西门子6ES7222-1HF22-0XA8详细资料
1 引言
某空调公司中央液态冷热源环境系统是利用我国具有自主知识产权的浅层地能（热）采集技术和先进的系统成套技术，实现对建筑物的冬季供暖、夏季制冷、日常提供生活热水功能。为了更好实现对分布在全国各地的中央液态冷热源环境系统运行状况进行监视，为用户提供方便快捷的增值服务，缩短现场故障的排除时间，基于LM系列PLC建立了一套中央空调监控系统。
本系统的安装极其简单，软件系统的安装及使用也非常易懂。在维护性方面，系统的接线十分简洁，而主要设备的可靠性很高，维护性能好。
2 中央液态冷热源环境系统介绍
中央液态冷热源环境系统由能量采集系统、能量提升系统和末端能量释放系统（包括生活热水系统）三部分组成。能量采集系统采用单井抽灌技术以地下水为介质，以水泵作为输送动力，将浅层中的热能采集后送入换热器，与来自能量提升系统的循环水进行热交换，使循环水不断地获得热量。
能量提升系统由蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀阀等组成，按热泵原理进行工作。蒸发器中的液态制冷剂吸收循环水中的热量后汽化，被电动压缩机吸入后加压，然后进入冷凝器与末端循环水进行热交换，释放出热量，同时制冷剂冷凝成液体，经膨胀阀节流降压后再次进入蒸发器，完成一次循环。
末端能量释放系统的循环水在冷凝器吸取热量后，经末端循环泵输送到风机盘管等散热设备对建筑物进行供暖或经换热器对自来水进行加热。加热后的自来水被作为生活热水输送到所需的地方。
上面是以冬季供暖过程讲述中央液态冷热源环境系统，夏季制冷过程是冬季供暖的逆过程。
3 设计方案
3.1 系统总体设计方案
根据中央液态冷热源环境系统分布分散的特点，利用目前先进的网络通讯技术，实现对系统的远程监视。整个中央空调监视系统由本地监视系统和中央监视系统两部分组成。本地监视系统负责中央液态冷热源环境系统的就地监测；中央监视系统设置在公司总部，负责完成对分布全国各地的本地监视系统实时数据的采集、汇总及存储，并通过视频技术进行有效的现场数据展示，实现对多套中央液态冷热源环境系统的远程监视。
采用本地监视和远程中央监视相结合的方式，系统结构简单，运行稳定可靠；结合用户现场情况，通过Internet网络或电话拨号等多种方式建立远程连接，有效降低运营成本；功能强大的组态软件，可以灵活的满足用户的实际需求；系统维护简单、具有良好的可扩充性。系统总体结构如图1所示。
图1 空调监控系统结构图
3.2 本地监控系统设计方案
本地监视系统由本地监测站和数据采集PLC构成。现场数据的采集是采用和利时的LM系列可编程序控制器（PLC），通过RS485串口与现场能量提升器控制系统相连，实现数据的实时采集和上传。LM系列可编程序控制器是杭州和利时自动化有限公司推出的新一代高性能PLC产品。该产品完全由和利时公司自主设计、自主开发，它充分融合了计算机技术、通信技术、电子技术和自动控制技术的新发展成果，全面吸收了众多自动化技术和应用专家多年来在PLC领域的技术精华。该产品在方案设计、硬件选择、软件功能、网络通讯、用户接口等方面充分考虑用户的使用习惯和应用现场的特点，是一款高性能高品质的PLC产品。通过触摸屏（TPC105-TC22H）以总线的方式分别读取各个 PLC控制站的数据，其结构示意图如图2所示。
图2 本地监控系统示意图
本地监测站采用MCGS人机界面（HMI），实现对中央液态冷热源环境系统的就地监视和系统管理，其主监控界面如图3所示。
图3 空调监控系统监控界面
3.3 远程监控系统设计方案
在本地监测站上通过OPC接口，将所监测到的数据传给OPC客户端，然后在客户端将所收到的数据通过打包成UDP格式，并通过因特网将软件包数据传送到中央监视系统，在中央控制系统接收到数据后再将打包的数据解释成本地站所读取的数据，从而达到中央控制系统与本地监控系统数据的实时性和一致性。
中央空调监视系统的数据传输方式主要有三种，即ADSL、Modem和企业专线宽带。选择哪种方式实现中央液态冷热源环境系统数据的上传，要根据用户现场的具体情况而定。总体原则是要充分利用用户现有的网络环境和上网条件，尽大可能地降低用户端的运行成本，保证系统的可靠稳定运行。
4 监控系统功能
4.1 中央监视系统功能
在公司总部建立中央监控室，以实现对现场系统的远程集中监视和管理。
中央监控室设HiRis(实时信息系统)服务器一台和若干监控计算机。HiRis服务器与企业局域网防火墙相连，采用公网IP地址，负责现场数据的接收和存储。监控计算机上运行和利时公司的HiRis实时信息系统软件，完成对整个系统的监视管理。
可以通过Web方式进行现场组态画面和实时数据的发布和展示，这样管理者在自己的办公室就可以通过IE浏览器进行现场运行情况的浏览。
4.2 本地监控软件的特点及功能
MCGS是人机界面（HMI），负责系统的在线监控、操作、控制、调试、维护。完成数据显示、数据分析和操作员操作三类功能，细分为以下几个方面：
（1）实时数据的收集处理和显示。由本地监控站收集和处理来自各现场控制站的实时数据，形成上层人机界面的实时数据库；可以在流程画面上以某种形式显示这些数据，也可用在趋势的跟踪记录、报警判断等功能中。
（2）图形显示。可通过多种途径切换到各个图形页面，在画面上可以显示各种各样的平面、立体图形，还可显示有人机交互功能的各种动态对象；能够实现会话操作，完成对现场生产设备的监控。
（3）报警监视。完成报警信息的收集处理；在报警画面上分类显示报警信息。如模拟量、开关量、硬件设备和系统运行状态等。
（4）历史数据管理和趋势查看。完成历史数据的收集处理；在趋势画面上显示点值的历史变化曲线或实时变化曲线，可以设置趋势组，每一副趋势画面可显示多条曲线，同时可以查看曲线上每一采样时刻的具体值。
1 引言
治污设施运行监控系统是对治污设施的运转情况进行连续监控和记录的网络化监控平台。
污染源自动监控是环境执法、科学管理的重要手段。污染源自动监控系统的建设和管理依托环境监测、自动控制、计算机、电子、通信等多个领域的技术，是一项复杂的系统工程。
污染源自动监控系统可分为数据收集子系统和信息综合子系统。
数据收集子系统是污染治理设施的组成部分，包括在污染源现场安装的污染物排放监控监测仪器（COD、TOC、PH等水污染物在线监测分析仪，二氧化硫、烟尘等气污染物在线监测分析仪）、流量（速）计、污染治理设施运行记录仪（黑匣子）和数据采集传输仪（用于数据的存储、加密，数据包转发、接收以及报警、反控）等自动监控仪器。简称现场机。
图1 系统结构
信息综合子系统包括计算机信息终端设备、监控中心系统（污染源自动监控中心信息管理软件和数据库等）。简称上位机。
本文介绍采用LM系列小型PLC作为现场机收集现场数据，并通过GPRS通讯网络与上位机通讯，终实现上位机在线对现场污染源的监控。
2系统介绍
2.1 系统描述
由对污染源主要污染物排放实施在线自动监控（监测）的自动监控监测仪器设备和监控中心组成，简称系统。
2.2 系统结构
污染源自动监控系统从底层逐级向上可分为现场机、传输网络和上位机三个层次。上位机通过传输网络与现场机交换数据、发起和应答指令。
上位机通过传输网络和现场机相互作用，并获取现场数据，具体有两种操作方式：一是现场仪器仪表（以下通称监测仪器）本身具有较强的通信功能，监控现场只有一台仪器，可直接操作现场监测仪器，取得监测数据，执行控制动作，并接收告警信息；二是上位机不直接与监测仪器通讯，而是与数据采集传输仪通讯，数据采集传输仪下接监测仪器。
图2 系统结构
2.2.1 现场机
安装在污染源排放口现场，用于监测污染源排污状况及完成和上位机的数据通讯传输的单台或多台设备及设施，它是污染治理设施的组成部分，包括在污染源现场安装的污染物排放监控（监测）仪器、流量（速）计、污染治理设施运行记录仪和数据采集传输仪等自动监控仪器。
2.2.2 传输网络
基于TCP/IP的和非基于TCP/IP的传输网络及之上的连接。数据传输通讯协议在基于不同传输网络（该传输网络被称为基础传输层）的现场机和上位机之间提供交互通讯。应用层依赖于所选用的传输网络，在选定的传输网络上进行应用层的数据通讯，在基础传输层已经建立的基础上，整个应用层的协议和具体的传输网络无关。
2.2.3 上位机
安装在各级，有权限对现场机发出查询和控制等本规范规定指令的数据接收和数据处理系统。包括计算机信息终端设备、监控中心系统等。
3 数据采集仪工作原理及功能
数据采集仪通过数字通道、模拟通道、开光量通道采集检测仪表的检测数据、状态等信息，然后通过传输网络将数据、状态传至上位机；上位机通过传输网络发送控制命令，数据采集传输仪根据命令控制检测仪表工作。
数据采集仪通过GPRS无线方式与上位机通讯，数据采集传输仪能通过串行口与具备标准透明传输的无线模块(GPRSDTU模块)连接。
数据采集传输仪从功能上可分为数据采集单元、数据存储单元、数据传输单元和显示单元等。
3.1 现场数据和设备运行状态检测功能
污染物排放数据监测：应能实时采集在线监测仪检测的污染物排放数据。超标后能自动报警。
治污设施运行监测：对某台设备的监控不应局限于单参数的监测，若有可能，应进行多状态监测，以具有可参照性、逻辑判断性，能进行有效的监测。
检测设备运行状态监测：应能自动监测在线监测仪、自动采样器等现场仪表、设备的运行状态（运行、停止或故障等）。
工作环境监测：应能监测现场监测站的运行环境参数（如温度、湿度）、安防报警等信号。
3.2 远程设置和控制
应能及时响应监控中心发来的限值设定、仪器调校及启停等操作指令，实现远程操作控制。
3.3 数据传输功能
应能按照以下几种方式，实现与监控中心的数据实时通信：
应答上传：对监控中心发出的数据呼叫请求能及时响应上传；
定时上传：能根据设定的间隔时间定时上传现场数据给监控中心；
异常主动上报：当出现污染物超标、治污设施停止运转、现场设备故障等异常情况时能主动上传给上一级监控中心。
3.4 数据及时间记录储存功能
能连续存储现场3个月以上的检测数据和操作记录、报警记录、停电记录等事件数据，新数据可以覆盖早时间数据。采集存储间隔时间可灵活设置。
4 监控系统组成
4.1 监控系统方案配置
控制系统现场数据存储显示采用和利时HT6720T系列触摸屏，下位机CPU选用和利时LM3109PLC控制器；触摸屏通过扩展的LM3331通讯模块走RS232串口线通过标准MODBUS协议与CPU进行通讯。现场数据采集仪表通过直接模拟量输入借口或RS485通讯的方式和CPU之间交换数据。现场机和上位机通过GPRS串口透明传输模块以无线方式交互控制方式。
图3 系统配置图
4.2控制系统硬件
4.2.1 GPRS串口透明传输模块
GPRS串口透明传输模块支持900/1800MHz系统，提供RS-232接口，支持各种非TCP/IP终端设备数据的透明传输，如各种数据采集设备、图片监控设备、POS/ATM终端、PLC设备等，可广泛应用于数据采集、安全监控、数据记录、遥感勘测、POS/ATM等各种串行数据端口的远程设备与中心服务器的连接和数据通信。
4.2.2 PLC选型
本系统采用LM系列PLC控制，配置1个CPU模块LM3109、1个6通道模拟量输入/2通道模拟量输出/1路MODBUSslave通讯模块和1个8通道模拟量输入模块LM3313。
1）CPU模块：LM3109模块的额定工作电压为AC220V，自带40点I/O，提供24路DC24V输入/16路继电器输出处理。具有1个RS232和1个RS485通讯接口，支持专有协议（仅RS232）/ModbusRTU协议/自由协议。
2）通讯扩展模块：LM3331额定工作电压24VDC，提供6路电压/电流信号输入、2路电压信号输出处理和1路MODBUS通讯，支持MODBUSRTU从站协议（功能码01/02/03/04/05/06/15/16），通信接口RS232/RS485可选。
3）模拟量扩展模块：LM3331模块提供8通道模拟量输入通道，输入范围-10V-10V、-20mA-20mA可选，精度可达0.5%FS。主要完成现场模拟量的输入、采集与处理工作。
4.2.3 显示单元
显示单元采用和利时HT6720T系列触摸屏，配以监控组态软件来完成。能显示所连接检测仪表的实时数据、小时均值、日均值和月均值，也能显示污染物的小时总量、日总量和月总量。图4-图5为显示单元监控画面。
5 结束语
本文介绍了基于GPRS网络技术的PLC远程监控技术应用于污染源在线监控系统的设计方案，并给出了数据传输实时性和可靠性关键问题的解决方法，通过应用GPRS无线通信技术，实现了PLC远程实时监控和调试。系统采用GPRS网络具备较好的数据传输安全性，使数据传输抗干扰能力更强，保证了系统的可靠性，该方案使控制系统有机地成为企业整个IT架构的一部分，提高企业的经济效益。同时，本文对远程数据传输以及其它无人值守的系统均有一定的实用价值和指导意义。
4.2 驱动部分
上辊式三辊卷板机卷板过程的运动部件主要包括翻倒侧机架、上辊和下辊。上辊和下辊合称工作辊。上辊执行升降和平移动作，升降动作由安装在固定侧和翻倒侧的液压缸内的液压油作用于活塞而获得，为液压传动，前后平移动作由电机带动圆弧齿圆柱蜗杆减速机执行。下辊又称卷板电机，左右转动作由三相交流电机正反转实现。翻倒装置装于翻倒机架一侧，用于翻倒机架的翻转及恢复，由油缸来执行。
4.3 监控部分
上位监控部份由一台和利时触摸屏，配以监控软件来完成，触摸屏上可以进行卷板动作操作，数字显示上辊的上下移动及上辊的水平移动，以及显示PLC的输入输出点工作状态。图4-图7为触摸屏部分监控画面。
5 总结提高
设备采用性价比极高的和利时PLC提供了整体解决方案，保证设备运行达到好的控制效果。设备对上辊同步精度要求较高，目前设备采用的是光栅尺采集信号协调控制上辊两端达到同步，但外界的干扰导致存在高频信号丢失现象。油封可以屏蔽掉外界的干扰，考虑到系统采用的是液压驱动，LM系列PLC提供了丰富的模拟量扩展模块，具备模拟量信号处理能力，可利用油封装置采集模拟量信号实现同步控制，降低外界干扰对工艺精度的影响