MB+网络和多语言编程在中央空调系统中的应用

黄勤陆，肖甘，刘红

（成都纺织高等专科学校电气系，四川 成都 611731）

0 引言

2002年国际电工委员会公布了IEC 61131－3标准第二版，该标准有两个模型:软件模型和通讯模型。软件模型重点对资源、配置、程序、变量和任务进行了描述和定义。软件模型具有如下特点:可在一台PLC中同时装载、启动和执行多个独立的程序;可实现对程序执行的完全控制能力;能够适应不同的PLC结构，既能适合小型的PLC系统，也可适合较大的分散系统;还支持程序组织单元的重用和分层设计。该软件模型定义的一系列图形化语言和文本语言，不仅对系统集成商和系统工程师的编程带来很大的方便，而且对最终用户同样会带来很大的方便，特别是在程序的移植性和经济性方面，减少了培训、调试、维护和咨询等人力资源，具有明显的优点。

Modbus-Plus网络是法国施耐德公司主推的现场控制网络，应用灵活和方便。下面通过中央空调系统中风机控制系统的应用实例来体现Modbus-Plus网络应用和IEC多语言编程应用特点。

1 系统设计

1.1 系统需求分析

本系统是为满足客户监控需要而设计的，客户具体要求如下:

（1）要求在控制室能够监测每层楼的温度和湿度;

（2）现场维护人员能够在现场操作变频器;

（3）值班人员能够在监控室对设备进行控制;

（4）能够对每台变频器运行状态进行实时监控和对历史运行数据进行分析。

1.2 网络系统模型

根据客户需要，考虑系统的安全性、可靠性、维护性、灵活性等因素，我们设计的网络系统主要由三部分组成:控制柜、通讯网络、监控室，网络逻辑模型如图1所示。

图1 网络模型图

2 系统实现

2.1 实现概况

从图1可以看出，控制系统主要采用了施耐德公司产品。Momentum和ATV61都能很好支持Modbus－Plus、Modbus TCP/IP和UNI-TELWAY等协议，能够无缝的构建Modbus-Plus网络。Modbus-Plus网络是一个对等的高速的控制层网络，采用的是双绞线令牌总线结构，传输速度在规定的传输范围内都能达到1Mbps。该网络应用技术成熟、灵活性强、组网简单、维护方便，具体配置如下:

（1）变频器控制柜放置在各楼层设备房，控制中央空调的风机。该控制柜由ATV61变频器和配套的低压电器组成。ATV61系列变频器是施耐德公司推出的一款高性能变频器，通过Modbus-Plus通讯卡VW3A3302-EN能够很好的与Momentum进行数据的交换。

（2）数据通信网络采用的是施耐德的Modbus-Plus网络，选用的是990 NAD23000网络适配器。本例中站点数为13个站点，Modbus-Plus支持的站点数最多可以达到64点，电缆长度可达450米，加中继器的情况下可以达到1 800米。在设计和安装中特别注意外部电磁信号对网络通信的干扰。

（3）监控室由计算机和PLC柜组成。PLC柜主要是由远程IO控制器Momentum 171CCC96030－IEC组成，上位计算机采用的是研华工控机，组态软件采用GE公司的CIMPLICITTY。监控室实现对空调风机的运行状态显示和控制，可进行远程和本地控制。

2.2 寄存器分配和定义

变频器与PLC之间的数据交换可以通过MB+网络实现，在具体编程前需要对PLC和变频器内部寄存器和变量进行分配和定义，1号和2号变频器对应的寄存器如表1所示。

表1 寄存器对应表

2.3 上位监控

在上位机监控中，根据客户需要，定义了相应得按钮、指示灯和显示仪表，系统具有以下功能，很好的满足了客户需要。

（1）具有远程和本地控制选择。当按下远程控制按钮时，远程控制指示灯亮，系统进入远程控制模式;按下本地控制按钮时，本地控制按钮指示灯亮，系统进入本地控制模式。

（2）远程控制时，可以在监控室控制变频器的启动、停止、设置运行速度等功能。当变频器出现故障时，还可以远程对变频器故障进行复位。

（3）变频器状态显示。不论是远程还是本地控制模式，在监控室都可以显示每台变频器的频率、电流、转速、报警等状态信息。

（4）通过历史曲线功能，我们能够查看该变频器历史工作状态:是否在线，工作时间，每时的工作频率等信息。

2.4 PLC 编程

本项目中变频器的准备、启动、停止、远程和本地选择功能是通过控制字CMD来进行的。CDM不同的赋值，对应变频器不同的工作状态，所以对CMD的控制是整个系统关键的一部份。该PLC支持IEC标准规定的几种语言，特别在ST语言编程中支持运算符、控制语句、函数，能实现复杂的数学运算。经过几种编程语言的预演、分析和比较，发现采用结构化文本语言ST对CDM赋值编成是最合理的。其它语言编程在实现这部分功能时要么可读性差，要么编写起来程序比较长，维护不好，所以最终实现是常用的ST语言。采用ST语言对CMD赋值编程典型语句如下:

END_IF;

从上段程序看出，当复位按钮按下时CMD值为16#0080，设备进入初始状态;当START1 CMD值为16#000F，设备就进行启动状态。通过ELSIF语句很简洁的把控制逻辑需求反馈到了变频器的控制字CMD命令中，程序简洁、易懂和紧凑。

CMD赋值后，我们还需要对CDM寄存器中的位进行处理，位与位之间有时间上的控制要求。采用顺序图和指令表编程不合适，继续使用文本语言和梯形图显然也不合适。经过分析，采用图形语言功能块图FDB最好。FDB编程语言在该PLC中类似于数字电路，用类似与门、或门的方框来很容易表示逻辑运算关系可读性很强，采用FDB语言的CDM的位处理典型程序下如图2所示。

图2 FDB程序

该段程序使用了3种类型的功能块:WORD_TO_BIT、TP和BIT_TO_WORD。WORD_TO_BIT功能是把控制字转换成位，方便对控制字中的位处理。BIT_TO_WORD功能块是对处理完成的位进行字转换。TP功能块是一个时间控制块，输入端IN为1，输出端Q立刻为1，PT控制输出Q时间，该时间值在本项目设计中是一个安全控制值，保证可靠性，避免误操作。从该功能块样例图2中我们看出，使用FDB功能块编程语言对位控制程序简洁易懂，实现方便。

从上面两段程序我们看出，只有根据控制需求合理的使用几种编程语言，才能更好的体现IEC编程语言优势和特点，提高程序可读性和可维护性，提高工程技术人员的效率，减少设备维护和升级费用。

3 结束语

该系统采用的是施耐德公司的主推MB+网络产品，通过项目实施和运行，展示了MB+网络应用和IEC编程语言特点和魅力。IEC标准的制定和广泛应用，为PLC厂家和客户，特别是工程技术人员提供了广阔的空间。

［1］ IEC61131－3 和 GBT15969.3－2005标准［M］，2005.

［2］ Modicon TSX Momentum 系列用户手册［Z］，2010.

［3］ Schneider Altivar 61系列用户手册［Z］，2010.

［4］皱益仁，马增良，蒲维.现场总线控制系统的设计和开发［M］.北京:国防工业出版社，2003.