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艇用除湿机通信与监控系统设计

更新时间:2015-10-27 09:15:36点击次数:3542次字号:T|T

  艇用除湿机通信与监控系统设计李建民秦洪艳韩训梅姜金花徐伟王海巧(三江学院,江苏从除湿机网络监控系统的总体方案入手,介绍了通信网络、通信程序和监控的组态与设计过程。根据应用的需要,将通信网络分为了艇内总线和艇间总线两个层次,选择了IEC61158中的PROFIBUS作为现场层的艇内总线,选择IEC61158中的PROFINET作为艇间总线,并采用WinCC作为上位机的监控组态软件。整个系统层次清晰,结构合理,符合艇用除湿机的监控要求。经试验和测试,该系统可以很好的完成多空间多节点除湿机的远程监控,具有很大的应用价值。

  除湿机是广泛应用于舰艇、船只和地下空间的除湿装置。艇用除湿机通信与监控系统是在传统小型除湿机基础上开发的新型除湿解决方案。在传统的小型除湿机的单机工作的基础上,增加了网络通信和远程监控等主要功能,特适用于舰艇多空间除湿的集中监控与管理。艇用除湿机通信与监控系统是多节点的现场通信,在通信上要求高可靠性和实时性,系统应达到工业级的等级。在除湿机上增加了工业现场总线接口,使所有除湿机具有通信功能。

  本文从系统的总体方案入手,分介绍了通信网络的硬件设计、软件设计和监控设计。在网络设计中,根据艇用除湿机的特点,将监控系统的总线分为艇内总线和艇间总线。根据应用的需要进行了系统的设计。

  1总体方案艇用除湿机通信与监控系统的结构体系如所示。通信网络主要为艇内总线和艇间总线。艇内总线是现场设备层,而艇间总线是监控层。

  传统的中小型除湿机均采用单片机控制板进行控制,难以保证控制的可靠性,并不具有现场总线的接口。因此在这里可以使用小型PLC作为控制器,即保证了控制器的可靠性,又便于构筑现场总线通信系统。每台PLC要求能够完成单机控制,也能够与上层设备交换数据。

  根据上述的控制对象的分析,要求系统能够监控3组最多I服务*卜议,网关内总线1卜设,"关1舶总线2丨碟,两关1艇内144台除湿机的运行。经初步分析后,确定将整个系统分为艇内和艇间两个层次,每组最多48台除湿机通过艇内总线连接;艇间通过艇间总线进行连接。

  艇内总线是在一艘舰艇中,连接所有除湿器的通信总线。除湿器通过其通信接口,连接到艇内总线上。艇内总线采用主从的总线控制方式,由网关作为主站对所有除湿器进行轮询。网关将数据上传给艇间总线。协议转换网关,既是艇内总线和艇间总线的中介,又是艇内总线的主站。当一艘舰艇中的除湿器数量较多时,可以使用多条艇内总线;一般一条艇内总线上的除湿机数量不大于48.虽然每台设备的物理地址很近,但布完电缆后,电缆长度可能达到1000m,初步决定采用串行现场总线的通信方式艇间总线将多条艇内总线连接在一起,并由监控计算机实现对所有艇内总线的监控。艇间总线连接三个协议转换网关和监控计算机,初步决定采用以太网进行连接。

  2除湿机监控系统的硬件系统设计与组态硬件系统的设计分为两部分,一是艇内总线的设计;第二部分是艇间总线的设计。

  艇内总线的网络结构如所示。所有的S7-200PLC与总线的连接均采用EIA485的方式。艇内要求电缆长度达到1000m,因此所有站点的EIA485接口与总线必须隔离。PPI总线虽然可以节省模块,但是由于PLC的CPU模块自带的PPI接口与总线是非隔离的,每个网段的长度不能大于50m,因此PPI网络不符合要求,只有选择PROF旧US网络。

  艇用除湿机通信与监控系统的结构体系除湿机监控系统的艇内总线的网络结构需要配置EM277模块,在波特率小于187.5kbps时,电缆长度可以达到1000m.当站点数量大于32个时,要将整个网络分为多个网段,网段之间用中继器连接,如所示。

  中的S7-300PLC是个特殊的站点,它起两方面的作用。一是作为艇内总线的主站,负责对所有艇内总线上的S7- 200PLC进行控制;另一方面,其PN接口使得该设备连接在以太网上,起网管的作用。这里没有使用DP/IE耦合器,使用耦合器可以使所有数据映射到以太网中,但站点太多,不便于管理。

  48合设备均连接在PROFIBUS总线上,网络的波特率设为187.5kbps,所有EM277与CPU315之间的数据交换均为64个字节,包括32字节读和32字节写。

  经过S7-300PLC的控制,所有站点的状态数据被集中在S7-300PLC中,便于WinCC的监控;同时上位机的控制命令发艇间总线的网络结构如所示。使用工业以太网连接3个S7-300PLC和监控计算机。在监控计算机中,通过WinCC对3个S7-300PLC实施监控。在这里不需要进行网络的组态。需要注意的是,工业以太网采用工业交换机进行交换,若距离长,则根据需要选择光纤或电的交换机。

  监控计算机与S7-300PLC的网络连接在WinCC中进行设定。

  触摸屏的佯情与设置总线上的,通过以太网对S7-300PLC进行监控。一合监控上位机可以监控3合甚至更多合S7-300PLC.监控主画面与触摸屏的画面类似,只是信息更详细。当站点正常时状态为绿色,当站点有故障时,状态为红色。

  当点击任意除湿机的“查看”按钮后,可以看到所示的定窗口,可以对特定机号的除湿机进行参数设置,也可以对压缩机和风机的运行状态进行设置。当机号设为*9999*时,表示对该艇内的所有除湿机进行设置。

  3除湿机监控系统的软件设计除湿机监控系统中,通信程序主要集中在S7-300PLC中。在S7-300中,用48个数据块与每个S7-200PLC相对应。数据块DB100是个特殊的数据块,专门用于HMI和WinCC对某个S7-200PLC的设定。

  环和初始化程序;OB82和OB86为异步故障组织块;FC1为故障判断子程序;FC2为触摸屏状态读取子程序;FC3为触摸屏和WinCC设定子程序;FC5为机号分配子程序;FC6和FC7通信控制子程序;FC10和FC11为站点是否在线判定子程序。

  4除湿机监控系统的触摸屏与WinCC监控触摸屏连接在艇内总线上,通过PROFIBUS网络与S7- 300PLC进行关联。读取艇内总线上所有除湿机的状态,并可对所有除湿机的运行进行设置。当对应的除湿机有故障时,其对应的按钮会变成红色。

  点击任何一个按钮,将进入该按钮所对应的详情与设置窗口,如所示。在所示的详情与设置窗口中,可以观察机号、湿度、温度、管温以及运行字和故障字等。其中的运行字中包含了该除湿机运行状况的信息,通过它就可以知道除湿机当前的实时运行状态了;故障字是包含故障信息的字节,当有故障发生时,可以通过该故障字判断具体的故障。

  在中,还可以对除湿机的运行进行设置。可以对湿度、湿差和控制字等进行设置。在设置中,还可以选择设置所有站点,这时设置的参数将可以发送到所有艇内除湿机中。

  触摸屏为艇内总线上的监控的人机界面。要在远程对除湿在除湿机的运行过程中,其运行可以由默认的设置控制,也可以由触摸屏进行设置,还可以由WinCC进行远程设置。在多种设置方式下,除湿机是按照后设置优先的原则进行工作的,简单的说最后进行的设置是有效的设置。

  WinCC中除湿机佯细参数显示与参数设定5结束语本文首先从除湿机网络监控系统的总体方案入手,分别介绍了网络的设计、程序的设计和监控的设计过程。根据应用的需要,选择了IEC61158中的PROFIBUS作为现场层的艇内总线,选择了IEC61158中的PR0FINET作为艇间总线,并采用WinCC作为上位机的监控组态软件。整个系统层次清晰,结构合理,符合艇用除湿机的监控要求。经试验和测试,该设计完全符合设计要求。

  艇用除湿机通信与监控系统还可以应用于船只、地下工程等需要进行多空间除湿的应用场合下。

(编辑:厦门琦顺制冷设备有限公司)
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