），考虑到相对距离较远，为节省成本，选用Haiwell（海为）PLC的模拟量扩展模块作为远程IO，用RS-485通讯连接方式与之相近的PLC主机相联接（或直接与上位机相连），通过PLC主机以通讯方式将当前实时数据读出及控制远程模块模拟量输出给执行机构； 3、 为实现可在本地设定及读取数据，每台PLC主机挂一个人机界面（文本或触摸屏），两者之间用RS-232或RS-485相联进行通讯； 4、 对于两个P3洁净等级的系统因需具备两个或以上的本地数据设定与监控，所以可以将两个人机界面（文本或触摸屏）以RS-485连接方式组成一个RS-485网（一台人机界面作为主站，其余的作为从站），作为主站的人机界面与Haiwell(海为)PLC主机的RS-232（COM1）口或扩展通讯模块进行通讯，以达到多个本地设定与监控的目的； 5、 在本系统中，要达到节能的效果，除在工艺控制上进行合理的处理外，在系统硬件配置上，风机、泵的驱动执行机构可采用变频器；变频器的开关可用PLC的DO进行控制，而其运转的频率可用Haiwell(海为)PLC的模拟量输出信号或直接用PLC与变频器通讯的方式进行控制； 6、 因各个车间的电气控制室（PLC）相距较远，且距中央监控室距离很远，各个Haiwell(海为)PLC主机可用RS-485的连接方式组成1~2个RS-485子网与位于中央监控室的计算机（上位机）进行通讯，达到从远程对各个控制系统进行监视与控制的目的。 <三>、选用Haiwell(海为)PLC的理由（优点）： 1、 节省投资成本： （1）Haiwell(海为)PLC的性价比高，节省投资成本，除自身带有各种外设接口（开关量输入、开关量输出、模拟量输入、模拟量输出、高速计数器、高速脉冲输出通道、电源、通信端口等）外，还可扩展各种类型的扩展模块，进行灵活的配置，便于日后的系统扩展与升级； （2）Haiwell(海为)PLC的主机本身自带有几个模拟量输入输出通道（AI/AO），且其各种模拟量扩展模块均有一个用于通讯连接的通讯口（RS232或RS-485），所以，Haiwell(海为)PLC的模拟量扩展模块支持并行总线（直接用扩展总线挂到PLC主机的扩展接口上）与串行总线（用模拟量扩展模块上的通讯口与PLC主机的通讯口进行通讯连接）两种方式进行对模拟量输入输出通道的扩展，当用串行总线进行扩展时，可作为远程IO模块，不受AI/AO点数的扩展限制；这一点对于有大量模拟量信号（温度、湿度、压差、风量、流量、风机转速、阀门开度等）需要进行采集及监控的洁净式中央空调极其重要； （3）在第（2）点中提到Haiwell(海为)PLC的各种模拟量扩展模块均有一个用于通讯连接的通讯口（RS232或RS-485），对于本实例中的4个温室的控制就可省去PLC主机，而直接用串行总线的RS-485的通讯方式（距离较远）对温室的模拟量输入输出进行扩展，挂到与之临近的PLC主机的RS-485口或扩展RS-485通讯口中，可极大地节省投资成本； 2、 网络通讯功能 （1）实例通讯需求：在本实例中，每个控制系统（PLC）均要求同时与远程计算机（上位机）、人机界面（文本或触摸屏）通讯；P3洁净等级的2个系统还需2个或以上的RS-485通讯端口（一个与本地的现场设备组成的485子网通讯，另一个与远程上位机通讯），所以，一台PLC至少要具备两个以上的通讯端口才能满足工程需求； （2）Haiwell(海为)PLC具备丰富的网络通讯功能：各种PLC主机内置2个通讯口（一个为RS-232，另一个为RS-485），可扩展至5个通讯口，每个通讯口都可以进行编程和联网，都可作为主站或从站。支持1：N、N：1、N：N联网方式，支持各种人机界面和组态软件，可与任何带通讯功能的第三方设备（如变频器、仪表、条码阅读器等）联网；本实例中，两个P3洁净等级的PLC主机要挂两台或以上的人机界面，若一台人机界面与一个通讯端口相连接的话，则该PLC至少需要四个通讯端口方，这样一来，硬件成本肯定要增加，为节省通讯端口，使用两个文本或触摸屏以RS-485连接方式组成一个RS-485网，再与Haiwell(海为)PLC主机的RS-232（COM1）口进行通讯，Haiwell(海为)PLC作为从站。Haiwell(海为)PLC的每个通讯口（包括主机自带的两个通讯口或扩展的通讯口）与第三方通讯时均可作为主战也可作为从站； （3）Haiwell(海为)PLC的每个通讯口（包括主机自带的两个通讯口或扩展的通讯口）均可用于用于编程和联网，在日后的维护工作中（如修改程序时），可在不停机的状态下进行一边监控当前系统的运行状态，一边对其进行维护，以减少系统的停机维护时间，提高生产效应； （4）一次性通讯容量大：一个实时性要求很高且数据交换量比较大的监控系统中，PLC与上位机之间的通讯速度及一次性的通讯容量是决定实时性的极为重要的前提与保证。在本实例中，每个系统均有大量的数字量（X、Y、M等）和模拟量需要进行监控与处理，且要以通讯方式上传到上位机中进行监控与处理，这样就要求PLC具有极快的通讯速度与通讯容量，否则上位机采集的数据将得不到实时的效果，不能真实反映现场各个系统当前的运行情况。一次向PLC读取的数据容量大：开关量点（如X、Y、M、T、C、SM）可达255个或16位数据（如V、SV、CCV、TCV、AI、AQ）可到48个，有了如此大的数据读取容量后，计算机在向PLC发读取实时数据的命令后，可一次性地将所要监控的数据读取到上位机中，减少了通讯次数，可极大地提高通讯效应，增强数据的实时性； （5）通讯速度快： A、Haiwell(海为)PLC内置多种通讯协议：内置Modbus RTU/ASCII协议、自由通讯协议以及海为公司的HaiwellBus高速通讯协议。海为PLC的通讯波特率可高达57600（默认通信格式为19200，N，8，2 RTU）；本例中计算机与PLC之间使用Haiwell(海为)PLC内置的Modbus RTU通讯协议，比ASCII方式在通讯速度上来的快，提高数据的实时显示与处理；PLC作为从站用Modbus协议与上位机通讯时，PLC不需编写任何的通讯程序； B、极为便利的通讯指令系统：使您无论使用何种通讯协议都只需一条通讯指令便可完成复杂的通讯功能，编程简单而程序简洁，无须再为通讯端口冲突、发送接收控制、通讯中断处理等问题烦恼，可以在程序中混合使用各种协议轻松完成您所需的各种数据交换； C、通讯的收发均采用中断的方式：所有通讯的收发均采用中断的方式，编写再多的通讯指令也不会影响用户程序的执行周期及响应速度，而用户程序的执行周期（扫描时间）也不会影响通讯的即时收发，这样，在实际应用中保证了通讯的即时性与高效性，即使5个通讯口同时进行繁忙的通讯处理，PLC系统将对其进行快速统一地调度； （6）组网灵活：本实例中，PLC与外围设备之间的通讯有以下几种： A、PLC与上位机之间用RS-485，PLC作为从站，通讯协议为Modbus； B、PLC与单个或多个人机界面（文本或触摸屏）之间用RS-232，PLC作为从站，通讯协议为Modbus； C、PLC与变频器之间用RS-485，PLC作为主站，通讯协议为Modbus； D、PLC与远程模拟量扩展模块之间用RS-485，PLC作为主站； E、PLC模拟量扩展模块（远程IO）与上位机之间用RS-485直接通讯，计算机作为主站；                         3、   系统的可扩展性： 一个系统在设计或调试完成后，并不能保证此系统就是完整无缺的，在日后的维护保养中，在很多情况下，随着生产规模的扩大或生产工艺的改变要对原有控制系统进行升级或扩展，此时对于用户来说只有两种选择：一种为重新购置控制系统，另一种为在原有系统基础上进行升级或扩展。重新购置控制系统的成本太高且耗力耗时，为不得不作出的情况；而在原有系统基础上进行升级或扩展的方法，可充分利用原有资源，即节省成本，又可省去大量