PLC与智能仪表在热泵远程监控系统中的应用

王 皓

(广东金融学院，广州 510520)

目前，环境污染、能源短缺已成为全球共同面对的难题，在此背景下进行技术改革势在必行。应用空气源热泵技术能够提高资源利用率，节能率超过50%，达到了缓解高峰用电紧张局势的目的。空气源热泵运用逆卡诺循环原理驱动热水机组，在空气中利用冷媒吸取热量，再经由热交换器作用释放环境中的热量并加热冷水，同时热水也能够被用户直接利用。热泵系统具有运行成本低、集热效果好、安全环保、结构简单等优势。为助推该系统的稳健发展，探析PLC与智能仪表在热泵远程监控系统中的应用就显得尤为重要。

1 热泵系统构成及其功能

为提高热泵系统运转效率，需持续改进控制系统，确保该系统的安全可靠、低耗高效。可通过改进控制系统来达到优化制热能效比(COP)的目的。基于此，将热泵热水机组视为控制系统核心，并综合以往的研究设计经验设计了工业控制网络，囊括了管理网、控制网及设备网，旨在全面管控热泵系统。

在控制网络内，设备网、管理网及控制网要执行各自的特定任务，但又相互关联在一起，构成了综合性较强的监控体系。在系统控制过程中，设备网属于现场执行机构，可根据指令深入现场采集数据，并驱动热泵机组完成补水、开关、除霜、循环加热、保护及故障处理等控制动作。系统指挥中心为控制网，可基于PLC对热泵系统的运行情况进行控制，以确保该系统的安全稳定。通过PC机管理网将设备网、控制网关联在一起，最终构设成了能够满足系统运转需求的监控网络[1]。

2 基于PLC及智能仪表设计热泵远程监控系统

2.1 下位机系统

热泵系统通过改革，不断增强了可靠性。在此基础上，应完善控制系统，并以空气热源泵热水机组集中控制需求为导向来进行PLC程序的编写。在系统控制进程中，主要囊括泵自动循环切换、三段定时运行、机组启停、液位控制、水箱温度、补水控制、故障报警、供水回水控制及变频器供水等控制环节[2]。

2.2 上位机系统

在系统控制中，通常情况下会运用触摸屏、工控机、组态软件及相关编程软件来完成监控设计任务。其中组态软件具有可视性、功能多、性能稳定、易于二次组态等优势，在系统设计中较为常用。基于PLC的热泵远程监控系统选用了MCGS来进行系统开发，使监控系统中的设备具有数据采集、流程控制、报警提示、历史曲线、实时曲线、报表输出及权限管控等功能。

可利用RS—422MCGS转变接口并与PLC连接在一起，在实现通道连接及通信参数设置目标的前提下，能够提高设备数据及控制指令实时传输的精准性、实效性。在设备构件中，基于PLC的MCGS通道连接分为可读、只写及只读三种。其中继电器输入用只读操作，用可读、可写操作输出继电器、中间继电器、变量存储器。MCGS负责处理设备相关数据信息，再经由脚本程序存入数据中，可面向用户实时显示检测数据。用户运用有关数据能够精确快速地查询到设备动态信息，了解设备状况，能够为用户运维设备或改进设备管控对策提供依据。

2.3 远程访问

应用IT技术对远程控制系统予以优化能够满足新时代的远程控制需求。在技术应用过程中，常见的网络形式主要有Modem网、TCP/IP网、串口网等类型。基于PLC的热泵远程控制系统MCGS网络组态软件选用了TCP/IP协议，立足于系统设备参数和控制指令对服务器予以统一管控及调配。在拥有权限的前提下，用户可通过网络随时访问服务器。在MCGS运行中，后台积极调配数据库内的资源，可通过保存、处理来满足远程用户的访问需求。若更多用户访问相同的MCGS系统，则会降低该系统运行速率并出现异常。为避免MCGS发生故障，需对服务器进行升级迭代，旨在提高系统的可靠性、安全性、稳定性[3]。

3 数据采集系统

3.1 PLC及AVR通信

目前，热泵热水器作为一般设备仅具有基础性控制功能，还不具备智能性控制能力。为满足新时代工业热泵系统的管控需求，引入了PLC赋予其远程管理控制能力，可针对设备数据进行实时采集处理，并将处理结果传输至上位机内，能够为管理网下达指令远程操控设备提供依据。PLC在工业控制中设有通信端口，在热泵远程控制系统内，该端口可选用485ADP模块。单片机是热泵系统主板与PLC实现通信网络转换连接的重要元件，能够实现远程在线实时控制系统构设的目标，使系统内部数据能够在PLC及AVR之间相互传递。

可以Mod bus RTU格式为依托来实现单片机的通信目标。经由CRC校验保障，此方式的数据传输更为精准高效。为提高通信质量，需对总线予以规范。RS—485总线技术要求传输速率最大为10 MB/s，传输距离最远为1 200 m，传输最大值的节点为32，同时需确保总线接地，并运用差分接收、平衡发送的工作模式[4]。

对热泵通信主板端口进行初始化处理时，要求数据位8位，波特率为9 600 bit/s，停止位1位，并应用CRC(循环冗余码)进行校验，充分发挥差错校验方式的实践优势。可任意选则校验字段及数据信息字段，以提高数据传输的可靠性及精准性。PLC接收CRC指令后，能计算出极为精确的校验码，使单片机通信系统得到了优化，该系统程序的运转速率也会随之提升。

3.2 水箱温度及液位数据采集

基于PLC的热泵机组温度信号来源渠道丰富，包括水箱温度、环境温度、供水温度、回水温度，等等。为获取温度数据，需配置若干传感器，需根据测温需求调配参数，并配合控制系统来选用设备，如A级铂电阻Pt100型温度传感器。以该传感器为例，测温范围在-50℃～300℃，在标定后，其精度高达±0.2 k。热泵远程控制系统经由4AD-PT模块转换面向PLC寄存器内传输由传感器搜集到的温度数据。需应用压力变送器对水箱水位进行检测，并在2AD模块驱动下将数据变送并输出至PLC端。可以0～3 m为依托来控制液压变送器量程，输出标准电流信号为4～20 mA，要在程序编写的基础上予以换算，旨在精准获悉系统参数，并在远传水表环节予以管控，确保系统控制指令能够驱动智能仪表。在PLC内的数据，可通过管理网为用户提供查询服务。

3.3 能耗数据采集

能耗是热泵远程监控系统的关注要点，旨在使该系统实现绿色、环保、低耗的运行目标。为满足系统数据查询需求，要针对能耗予以管控，可基于PLC对系统内的编码式直读远传水表、多功能复费率电表的数据进行采集并将其实时显示出来。依据现场总线技术改革了变频器、智能仪表、控制器等设备，应用RS-485接口能够保障通信方式规范且统一。需根据Mod bus协议对智能仪表通信数据完成控制及采集任务，并根据有关数据不断调整系统电能处理对策，继而实现热泵远程监控系统能耗控制管理目标。