施耐德Micro和Twido系列PLC在啤酒生产线冷冻站控制系统中的应用

［摘要］：［关键词］： 组态王 恒压供水 pid 流量计摘要：本文详细的介绍了基于施耐德 Micro 和 Twido PLC在啤酒生产线冷冻站控制系统中的应用，系统的网络拓扑结构，工艺流程和故障处理等等。
关键词：Micro PLC  Twido PLC   Modbus协议   故障处理

1.引言
随着自动化水平日新月异的发展，啤酒生产线冷冻站系统对控制和故障处理的要求也越来越高。在此系统中，使用了施耐德Micro 和Twido 系列PLC,并通过Modbus 总线实现协调控制，远程监控，故展处理等功能，大大提高了生产率，降低了保养维护成本。

2.产品介绍
在此系统中，每台压缩机制冷机组都是由Twido PLC 进行控制的，通过数字量模块和模拟量模块采集传感器信号，实现手自动增减载，开停机和故障检测，以及把故障信号上传至上位监控计算机。
Twido PLC属于施耐德小型自动化产品家族中的一员，有13中本体单元，15种离散量扩展模块，8种模拟量扩展模块，最多可以扩展至264个I/O，现在新型的TWDLCAE40DRF更集成了以太网接口，可以通过Modbus TCP/IP 使设备直接接入以太网，使得高速数据通信和远程监控变得更容易。另外，Twido家族还增加了一个新成员-CAN open模块TWDNCO1M，通过该模块，可以实现对变频器和智能仪表等设备的高速数据通信。
                                                                  
3.系统构成及工艺简介  
啤酒生产工艺以及原料成品的保存，空调系统所需要的冷量都是由冷冻站提供的。冷冻站有五台开启式压缩机组制冷，每台机组都是以Twido PLC为核心进行控制的，可以实现根据负荷状况自动进行增减载和开停机。通过与系统PLC的通讯，还可以实现五台机组的协调工作。五台机组共用一个蒸发冷系统。氨液经过蒸发冷系统冷却后，通过三个氨分板换机组与系统冷媒丙二醇进行换热。有三台变频泵分别控制着流进每台板换机组的丙二醇的流量，从而保证板换机组的出口温度能够保持在-4摄氏度，达到工艺要求。从板换机组出来的-4摄氏度低温丙二醇返回PG罐（丙二醇的储存罐）。由生产现场返回的高温丙二醇在PG罐的上部，从板换机组返回的低温丙二醇在PG罐的下部。根据生产工艺对丙二醇温度的不同要求，通过调节高温和低温丙二醇的混合比例，控制最终供出丙二醇的温度达到工艺要求。

4.控制系统网络结构


控制系统网络结构如上图所示。压缩机控制器选用Twido系列 PLC TWDLMDA20DRT，它本身所带的一个通讯口和一个文本式人机界面相连。通过人机界面可以设定压缩机的工作方式和运行参数，手动起停压缩机组，检查压缩机的运行状况，查看机组故障情况等。每一个PLC扩展一个通讯口，做Modbus从站，连在Modbus总线上，实现和系统PLC的通讯。
系统PLC选用Micro系列PLC  TSX3721001。Micro系列PLC的通讯功能非常强大，支持Modbus，UN-TELWAY，TCP/IP等多种通讯协议。系统PLC扩展一个TSXSCP114通信卡，做Modbus主站，通过Modbus网络和Twido PLC通讯，监控五台压缩机的运行状况。Micro PLC TSX3721本身带两个通讯口，其中一个通信口和触摸屏连接，另外一个通信口和施耐德工业以太网模块TSXETZ410相连。TSXETZ410模块在此起到一个网桥作用，一端通过UNI-TELWAY总线和系统PLC交换数据，另一端通过TCP/IP协议挂在一个小型的工厂局域网上，这样局域网上的监控计算机就可以监控整个冷冻站的运行状况了（监控计算机上运行的是组态王监控软件）。触摸屏人机界面作为上位监控计算机的后备设备，同样能够实现监控计算机的功能，在上位监控计算机或局域网出现故障时，能够保证整个系统运行正常。局域网上其他系统的控制设备也可以通过局域网和系统PLC交换数据。

5.系统PLC实现的控制功能  
系统PLC除了实现如上所述的通讯功能外，还要实现对整个系统的控制。

1.对丙二醇系统的控制。丙二醇系统流程如下图：



利用Micro PLC集成的PID功能块，实现对6个回路的自动控制，包括三个氨分板换出口温度，一个0摄氏度，一个－1摄氏度供液温度控制，一个恒压供液控制。利用PLC的模拟量采集模块，采集过程信号（五个温度信号，一个压力信号），与设定值进行比较（设定值在操作界面上可设定），根据偏差值运算出结果，通过模拟量输出模块，转换成标准信号控制变频器的频率和调节阀的开度。对PG罐液位的控制是通过检测丙二醇系统压力，决定是否打开放空阀和是否进行补水。

2.对蒸发冷系统的控制。蒸发冷系统流程如下图：


蒸发冷系统包括3组蒸发冷凝器，每组包括两台风机和一台循环水泵。蒸发冷系统有自动和手动两种工作方式，手动方式下，可以手动分别起停每一台风机和水泵。自动方式下，根据冷凝压力的大小，按设定的顺序开启一定数量的风机和水泵。

3.五台压缩机的协调工作。五台压缩机组既能够独立运行，也能够根据负荷情况自动投入运行和退出，这种情况下，压缩机组的投入和退出是由系统PLC决定的。系统PLC通过通讯获得每台压缩机组的工作状况，再根据负荷情况决定哪一台压缩机组投入或退出。

4.故障处理。通过数字量输入模块或通讯，采集系统内所有设备的故障状态，并根据故障等级，进行报警提示和停止相关设备等处理。通过通讯，把所有故障情况上传监控计算机。

6.总结
本系统采用工业以太网实现上位机与控制层Micro PLC的通信，使数据采集效率更高，当然，Twido PLC 家族增加了一个新成员－内置以太网功能的TWDLCAE40DRF，因此，也可以使用该Twido PLC 来提高效率，这样可以大大降低成本。