基于Profibus和iFIX的中央空调控制系统

　　0 引言

　　随着工业的迅猛发展，工业生产从过去的低速手工生产发展到高速全自动生产，生产厂家多采用大空间车间恒温恒湿空调系统，空调冷、热、湿负荷差异较大，多为大风量、小焓差空调系统。性能优良、稳定可靠的自控系统是恒温恒湿空调系统正常运行和高效节能的前提，分散控制、集中管理是空调自动控制广为使用的模式，多为 DDC控制器控制 1 台终端空调或 1 台 PLC控制器控制多台终端空调，通过监控通信网络将检测的运行数据上行传递传至中央控制室上位机，或下行接收上位机的控制命令。为探索应用现代工业控制中性能优异的现场总线技术结合高性价比的 PLC设计高效节能的中央空调控制系统，文中讨论利用 Profibus 现场总线技术和 PLC 结合功能强大的 iFIX 组态软件实现对中央空调系统节能优化控制。

　　1 中央空调控制系统的整体构成

　　该空调系统过程控制的主要特征：①是一个多输入和多输出的非线性、时变、强耦合、大滞后的复杂控制系统;②被控空调区域面积大，发热设备多，扰动大，空气场很不均匀，温湿度传感器布点必须合理;③产品生产需要基本恒定的温湿度环境，空调控制必须考虑室外全年多种工况时如何满足工艺要求的情况，应采取变风量调节;④生产工艺要求相对湿度值较大(50%～70%)，空调控制时必须考虑结露问题;⑤车间空气悬浮超细烟尘较多，在考虑新回风比例时应加以考虑。

　　因此，设计希望系统具备完善可靠的安合保护及故障报警功能，杜绝设备事故的发生;具有分散控制和集中监控的功能;设备工况及运行指标就地实时显示,集中显示及历史数据查询。结合这些特点要求，中央空调控制系统的构成图如图 1 所示[1]。

　　图中上位机负责系统数据的接受与管理，控制命令的发送，系统工作过程的实时显示;PLC 作为下位机，主要功能是读取现场数据，如温度、湿度、压力等，根据现场及操作参数控制现场设备。采用step75.4进行编程控制，实现对系统工作状态的控制，Profibus实现上位机与下位机、下位机与下位机、下位机与现场设备的通信连接。现场还有多种传感器，用来采集各种信号。

　　2 控制系统硬件设计

　　2.1 PLC 控制单元

　　经过对生产功能和需求的分析，确定中央空调的总监控点数为852 点，其中，模拟量输入(AI)点数为 332 点，数字量(DI)输入点数为 184 点，模拟量输出(AO)点数为 161 点，数字量输出(DO)点数为 175点。结合某厂的情况，选用德国 Siemens 公司S7- 300PLC 为 控 制 系 统 的 主 站 ，PLC 均 配 置Profibus- DP 接口。S7- 300 选 CPU315- 2PN/DP, 它集成有Profibus- DP 接口,支持建立主站—从站结构方式的 PROFINET总线接口,该新型 CPU 的特点是:自带一个 PROFINET接口, 其内部集成了一个网关,可以很容易地将 Profibus 上的设备集成到 PROFINET上。另外，该 CPU 能够使用 STEP7 在工业以太网上通过 PG/PC 进行编程,不需另加专用网卡,大大降低了成本。而工业以太网是一个开放的标准,为控制网络升级和扩建留有足够的空间。