PLC在风机盘管测控系统中的应用.pdf

赵成林 ， 姜周曙 ， 陈雷 ， 等． P L C在风机盘管测控 系统中的应用 P L C在风机盘管测控系统中的应用 赵 成林 ， 姜 周 曙 ， 陈 雷 ， 王剑 杭州电子科技大学自动化学 院， 浙江 杭州 3 1 0 0 1 8 摘 要 介 绍 了风 机盘 管 测控 系统 的构 成 、 工作 原 理及 P L C在 该 系统 中的 应 用 。用 L a b V I E W 开发 了上位机 的虚拟仪 器测 控 软件 ， 用 P L C作 为 下位 机进 行 现 场 控 制 。对 测 控 系统 的风路 系统 、 水路 系统及 P L C控 制 程序 的延 时保护 、 报 警 、 故 障 处理 、 通 讯 等功 能进行 了阐述 。 关键 词 风机 盘管 ； 测控 系统 ； 水路 系统 ； P L C 中图分 类号 T U 8 3 1 ． 4 文 献标识 码 A 文章 编 号 1 0 0 1 4 5 5 1 2 0 0 6 0 6 0 0 5 7 0 4 Appl i c a t i o n o f PLC i n Te s t a nd Con t r o l Sy s t e m o f Fa n Co i l Un i t ZHA0 Ch e n g l i n，J I ANG Zh o u s h u，CHEN Le i ，WANG J i a n C o l l e g e o fA u t o m a t i o n ， H a n g z h o u D i a n z i U n i v e r s i t y ， H a n g z h o u 3 1 0 0 1 8 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e c o n f i g u r a t i o n a n d w o r k i n g t h e o r y o f t e s t a n d c o n t r o l s y s t e m o f F a n C o i l U n i t F C U ，a n d a p p l i c a t i o n o f PLC i n t hi s s y s t e m we r e i nt r o d uc e d．Th e c omp u t e r pr o g r a m o f t h e s y s t e m wa s de v e l op e d b a s e d o n L a b VI EW s o f t wa r e，wh i l e t he l o c a l c on t r o l o f t h e s y s t e m wa s d e s i g n e d ba s e d o n PL C．Fu r t h e r mo r e ．Th e wi n d wa y s y s t e m、 wa t e r wa y s y s t e m、 PL C c o n t r o l pr o g r a m a n d t h e c o mmu ni c a t i on wi t h c omp ut e r we r e p r e s e n t i n de t a i l ． Ke y wo r d s f a n e b i l u n i t ；t e s t a n d c o n t r o l s y s t e m；wa t e r wa y s y s t e m ；P L C 0 前言 目前 国产风 机盘 管机 组 的数 量和 质量 都 有 了很 大提高 ， 产 品的市场竞争也 日趋激 烈 。如何 对风 机盘 管机组的性能进行正确的技术综合评价 ， 已成为产品 选择和优化 设计 需要 首 先解 决 的重 要 问题 。本风 机 盘管测控系统可依赖人工环境对风机盘管进行风量、 供冷量、 供热量 、 水量、 凝露等国标 G B ／ T 1 9 2 3 2 2 0 0 3 规定 的实验 。P L C是 一种 为 工业 环境 下 应用 而 设 计的计算机， 它应用微电子技术 ， 按照用户编制的程序 实现控制和数据处理功能。由于可靠性高、 编程简单、 易于维护 ， P L C广 泛应用 于各 种控 制 系统 。本研 究 主要介绍 了 P L C在风机盘管测控 系统 中的应用 。 1 系统介绍 1 ． 1系统 工作原 理 根 据风 机 盘管 国家标 准 G B ／ T 1 9 2 3 22 0 0 3 ， 风 机盘 管机组 以 空气焓 差法 作为 性能 检测 方法 。空 气 焓值法测量装置 ， 如图 1 所示。 图 1 风机盘管测控 系统 图 1 ． 2系统软 硬件环 境 系统 的上位机提供了基 于 L a b V I E W 虚拟仪器 软 件开 发 的人机 界面 ， 对整 个系 统进 行监 控和 管理 。 下位机采用 P L C进行现场控制 ， 通过各种传感器采 集 实时参 数并 发 出控 制命令 。 测控 系 统 的 上 位 机 配 置 了 P I V 2 2 ， 0 、 4 0 G N D、 2 5 6 M、 多 功 能 串 口卡 C P 1 3 2 台 湾 MO X A公 司 和 C E C 4 8 8卡 美 国 C E C公 司 。同 时 ， 为 了达 到高 精 度 测试 的要求 ， 实 验 系 统 采用 了众 多 的 高 精度 传 感 收稿 日期 2 0 0 6 0 l 一0 4 作者简介 赵成林 ， 1 9 8 1 一 ， 男 ， 辽宁锦州人 ， 主要研究方 向为栓测技术 与自动化装置 。 维普资讯 Me c h a n i c a l ＆E l e c t r i c a l E n g i n e e ri n g Ma g a z i n e Y o 1 ． 2 3 N o ． 6 2 0 0 6 机电工程2 0 0 6年 第 2 3卷 第 6期 器和仪 器 ， 并 且所 有 的仪 器 均经 浙 江 省 质 量技 术 监 督局校 准， 传感 器经 上海市 计量 测试 技术研 究 院 标 定 。 1 ． 3风路 系统 根 据 国标 G B ／ T 1 9 2 3 2 2 0 0 3 ， 风 路 系统 须按 空 气焓差法设计。由测试段 、 静压室 、 空气混合室 、 空 气 流量 测量 装置 、 静压 环 和空气 取样 装置 等组 成 。 1 ． 4水 路 系统 1 ． 4 ． 1 系统 组成 水 路系 统包 括空气 预处 理设 备水 路系 统和 被试 机 组水 路系 统 。 空气 预处理设 备水 路 系统 的 室 内实 验环 境 配备 了 1个循环风机 、 1个加湿 器 、 1 个 加热 器及 3台制冷 机 。另外 ， 室 内侧还 有 2个采样风机 和 1 个排风机 。 被试机组水路系统 由水处理风柜 、 混合水箱 、 循 环 泵 、 2台风冷 冷水 机 、 流 量开 关和被 试 机流量 水泵 组 成 。被 试机 水 路 系统 ， 如 图 2所 示 。水 流从 被 试 机 的出水 口流 出 ， 经 过水 处理 风柜 进行辅 助 处理 ， 也 可以不经过水处理风柜 ， 直接流人混合水箱。水箱 中的水， 部分经过子 回路通过风冷冷水机降温后流 人进 水箱 ， 与被 试机 流人 的水 经过换 热 器换 热 ， 温度 均匀 后流 出水 箱 ， 再进 入 被试机 。 1 ． 4 ． 2主要 设 备介 绍 1 电磁流 量计 它 的位 置安 装 不 当 ， 会 使 管道 中聚 集 空气 而造 成测 量误 差 ， 也 可 能在 管 道 中形 成 负压 而损 坏 聚 四 氟 乙烯 P T F E 衬里 。本 系统 安装 在水 流 出 口位置 ， 如 图 2 ， 符 合 国标 G B ／ T l 9 2 3 2 2 0 0 3要 求 。 2 混合水箱 水箱 与 装有 风冷 冷 水机 组 的子 回路 相 连 ， 可使 箱 中部分水经过子 回路降温。水 箱 内部装有换热 器 ， 可 使 水 温均 匀 。另外 ， 水 箱 还有 自动 补 水 、 溢水 和排 水功 能 ， 如 图 2所 示 。 2 系统的控制要求 图 2被试机 水路 系统 2 ． 1 控制顺 序 要求 测试 系 统启 动与 停 止 时 ， 系统 中的 被控 对 象 的 启 动顺 序有 所 不 同 。在风 量实 验 中 ， 制 冷 机 与 风机 先启 动 ， 然 后再 启动加 热器 和加 湿器 。其 中 ， 只要有 一 个 制冷机 启 动运行 ， 风机 就立 即启 动 ， 以保证 室 内 外侧的空气流通 。在供冷量实验 中， 要先开流量水 泵 ， 循环 水泵 ， 然后 才 能开 冷水机 l 、 2和混 合水 箱加 热 器 。停 止运 行 时 ， 先 停 制 冷机 、 加 热 器 和 加湿 器 ， 然 后再 停风 机 。 2 ． 2 报 警及 故 障处理 系统要求 P L C开机 自检， 无 故障 方能开 始实 验 。实验 中 ， P L C要 每 1 0 S 对 所有 输 入 端状 态进 行 扫描 。当 出现 报警 时 ， 上位 机会 判断 报警 端 口 ， 并显 示报警信息。然后 P L C发送指令使故障设备停机。 2 ． 3延 时保 护要 求 电机在 启 动 时 ， 电 流是 正 常 工作 时 额 定 电流 的 2～ 4倍 ， 所 以不 能 长 时 间使 电 机 处 于 启 动／ 制 动 状 态 ， 否 则 ， 电极 的线 圈 极易 被 烧 坏 。因 此 ， 系统 设 定 电机 启动 与制 动时 间都 是 l 0 S 。 3 系统的控制实现 3 ． 1 P L C 的硬件 配置 P L C采用 松 下电工 F P 1 ． C 4 0系列 。P L C的输 入 继 电器 x， 用于采集各个被控对象的报警信号 开关 维普资讯 赵成林 ， 姜周曙 ， 陈雷 ， 等．P L C在风机盘管测控系统中的应用 量输人 。输 出继 电器 Y， 用 来控 制 系统设备 中的被 控 对象 开关 量输 出 。主要 内部继 电器 R， 用 来 接 水流开关 风 机过 载 冷 l 过 载 冷 2 过 载 冷 l 高低 压 冷2 高低压 加热超 温 仪表 超温 缺水报警 水 流开 关 电流 过载 冷机防冻 收上位机发送来的命令 ， 作为被控对象的启动与制 动 开关 。 电气 控制 原理 ， 如 图 3所 示 。 冷 机 1 冷机2 流量 泵 循环 泵 风机 电机 循环风 机 加热 图 3 P LC 电 气 控 制 原 理 3 ． 2 P L C 的软件 程序 设计 根 据系统 的控 制要 求 ， P L C程序有 开 关量 检测 、 延 时保 护 、 报警 、 故 障处 理 、 与上位 机 的通 讯 等功能 。 其程 序 的梯形 图 ， 如 图 4所示 。 H 卜 0 M V ,K 10 0 ，S V 2 ] l R 9 0 1 3 I F 0 M V,K1 0 0 ， S V 口 R R一 - I， T M X 2 ，S V 2- 3 _ { ／卜 T M X I ，S V I - 1 j } _ f [ Y D F 卜一 [ 1 - 1 0 0 MV ,K 1 8 0 0 ，s T 1 4 R71 R2 T2 4 R31 vii 1 - 3 H _ { Y 7 -3 H 3 0-3 阿一如 图 4 P LC 梯 形 图 9 N 混合 水箱 加热 报警 3 ． 3 P L C 的通讯 因系统需要 上位机进 行在 线监 控 ， 选 用 台湾摩莎 公司 MO X A 的 C P - 1 3 2型多功能 串口卡 。P L C的网络 应用层是以其专用通讯协议 ME WT O C O L为基础设计 。ME wT O c O L 协 议 分 为 ME WT O C O L ． C O M 和 M E WT O C O L - D A T A 。系 统 采 用 ME WT O C O L ． C O M 协 议 ， 适 用 于 P L C与 计 算 机 的 通 讯 。上 位 机 是 基 于 L a b V I E W 设 计开发 的 ， 它与 P L C的通讯 选择 了 V I S A 接 口标准。V I S A控制仪器的简单流程 ， 如图 5所示。 图 5 VI S A 控 制 流 程 图 通讯前 ， 要对端 口的波特率 、 奇偶校验位、 数据 长 度 、 停 止 位进 行 设 置 。P L C的 端 口在 F P WI N G R 中设置 。上 位机端 口设置 由 P L C决 定 。然 后 ， 打 开 端 口， 上 位机 发 出控 制指 令 。 4结束语 本 系统 研 制 完成 后 ， 已成 功在 杭 州 电子 科 技 大 学人工环境 与信息技术重点实验室投入运行 ， 已经 用 于测试 多家公 司 的风机 盘管 ， 证 明其性 能稳 定 、 运 行可靠 、 各项测试精度均达到国家标准。 下转第 6 2页 维普资讯 6 2 Me c h a n i c a l ＆E l e c t ri c a l E n g i n e e ri n g Ma g a z i n e V o 1 ． 2 3 N o ． 6 2 0 0 6 机 电工程2 0 0 6年 第 2 3卷 第 6期 利用 视 觉 原理 ， 同样 的 物体 在 较 近 的距 离 下摄 像 头 中成 的像 比较 大 ， 较 远的距 离则 成 的像 比较小 。 通过 这个 可 以确定 人与 机器人 之 间的距 离是 否达 到 要求 。 利用初始位置矩形的几何 中心作 为标准中心 ， 人 与机 器人之 间 的距 离作 为初 始距 离 。一旦 当人 走 动 ， 则人 在 摄像 头 中 的像 每 隔 0 ． 5 s与 标 准 的矩 形 进行对比。计算出要移动的方向和距离 ， 把命令 传 给 控制 系统 ， 然后就 由机器人 的轮 子执行 ， 达 到跟踪 的 目的。 在实验 中要求机器人 的中心线始终指 向人 ， 而且 始终与人保持初始 的距离。人前进 ， 机器人前进 ； 人 后退 ， 机器人后退 ； 人改变 方 向， 机器人也改 变方 向。 3 ． 3跟踪 与避 障 的结合 机 器人在 跟 踪 的过 程 ， 可能 会 遇 到 障 碍物 。这 时就要 避障程 序 和跟踪 程序 同时 执行 了。在 确保 绕 过 障碍 物 的情 况 下 ， 以最 快 的 速度 跟 踪 上 人 。这 里 所提 到的障 碍物包 括 固定不 动 的障碍 物和会 移动 的 障碍物 ， 避障程序完全可以实现对移动障碍物 的避 障 。当人后 退 ， 机 器人 后退 ， 后退 到机 器人感 觉不 能 再 后退 了 ， 机 器人 就停 止 了 ， 不管 这个 时候 人与机 器 人 之 间的距 离 了。 4 结束语 该 机 器 人在 实 验 室经 过 十 多次 试 验 ， 取得 比较 理想的效果 ， 能够精确计 算出 目标人几何 中心与机 器人 之间 的距 离 ， 实 现运 动 目标 跟踪 ， 鲁 棒性强 。 有 待改 进 的是 对 彩 色 物体 的 跟踪 ， 通 过 获 取更 多 的人体 运动 信 息 ， 可 以 提 高跟 踪 的鲁 棒性 。在 实 验过 程 中 ， 发 现 当障碍 物 比较 小 的 时候 机 器 人 实 现 避障困难 ， 这需要通过增加传感器的数量来提高避 障 的性能 ， 如 果能 用超 声 波 传 感 器会 得 到 更 加 理想 的效 果 。避 障过程 中 目标 人 可能会 离开 摄像 头的视 野 ， 容易导致机器人找不到 目标人 ， 下一步工作就是 要 求机 器人 在避 障的过 程 ， 摄 像 头会转 动 ， 保 证 目标 人 始终 在机 器人 的视野 中。 参考文献 [ 1 ] 廉锋． 基 于视觉的移动机器人 目标跟踪 和运 动学习 研究 [ D] ． 同济大学硕士学位论 文 ， 2 0 0 4 ． [ 2 ] 李艳 ， 高 峰 ， 林廷圻 ． 3自由度移 动机 器人 的模糊 跟踪控 制 器 设 计 [ J ] ． 西 安 交 通 大学 学 报 ， 2 0 0 4 ， 3 8 5 5 21～5 2 4 ． [ 3 ] 张翮 ， 熊 蓉 ， 楮 健 ， 等． 一种 全方 位移 动机 器人 的运动分析 与控制 实现 [ J ] ． 浙江 大学学 报 工学 版 2 0 0 4。 3 8 1 2 1 6 5 01 6 5 3 ． [ 4 ] 方建军 ， 陈海峰， 周峰， 等． 基于 P I C单片机控制的智能 玩具机器人 [ J ] ． 机器人技术与应用 ， 2 0 0 3 ， 1 3 7 3 9 ． [ 5 ] 陈卫平 ． 全区域覆盖 自主移 动机器人 路径规划 与避障 的研究 [ D ] ． 南 京理 工大学硕 士学位论 文 ， 2 0 0 4 ． [ 6 ] 刘风然 ， 田红芳 ， 王侃． 基 于单 片机 的移动 机器人 自 动避障控制系统 [ J ] ． 中国仪器仪表 ， 2 0 0 1 ， 3 2 7 2 9 ． [ 7 ] 刘 小 明， 庄越 挺 ， 潘 云鹤 ． 基 于模 型 的人 体运 动 跟踪 [ J ] ． 计算机研究与发展 ， 1 9 9 9 ， 3 6 1 0 1 2 6 81 2 7 3 ． [ 编辑 罗 向 阳] 上接 第 5 9页 参考文献 [ 1 ] G B ／ T 1 9 2 3 2 2 0 0 3 ． 风机盘管机组 [ s ] ． [ 2 ] 李光 旭． 风机 盘 管机 组性 能 实验 装 置 的设计 与 研 究 [ J ] ． 暖通空调 ， 2 0 0 0 ， 3 0 3 2 4 2 5 ． [ 3 ] 李莉 ， 庄友 明， 张建一． 风 机盘管机 组热工 性能测试 方法研究 [ J ] ． 流体机械 ， 2 0 0 4 ， 3 2 6 6 3 6 6 ． [ 4 ] 姚福强， 高正中， 姚福安． 基于 P L C与变频器串行通信的变 频恒压供水系统[ J ] ． 微计算机信息 ， 2 0 0 4 ， 2 0 8 91 0 ． [ 5 ] 可 编程 控制 器 F P系列 编程手册 [ z ] ． 松下 电工株式 会 社． [ 6 ] 张 凯 ， 周 陬 ， 郭 栋． L a b v i e w虚 拟仪 器工 程设计 与开发 [ M] ． 北京 国防工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 编辑 李辉 ] 维普资讯