基于plc的温室控制系统基于PLC和ＡＰＰ的GMP远程监控系统设计与应用

导读引　言GMP车间浓缩结晶釜和干燥机的温度、湿度、压力、pH、电机运转频率、电机电流等数据，通过PLC数采系统，传到组态王监控平台，我来为大家讲解一下关于基于....

引　言GMP车间浓缩结晶釜和干燥机的温度、湿度、压力、pH、电机运转频率、电机电流等数据，通过PLC数采系统，传到组态王监控平台，我来为大家讲解一下关于基于plc的温室控制系统?跟着小编一起来看一看吧!

基于plc的温室控制系统

引　言

GMP车间浓缩结晶釜和干燥机的温度、湿度、压力、pH、电机运转频率、电机电流等数据，通过PLC数采系统，传到组态王监控平台。

传统的GMP以人工现场操作参照就地仪表面板显示为主，操作环境复杂、劳动强度大、能效率低，已不适应自动化生产和管理的需要。作为GMP自动化生产的重要组成环节，以GMP浓缩结晶，干燥为试点的的自动化和数据采集信息化水平亟待提高。

自动控制、计算机和物联网技术的迅速发展，为受控对象数量多、环境复杂、布置分散、人工操作工作量大的场合提供了最优控制的设计方案。

GMP现有浓缩结晶釜7台，干燥机5台。分布在GMP的浓缩结晶室和干燥室，采集温度、湿度、压力、pH、电机运转频率、电机电流等数据。由于采集数量众多，安装范围广，依靠传统控制手段无法满足操作、计量、维护和管理的需要，迫切需要一套集中监控平台实现对GMP统一管理和监控显得十分必要。GMP采用基于PLC和手机ＡＰＰ的集中控制系统进行。

GMP以室内温度为主要控制对象，控制系统实时监视室内温度并与设定温度相比较，通过偏差的比例、微分和积分（PID）运算调节空调水阀门开度，达到自动跟踪室内温度变化的目的。

与基于ＤＤＣ、分布式控制（ＤＣＳ）的自动化控制系统相比，PLC具有运行可靠、编程简单、硬件配置灵活、网络功能完善、易于系统扩展等特点，在自动化控制系统中得到广泛应用。采用PLC的智能化GMP控制原理如图１所示。

图１　单台机组的PLC控制原理框图

实际应用中，GMP车间内同时运行的多台反应釜、干燥机等设备有相互独立的工作参数、运行操控和状态反馈；智能末端PLC的使用，使构建数字化监控平台实现多台机组的远程集中控制成为可能；本系统以设备分类，多台设备的PLC与监控中心连接时，通过GMP内局域网与工业控制计算机（ＩＰＣ）实现以太网连接，其网络拓扑如图２所示。

图２　监控平台网络结构示意图

监控平台的主要设计目标是以PLC为基础，构建一个基于以太网的数字化集中监控系统，通过对各机组实时数据采集和状态监控，达到远程操作、自动计量、事故干预、科学分析和专家决策的目的。

首先完成各设备和就地PLC的通讯和数据采集；在与GMP智能监控中心同步实施的过程中，完成了网络通讯和GMP集中监控平台建设；依托集中监控平台，对基于手机ＡＰＰ的远程监控系统，选择物联网工业4G智能模块访问监控平台的工业计算机，通过云服务器，在手机客户端实时监视各机组运行参数和工作状态。

２　硬件设计

实现系统功能的硬件设计任务主要包括PLC组态和电气原理图设计、监控平台工控机配置和远程通信框架设计。其结构如图３所示。

图３　系统硬件结构

２．１　PLC控制系统

GMP智能终端选择西门子S7-200SMART系列PLC，主要硬件配置包括CPU　ＳＲ４０，模拟量输入输出模块EM　AM０６；并配置TD400CHMI人机界面实现设备调试和就地手动操作。ＳＲ４０自带２４点ＤＣ输入和１６点继电器输出，集成ＰＲＯＦINＥＴ接口；通过AM０６可扩展４路模拟量输入和２路模拟量输出；硬件配置满足系统需求，是性价比较高的集成方案。

PLC的DI信号主要包括操作方式选择、本机启动和停止、风机过载保护、压差和防冻检测、阀位状态等；而PLC则以风机、阀门、声光报警器为主要控制对象；

PLC采用热电阻ＰＴ100测量送风温度，变送输出４～２０ｍＡ电流信号至AM０６输入端，模拟量输入还包括４～２０ｍＡ的湿度信号以及０～１０Ｖ的电动水阀开度反馈信号；PLC的ＡＯ输出实现水阀的开度调节，给定信号ＤＣ　０～１０Ｖ（４～２０ｍＡ）对应于０～100％的阀门开度。

2.2　上位机监控平台

监控主机选择研华ＩＰＣ－６１０Ｈ型工业控制计算机，配置以太网口和RS232串口，内置开发版和运行版工业组态软件；由于各设备分散安装于GMP车间的不同房间，监控计算机安装PLC编程工具，便于末端PLC程序调试和设备检修，降低工程人员劳动强度，提高作业效率。

2.3　手机ＡＰＰ远程监控系统

远程通讯模块选择物联网工业4G智能网关，该模块集4G、ＷＩＦＩ、以太网以及RS485串口于一体，支持多种PLC和标准MODBUS协议，通过用于过程控制的工业标准（ＯＬＥ　ｆｏｒ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｃｏｎ－ｔｒｏｌ，OPC）方式，可方便地与多款组态软件交换数据。本系统在集中监控平台建设完成的基础上扩展远程通讯模块，增加手机ＡＰＰ远程监控功能，选择以监控计算机为从站的MODBUS通讯方式，监控主机无需连接外网，亦不改变PLC和监控平台的硬件配置、网络结构和运行环境。

３　软件设计

３．１　PLC程序设计

S7-200SMART　PLC在STEP7－Micro／ＷINSMART编程环境下完成硬件配置、通讯端口和数据保持设置、规定保护权限等工作；编程软件支持ＬＡＤ、ＦＢＤ、ＳＴＬ　３种模式，提供PLC程序的在线编辑、监控和调试。

实现GMP数采监控功能的PLC程序模块包括数据采集、PID运算、手动操作、自动控制、通讯模块以及故障报警等。

PLC以送风温度为控制对象，目标温度通过TD400C或监控平台输入并可在线修改，给定比例增益、采样周期、积分和微分时间，PLC执行图４所示的PID指令完成PID运算功能。

图４　PID指令

　PID运算所需要的参数通过变量存储器Ｖ给定，其对应关系如表１所示。表１　PID参数