PLC和WinCC在空调温湿度自控系统中的应用
PLC和WinCC在空调温湿度自控系统中的应用
李 力1，罗秋芳2，薛江清3
(1．广东科学技术职业学院广州学院， 广东广州 510640；2．广东中烟工业公司广州卷烟二厂， 广东广州 510310；
3．广东科学技术职业学院机电学院， 广东珠海 519090)
摘囊：介绍了蛹2和winCC在空调温湿度自动控制系统中的应用。为了提高卷烟生产环境温湿度测控的精度，基于PROFIBUS
DP网络技术建立了网络架构，利用PIE实现了温湿度的自动控制功能，并运用WinCC组态软件开发了监控管理系统。实践表
明，该系统极大地提高了温湿度的控制精度，
关键词：PLC；Wince；温湿度；自动控制
中图分类号：TP273 文献标识码：B
系统运行稳定，可靠性高，控制灵活，功能齐全。
文章编号：1009—9492(2009)06--0104-03
I引言
卷烟是一种特殊的商品，不同的温湿度环境对卷烟的
储存时间和卷烟的质量有直接的影响。故卷烟生产对生产
环境的温湿度要求很高，工艺要求温度为24+20C，湿度为
55％±5％；储存要求温度必须低于30℃，湿度小于75％。
在未改造前，本企业的空调温湿度利用二十世纪八十年代
初生产的温湿度控制器进行控制，生产现场和储存仓库的
温湿度采用毛发温湿度记录仪记录。此种记录仪是机械式，
不仅精度低、反应慢，而且不能将温湿度反馈到中央空调
控制室。由于空调范围广，空调运行工巡检难度大，造成
温湿度不能及时调控，从而影响温湿度的稳定性。基于此，
本文利用PLC和WinCC实现温湿度的数据采集及监控。
2系统硬件结构
SIEMENS公司S7—300系列PI￡采用机架式结构，可
以灵活地配置控制点，同时S7—300系列既可以作为上位
机与计算机连接，又可以作为下位机直接与传感器、控制
器通讯。PROnBUS是欧洲国家标准的现场总线，它由3
部分组成：PROFIBUS—DP(分散型外围设备)、
PRO兀BUS—FMS(现场总线报文规范)、PROFlBUS—PA
(Et程自动化)。作为一种国际化、开放式、不依赖于生产
厂商的通信系统工业标准，PROFIBUS因其技术的先进性、
成熟性和广泛的适用性在我国受到各界的重视。
此次电控改造覆盖了企业所有生产场所的空调环境，
包括四台400吨19DK离心式制冷机(中央空调)、21台
50匹柜式空调。该系统采用德国SIEMENS公司S7—300
收稿日期：2009坼13
PLC作为控制系统的主站，s7—224 PLC和TD200人机界
面作为控制系统的子站，这些PLC均配置PROFIBUS—DP
接口。PROFlBUS—DP用于现场层的高速数据传送，主站
周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信
息，用PROFIBUS—DP现场总线网络技术实现PIE与PIE
之问、PLC与上位机之间的数据通讯【21，从而实现了分散
控制与集中管理的要求。控制系统的主站和上位机设在中
央空调控制室，中央空调风房和柜式空调分别设置16个
PLc子站。
系统构成图如图I所示。
图1 系统构成图
万方数据
口冒墨盈函雹墨匿圈 堕旦差多
使用PBOFIBUS—DP网络技术建立网络架构，即以现
场总线为纽带，把单个分散的测控设备变成网络节点，形
成底层现场智能设备与高层的系统信息共享。全部子站连
接至中央空调控制室的上位机，这样空调子站数据通过主
站采集上来。上位机通过主站向各子站获取数据，完成各
种控制、运行参数的监测、报警和趋势分析等功能，子站
PLC配置有TD200，可以在生产现场显示该区域的温湿度、
压缩机肩停状态，以及设定温湿度等。
由于各个子站较分散，网络电缆的敷设长度达1000m
以上。考虑到远距离传输的问题，在必要的地方利用
RS485中间继电器将传输信号进行了放大，同时做好系统
的接地和网线屏蔽T作，从而有效地减少了车间现场产生
的干扰，保证了系统的可靠运行。
3系统软件设计
3．1上位机软件
上位机监控程序设计选用SIEMENS WinCC组态软
件[I】，WinCC具有强大的图形开发功能和先进的GUI设
计环境，可以开发出界面友好、操作方便的管理系统。
空调运行工通过上位机可以实时了解到不同生产场所、
不同测控点的现场温湿度参数、电机电流、电磁阀开度
等的瞬时值显示、历史曲线显示及报警记录等各种信息，
还可根据需要对控制参数进行设定，从而实现了对空调
环境的自动监控。
在上位机WinCC人机界面上，主要设计r如下几种
功能：
1)监视主界面
包括各个子站的监控子界面。在这屿子界面七，可以
实时显示该环境监测点的温湿度、电磁阀或压缩机的开启
状态、电机的电流等参数，还町显示指定温湿度的半小时
趋势曲线。图2所示为成型机环境的监控子画面。
2)历史曲线主界面
在这里可以查询十天内的任何时段、任何一个温湿度
图2 成型机环境的监控子画面
监测点的温度和湿度的历史曲线。图3所示是卷接包车间
四楼的p11个湿度历史曲线。
3)故障列表主界匝
在这里可以查询一段时期内设备的故障信息，为设备
的调控和维修提供有力的参考。图4所示是成型机的故障
列表。
图3 卷接包车间四楼的四个湿度历史曲线
图4 成型机的故障列表
4)测最值的校正界面
在这个界面上。计量人员可以利用标准温湿度计来校
正现场的温湿度传感器，从而减少测量的误差。图5所示
是其中的一个校正界面。
此外上位机还设计了系统设定主界面、密码登陆界
面、退出系统界面等界面，从而实现了利用控制窀上位机
对现场各子站的实时数据进行动态监控的目的。
3．2 PLC控制软件
PIE为控制级，主站选用西门子S7 315—2DP控制器，
负责向各子站读写数据；子站为S7—224型PLC(成型机
子站的为S7—226型PLC)，负责该区域空调设备的运行信
息(电机运行信号、现场温湿度等)的采集、温度的PID
万方数据
图5 测量值校正界面
调节、湿度的PID调节、TD200的显示以及设定温湿度功
能。
制冷电磁阀(或压缩机)、加热电磁阀、加湿电磁阀
为执行级。具体的控制流程如图6所示。
J■S型
AI I温湿度传感器
PLC 加热电磁阎
AO／
加涅电磁阀
制冷电磁阀
D0
(盛压缩机)
图6 控制流程图
控制思路t JWS型温湿度传感器采样现场环境的温湿
度，通过模拟输入模块送至PLC。PLC根据没定的温湿度
值进行PID运算，由输出模块控制相应电磁阀开度的大小
和柜式空调压缩机的启停。其中温度PID控制加热电磁
阀、制冷电磁阀、柜式空调压缩机，湿度PID控制加湿电
磁阀、制冷电磁阀和柜式窄调压缩机(因为制冷具有除湿
的功能)，最终实现温湿度的自动控制。当现场温度或湿
度高于设定值时，PID会打开制冷电磁阀，当现场温度或
湿度低于设定值时。PID会关闭制冷电磁阀，打开加热和
加湿电磁阀。从而使现场的温湿度尽量接近设定值。
子站PLC直接使用了s7—224软件中的PID模块[3】，
该PID模块的算法如下：
三
M。 =X善n +X|∑+M_曲d + KD tef吧．d)
l
(输出=比例项+积分项+微分项)
其中：MI-一采样时间，l的环路输出计算值；
＆一环路增益；
e。广一采样时间n的环路错误值；
e，。——环路错误的前一个数值；K广积分项的比例常量；帆。广环路输出的初始值；
＆一微分项的比例常量。
在调试过程中，根据各区域的设备的具体性能，经过
反复试验，选择了最佳的＆、K、杨值，使温湿度的调节
达到稳定和振荡最小的状态。
针对模拟输入量干扰大、波动频繁的特点，在PLC程
序中加入了软件滤波[41，以增强抗干扰能力，提高控制精
度。
4结束语
实践表明，该系统投入运行以来，稳定可靠，收到了
良好的效果。
1)提高了控制精度。温湿度的控制精度由原来的8％
提高到3％，保证了卷烟仓库对温湿度的均匀、稳定的要
求，提高了产品仓储条件，保证了卷烟的最佳质量。储存
量比以前增大30％，经济效益增加显著。
2)节能效果明显。基于PROFIBUS—DP现场总线结构
的温湿度测控系统，集成了PROFIBUS—DP和PLC的优
势，控制精度高，反应速度快，所以节约了电能，与旧系
统相比，节约电能约18％。
3)硬件系统布线少，易于维护和扩充，成本低；监
控软件采用WinCC组态软件，也町以很方便地维护和升
级。
4)自动化程度高、操作方便。在上位机和现场
TD200上均町设置温湿度，设定数据方便。上位机全部采
用中文菜单式处理流程以及图形化按键操作方式，采用少
量的按钮便可完成，操作简单。
5)本设计采用PLC作为控制系统的核心，以人机界
面作为监视和控制中心，改进了人工操作方式的弊端，降
低了工人的劳动强度。改造前运行工必须到现场才能掌握
现场的温湿度和设备的运行情况，并需要手动调节温湿度
控制器，改造后运行工只要在中央控制室就可以方便快捷
地完成这些工作。
参考文献：
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国)有限公司．2002．
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Siemens公司．2000．
[4]SIMATIC STEP7 V5．0编程手册[Z】．Siemens公司，2000．
第一作者简介：李力，女，1965年生，四川南充人。大学本
科，讲师。研究领域：自动控制和电子技术。已发表论文2篇。
(编辑：王智圣)
万方数据
PLC和WinCC在空调温湿度自控系统中的应用
作者： 李力， 罗秋芳， 薛江清， LI Li， LUO Qiu-fang， XUE Jiang-qing
作者单位： 李力,LI Li(广东科学技术职业学院广州学院,广东广州,510640)， 罗秋芳,LUO Qiu-
fang(广东中烟工业公司广州卷烟二厂,广东广州,510310)， 薛江清,XUE Jiang-qing(广东
科学技术职业学院机电学院,广东珠海,519090)
刊名： 机电工程技术
英文刊名： MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING TECHNOLOGY
年，卷(期)： 2009，38(6)
引用次数： 0次
参考文献(4条)
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2.马献果.曹奇英.焦阳 现场总线技术的应用及发展[期刊论文]-石油化工建设 2006(3)
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4.SIMATIC STEP7 V5.0编程手册 2000
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本文是课题组的一个研究部分，但为更进一步现场总线的支持、分布式控制和远程监控等高级功能的深化研究奠定了良好的基础。
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jxkf200906034.aspx
下载时间：2010年5月25日
PLC和WinCC在空调温湿度自控系统中的应用.pdf
