关键词：组态王，PLC，热泵热水机组
Abstract: Based on processes behaviors of the air-source heat pump water heater operation, this article introduce the computer supervision and control system which is composed kingview and PLC to complete the design of monitoring system and realize data acquisition and management, run state‘s display, and hitch decision and report. The monitor system friendly and practical. And it could be convenient to operate.
Kewords: kingview , PLC, air-source heat pump water heater
0 引言
空气源热泵热水机组是一种高效利用能源和实现环保的热水系统。它主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四部分组成，其工作过程是利用设备内的吸热介质（冷媒）从空气或自然环境中采集热能，经压缩机压缩后提高冷媒的温度，并通过热交换器冷媒放出热量加热冷水，从而将环境里的热量转移到水中，制取的热水通过水循环系统送入用户进行采暖或直接用于热水供应。在空气源热泵热水机运转测试过程中, 为了实时掌握机组工作过程，需对机组运行进行实时监控，为此设计了基于组态王与PLC的空气源热泵热水机组运行的计算机监控系统。
1 空气源热泵热水机组监控系统的设计
监控系统主要由上位机PC系统、下位机PLC控制系统构成。工作中，下位机PLC控制热水机组的运行，同时不断地从各测试点的传感器采集数据, 并通过RS232 接口实时地传送到上位机上, 上位机则实时地以图形化界面显示出热水器的运转测试状况，并将PLC的传送数据进行保存。该监控系统根据所要求的工艺选择了三菱的FX2N系PLC。可编程控制器主要的控制对象是开关量居多，而本系统要求采集温度值、压力值、所以需要加上A/D 转换模块，将采集的温度和压力的模拟量转换为数字量，本系统采用了模拟量输入模块FX2N一4AD。监控系统的控制框图如图1。
图1 监控系统的控制框图
1.1上位机监控界面设计
在监控系统中，上位机监控软件采用国内先进的组态软件—组态王KingView6.5 进行编写。组态王6.5以Windows为工作平台，采用了多线程、COM组件等新技术，充分利用了Windows 的图形编辑功能, 界面友好，使用方便，在每个应用程序中可以建立数目不限的画面，可以方便地构成监控画面，具有丰富的设备驱动程序、灵活的组态方式和数据链接功能，它使得采用PC机开发的系统工程比以往使用专用机开发的工业控制系统更有通用性，大大减少了工控软件开发者的重复性工作，并可运用PC机丰富的软件资源进行二次开发。用其构造监控系统能大大缩短开发时间，并能保证系统的质量。
在用组态王画面开发系统编制应用程序时，要考虑图形、数据和连接三个方面：即用户希望怎样的图形画面? 怎样用数据来描述工控对象的各种属性? 数据和图形画面中的图素的连接关系是什么?
本系统监控包括两方面内容, 首先采集空气源热泵热水机组的相关参数, 然后分析采集到的数据作出相应的控制, 以保证空气源热泵热水机组的正常运行和按工艺要求运行。
根据空气源热泵热水机组运行原理设计的监控界面如图2所示，主控画面以图形显示，简洁且形象的模拟了空气源热泵热水机组的运行状况, 实时动态显示各监测参数, 并可以对空气源热泵热水机组的运行进行相关控制。监控系统设计有实时显示故障报警画面、查询历史报警，并可以设置报警的极限值，历史曲线画面可以调出各监测参数的历史记录，以曲线形式形象地表示出来，报表画面可以进行历史报表和实时报表的查询、编辑和打印。
图2 监控画面
组态王开发系统中制作的画面都是静态的，因此必须对这些图形对象进行动画设计，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。组态王中实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置相应的动画属性。在系统运行过程中，图形对象的外观和状态特征，由数据对象的实时采集值驱动，从而实现了图形的动画效果。
以下是本监控系统实现动态的部分设计命令语言：
if（\\本站点\风机==1&&\\本站点\风机动<360）
\\本站点\风机动=\\本站点\风机动+20;
else
\\本站点\风机动=0;
if（\\本站点\水阀1==1&&\\本站点\移动一<60）
\\本站点\移动一=\\本站点\移动一+7;
else
\\本站点\移动一=0;
if（\\本站点\水阀2==1&&\\本站点\移动二<60）
\\本站点\移动二=\\本站点\移动二+7;
else
\\本站点\移动二=0;
if（（\本站点\水阀1==1||\本站点\水阀2==1）&&\\本站点\移动<90）
\\本站点\移动=\\本站点\移动+10;
else
\\本站点\移动=0;
if（\\本站点\文字移动<100）
\\本站点\文字移动=\\本站点\文字移动+10;
else
\\本站点\文字移动=0;
1.2下位机PLC软件设计
在空气源热泵热水机组系统中，采用PLC控制机组的运行，PLC 以其高可靠性、适应工业过程现场、强大的联网功能等特点，广泛应用于生产工艺过程。根据空气源热泵热水机组的工艺要求，对空气源热泵热水机组提出具体的控制要求主要有开机控制、关机控制、智能除霜控制、辅助电加热控制、自动防冻控制、保护控制、手动除霜控制，确定PLC输入输出连接如图3所示：
图3 PLC输入输出连接图
设计开机主程序框图如图4：
图4 开机主程序框图
在空气源热泵热水机组控制系统中，为了保护机组正常运行，设计以下各种保护，其保护装置及其具体功能如下：
断水保护控制：当机组进入运行状态，水泵启动后检测水流，在水泵运行过程中若发生断水则保护开关动作，控制板故障报警指示输出，并立即停止水泵及机组的工作。在外部故障消除后，即断水保护开关闭合时，而且压缩机在启动间隔时间到后，关闭报警，按正常启动过程启动机组。
高压保护，超高水温保护：进入运行检测状态，当压力过高或当水温超高时，则控制板故障报警指示输出。在外部故障消除后，关闭报警，按正常启动过程启动机组。
低压保护控制：机组在运行工作中（融霜过程除外），控制系统始终监视低压开关的状态。当压力过低出现异常导致开关动作，控制板故障报警输出。
2 上下位机通讯
在实现对热泵热水机组的实时监控过程中，上位机监控系统要完成与下位机联机运行，串行通讯方式是组态王与I/O设备之间最常用的一种数据交换方式，任何具有串行通讯接口的I/O设备都可以采用此方式。本系统中的下位机FX2N PLC基本单元模块提供了一个RS232异步串行通信口，在控制系统比较简单，PLC的应用程序调试成功后，则可以使用这个通信口和计算机连接，对PLC进行读写操作，以实现和上位机的通信。
下位机FX2N PLC通过RS一232串行通讯电缆连接到安装了“组态王”计算机的串口，组态王软件内嵌各种PLC 驱动程序，组态王把每一台下位机看作是外部设备, 用户只需按照设备配置向导选择PLC 的类型, 组态王将自动完成相应驱动程序的启动, 建立与PLC 之间的通信。在运行期间，组态王软件和PLC之间采用DDE （ 动态数据交换） 的方式通讯，通过驱动程序和下位机PLC交换数据，包括采集数据和发送数据指令。本系统设计中, 组态王与PLC 之间通信采用的是PPI 通讯协议，组态王通过串行口与PLC 进行通信，访问PLC 相关的寄存器地址，以获得PLC 所控制设备的状态或修改相关寄存器的值。监控系统上位机采用COM1 端口, 而PLC采用内置RS-232 端口, 通信方式采用半双工方式，同步启动停止，设置通讯参数波特率为9600，数据位7 位，停止位1 位, 偶校验。
3 结束语
空气源热泵热水机组是一种新型节能产品，它以环境空气作为低品位热源，可以取之不尽，用之不竭，是一种可替代锅炉的供暖设备和热水装置，本文的创新点在于运用组态王与PLC设计的空气源热泵热水机组计算机监控系统人机界面友好直观，而且具有一定的灵活性，易于扩充。完全取代了传统的控制柜和模拟屏显示工艺流程，使开发周期减短，系统运行可靠、灵活、稳定。该监控系统的设计不仅改善了安全生产状况，而且在很大程度上提高了生产的自动化水平，对于其他监控系统的设计也具有很强的借鉴意义。
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