關健字：Haiwell(海為)國產PLC、擴展通訊模塊、遠程IO模塊、潔凈室中央空調、計算機監控系統、RS-485網絡、RS-232網絡、ModBus通信協議、主站、從站
一、引言：
隨著科技的進步，人們已經不滿足對同一建筑物內的數據進行采集、分析和處理。在很多場合，我們需要對地理位置分布較散或在幾座建筑物內的各種開關及模擬量信號進行聯網統一監控的情況。
中央空調是對建筑物內空氣的各種參數（如室內溫度、濕度）進行調節的專用系統，它通過對空調機組（加熱、降溫、除濕、增濕）、風機、閥門、泵等設備的開、關及連續調節來控制室內的溫度、濕度及其它參數指標，使之滿足特定場合的要求。
潔凈室中央空調監控系統廣泛應用于醫療、生物、試驗室、電子、溫室、辦公大樓等場合，以監控其室內的溫度、相對濕度、相對大氣壓、風量、塵、菌及有害氣體的濃度等相關參數及指標。
早期中央空調的控制設備多為就地式專用控制器或DDC控制器，控制功能簡單、不易聯網及信息集成度不高等缺點。隨著計算機技術、控制技術和網絡技術的發展，現在的中央空調系統都傾向于采用先進、實用、可靠的可編程控制器（PLC）來進行控制。提高中央空調系統的經濟性、可靠性及可維護性。
二、Haiwell(海為)PLC在潔凈室中央空調系統中的應用實例
<一>、工程概述及電氣控制要求：
1、本工程應用于大型生物制藥公司的生產車間及溫室。生產車間按功能分為12個（P2潔凈等級9個，P3潔凈等級2個，共公水系統1個），溫室4個；
2、考慮到各個生產車間的電氣室在地理位置上分布較散，為便于布線及維護，要求每個生產車間均用一套獨立的PLC控制系統；每個生產車間的運行參數及實時數據要在本地及中央控制室中設定與讀取；
3、每個溫室的運行參數及實時數據要在本地及中央控制室中設定與讀取；
4、P2、P3潔凈等級的11個系統均可設定控制溫度、濕度、負壓；4個溫室可設定控制溫度、濕度；
5、兩個P3潔凈等級的系統需具備兩個或以上的本地數據設定與監控；
6、控制系統要求節能；
<二>、用Haiwell(海為)PLC的實現方法：
1、因各個系統的位置較遠,為便于布線及安裝，每個生產車間（電氣控制室）使用1臺Haiwell 可編程控制器（PLC）；負責對現象各種信號的采集與處理，同時據設定的各種工作參數對現場的執行機構（如電機、閥門、泵等）進行輸出控制，以達到指定的控制效果；
2、4個溫室因信號輸入輸出比較簡單，只有模擬量的輸入（溫度與濕度的實時值）與輸出（風閥的比例調節），考慮到相對距離較遠，為節省成本，選用Haiwell（海為）PLC的模擬量擴展模塊作為遠程IO，用RS-485通訊連接方式與之相近的PLC主機相聯接（或直接與上位機相連），通過PLC主機以通訊方式將當前實時數據讀出及控制遠程模塊模擬量輸出給執行機構；
3、為實現可在本地設定及讀取數據，每臺PLC主機掛一個人機界面（文本或觸摸屏），兩者之間用RS-232或RS-485相聯進行通訊；
4、對于兩個P3潔凈等級的系統因需具備兩個或以上的本地數據設定與監控，所以可以將兩個人機界面（文本或觸摸屏）以RS-485連接方式組成一個RS-485網（一臺人機界面作為主站，其余的作為從站），作為主站的人機界面與Haiwell(海為)PLC主機的RS-232（COM1）口或擴展通訊模塊進行通訊，以達到多個本地設定與監控的目的；
5、在本系統中，要達到節能的效果，除在工藝控制上進行合理的處理外，在系統硬件配置上，風機、泵的驅動執行機構可采用變頻器；變頻器的開關可用PLC的DO進行控制，而其運轉的頻率可用Haiwell(海為)PLC的模擬量輸出信號或直接用PLC與變頻器通訊的方式進行控制；
6、因各個車間的電氣控制室（PLC）相距較遠，且距中央監控室距離很遠，各個Haiwell(海為)PLC主機可用RS-485的連接方式組成1~2個RS-485子網與位于中央監控室的計算機（上位機）進行通訊，達到從遠程對各個控制系統進行監視與控制的目的。
<三>、選用Haiwell(海為)PLC的理由（優點）：
1、節省投資成本：
（1）、Haiwell(海為)PLC的性價比高，節省投資成本，除自身帶有各種外設接口（開關量輸入、開關量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出、高速計數器、高速脈沖輸出通道、電源、通信端口等）外，還可擴展各種類型的擴展模塊，進行靈活的配置，便于日后的系統擴展與升級；
（2）、Haiwell(海為)PLC的主機本身自帶有幾個模擬量輸入輸出通道（AI/AO），且其各種模擬量擴展模塊均有一個用于通訊連接的通訊口（RS232或RS-485），所以， Haiwell(海為)PLC的模擬量擴展模塊支持并行總線（直接用擴展總線掛到PLC主機的擴展接口上）與串行總線（用模擬量擴展模塊上的通訊口與PLC主機的通訊口進行通訊連接）兩種方式進行對模擬量輸入輸出通道的擴展，當用串行總線進行擴展時，可作為遠程IO模塊，不受AI/AO點數的擴展限制；這一點對于有大量模擬量信號（溫度、濕度、壓差、風量、流量、風機轉速、閥門開度等）需要進行采集及監控的潔凈式中央空調極其重要；
（3）、在第（2）點中提到Haiwell(海為)PLC的各種模擬量擴展模塊均有一個用于通訊連接的通訊口（RS232或RS-485），對于本實例中的4個溫室的控制就可省去PLC主機，而直接用串行總線的RS-485的通訊方式（距離較遠）對溫室的模擬量輸入輸出進行擴展，掛到與之臨近的PLC主機的RS-485口或擴展RS-485通訊口中，可極大地節省投資成本；
2、網絡通訊功能：
（1）、實例通訊需求：在本實例中，每個控制系統（PLC）均要求同時與遠程計算機（上位機）、人機界面（文本或觸摸屏）通訊；P3潔凈等級的2個系統還需2個或以上的RS-485通訊端口（一個與本地的現場設備組成的485子網通訊，另一個與遠程上位機通訊），所以，一臺PLC至少要具備兩個以上的通訊端口才能滿足工程需求；
（2）、Haiwell(海為)PLC具備豐富的網絡通訊功能：各種PLC主機內置2個通訊口（一個為RS-232，另一個為RS-485），可擴展至5個通訊口，每個通訊口都可以進行編程和聯網，都可作為主站或從站。支持1：N、N：1、N：N聯網方式，支持各種人機界面和組態軟件，可與任何帶通訊功能的第三方設備（如變頻器、儀表、條碼閱讀器等）聯網；本實例中，兩個P3潔凈等級的PLC主機要掛兩臺或以上的人機界面，若一臺人機界面與一個通訊端口相連接的話，則該PLC至少需要四個通訊端口方，這樣一來，硬件成本肯定要增加，為節省通訊端口，使用兩個文本或觸摸屏以RS-485連接方式組成一個RS-485網，再與Haiwell(海為)PLC主機的RS-232（COM1）口進行通訊，Haiwell(海為)PLC作為從站。Haiwell(海為)PLC的每個通訊口（包括主機自帶的兩個通訊口或擴展的通訊口）與第三方通訊時均可作為主戰也可作為從站；
（3）、Haiwell(海為)PLC的每個通訊口（包括主機自帶的兩個通訊口或擴展的通訊口）均可用于用于編程和聯網，在日后的維護工作中（如修改程序時），可在不停機的狀態下進行一邊監控當前系統的運行狀態，一邊對其進行維護，以減少系統的停機維護時間，提高生產效應；
（4）、一次性通訊容量大：一個實時性要求很高且數據交換量比較大的監控系統中，PLC與上位機之間的通訊速度及一次性的通訊容量是決定實時性的極為重要的前提與保證。在本實例中，每個系統均有大量的數字量（X、Y、M等）和模擬量需要進行監控與處理，且要以通訊方式上傳到上位機中進行監控與處理，這樣就要求PLC具有極快的通訊速度與通訊容量，否則上位機采集的數據將得不到實時的效果，不能真實反映現場各個系統當前的運行情況。一次向PLC讀取的數據容量大：開關量點（如X、Y、M、T、C、SM）可達255個或16位數據（如V、SV、CCV、TCV、AI、AQ）可到48個，有了如此大的數據讀取容量后，計算機在向PLC發讀取實時數據的命令后，可一次性地將所要監控的數據讀取到上位機中，減少了通訊次數，可極大地提高通訊效應，增強數據的實時性；
（5）、通訊速度快：
A、Haiwell(海為)PLC內置多種通訊協議：內置Modbus RTU/ASCII協議、自由通訊協議以及海為公司的HaiwellBus高速通訊協議。海為PLC的通訊波特率可高達57600（默認通信格式為19200，N，8，2 RTU）；本例中計算機與PLC之間使用Haiwell(海為)PLC內置的Modbus RTU通訊協議，比ASCII方式在通訊速度上來的快，提高數據的實時顯示與處理；PLC作為從站用Modbus協議與上位機通訊時，PLC不需編寫任何的通訊程序；
B、極為便利的通訊指令系統：使您無論使用何種通訊協議都只需一條通訊指令便可完成復雜的通訊功能，編程簡單而程序簡潔，無須再為通訊端口沖突、發送接收控制、通訊中斷處理等問題煩惱，可以在程序中混合使用各種協議輕松完成您所需的各種數據交換；
C、通訊的收發均采用中斷的方式：所有通訊的收發均采用中斷的方式，編寫再多的通訊指令也不會影響用戶程序的執行周期及響應速度，而用戶程序的執行周期（掃描時間）也不會影響通訊的即時收發，這樣，在實際應用中保證了通訊的即時性與高效性，即使5個通訊口同時進行繁忙的通訊處理，PLC系統將對其進行快速統一地調度；
（6）、組網靈活：本實例中，PLC與外圍設備之間的通訊有以下幾種：
A、PLC與上位機之間用RS-485，PLC作為從站，通訊協議為Modbus；
B、PLC與單個或多個人機界面（文本或觸摸屏）之間用RS-232，PLC作為從站，通訊協議為Modbus；
C、PLC與變頻器之間用RS-485，PLC作為主站，通訊協議為Modbus；
D、PLC與遠程模擬量擴展模塊之間用RS-485，PLC作為主站；
E、PLC模擬量擴展模塊（遠程IO）與上位機之間用RS-485直接通訊，計算機作為主站；
3、系統的可擴展性：
一個系統在設計或調試完成后，并不能保證此系統就是完整無缺的，在日后的維護保養中，在很多情況下，隨著生產規模的擴大或生產工藝的改變要對原有控制系統進行升級或擴展，此時對于用戶來說只有兩種選擇：一種為重新購置控制系統，另一種為在原有系統基礎上進行升級或擴展。重新購置控制系統的成本太高且耗力耗時，為不得不作出的情況；而在原有系統基礎上進行升級或擴展的方法，可充分利用原有資源，即節省成本，又可省去大量的因施工和調試帶來的不便與時間；所以，作為控制系統中最為重要設備的PLC，其擴展性能是極為重要的。
（1）、Haiwell PLC采用高速并行總線進行擴展，滿足您對實時控制的嚴格要求。S系列PLC可擴展最大為7個擴展模塊，各種類型的擴展模塊能充分滿足各種應用的需求；
（2）、Haiwell(海為)PLC的模擬量擴展模塊支持串行總線方式進行對模擬量輸入輸出通道的擴展，當用串行總線進行擴展時，不受AI/AO點數的限制；這一點對于有大量模擬量信號（溫度、濕度、壓差、風量、流量、風機轉速、閥門開度等）需要進行采集及監控的潔凈式中央空調極其重要；
（3）、Haiwell(海為)PLC可帶5 個均可用于編程與通訊聯網的通訊端口，加上內置的各種通訊協議，可方便地與第三方通訊設備進行聯接與通訊，為今后的通訊擴展打下堅實的基礎；
4、系統的方便性與可維護性：
對于一個系統有PLC參與控制的控制系統來說，PLC在使用方便性及可維護性方面是關系到整個控制系統的使用方便性及可維護性，而PLC在使用方便性主要體現在編程與調試上。
（1）、Haiwell(海為)PLC編程軟件易學易用且功能強大：是一款符合IEC 61131-3規范的PLC編程軟件，它支持LD（梯形圖）、FBD（功能塊圖）和IL（指令表）三種編程語言，編程人員可選擇自己熟悉的語言進行快速的編寫程序，可運行于Win98/Win200X/WinXP操作系統環境下；極為便利的通訊指令系統，無論使用何種通訊協議都只需一條通訊指令便可完成復雜的通訊功能，無須再為通訊端口沖突、發送接收控制、通訊中斷處理等問題煩惱，可以在程序中混合使用各種協議輕松完成各種數據交換；程序項目結構模塊化，可建立共32個程序塊（主程序）、子程序、中斷程序，任意選擇您喜歡的語言進行編程，程序塊的執行順序可任意調整；
（2）、Haiwell(海為)PLC編程軟件在調試過程中顯得極為方便：具備內置仿真器，帶內置仿真器的PLC編程軟件，全面實現PLC程序的仿真運行。在編程過程中間或程序編寫完成后，可用仿真器在完全脫離PLC的情況下仿真運行PLC程序，以檢查程序執行是否正確；同時，具備強大的在線聯機與在線監控調試功能，可選擇網上的任意一臺PLC進行在線監控等操作，并可將監控到的數據以曲線圖的方式顯示，極大地減少現場調試時間，降低調試難度，提高調試效率；
（3）、Haiwell(海為)PLC的硬件與軟件均采用模塊化結構，在日常的維護中，只要對需進行處理或修改的模塊進行相應的升級與修改，減小了因誤操作或修改不當造成的風險，增強了整個系統的可維護性；
<四>、控制系統結構示意圖：
1、所有Haiwell(海為)PLC以RS-485方式與上位計算機相連，計算機作為主站，PLC作為從站，上位機定時向每臺PLC發讀取數據的命令，PLC接收到該命令后，立即組織相應的數據并發送到指定通訊端口中上傳給上位機，上位機對接收到的數據進行處理并顯示，完成遠程中央集中監控的要求；當上位機向指定的Haiwell PLC發寫入（設定）數據的命令時，PLC接收到該寫入命令后，對相應的寄存器進行數據的設定，并立即組織相應的數據發送到指定通訊端口中上傳給上位機，上位機對接收到的數據進行處理并判定數據設定是否正確，完成遠程中央集中設定數據的要求；
2、位于中央監控室或辦公大樓內的工程師站用于對整個控制系統的日常維護，工程師站可通過以太網或其它辦公信息網絡及中央監控室主機對所有的設備進行在線監控，從而達到遠程維護的目的；
3、配掛一臺人機界面（觸摸屏或文本）的Haiwell PLC系統（P2系統1~P2系統11），用PLC的RS-232口（COM1）與人機界面相連，PLC作為從站，人機界面作為主站，利用Modbus通訊協議可輕松實現Haiwell PLC與人機界面的通訊連接；
4、配掛兩臺或以上人機界面（觸摸屏或文本）的Haiwell PLC系統（P3系統1、P3系統2），先將兩臺或以上的人機界面組成一個RS-485網絡，并將其中的一臺作為通訊的主站，其余的作為從站，后再把作為主站的人機界面的RS-232口與PLC的RS-232口（COM1）相連，PLC作為從站，利用Modbus通訊協議可輕松實現一臺Haiwell PLC與人機界面的通訊連接；
5、為節省投資成本，對于有多臺變頻器、配掛有Haiwell 模擬量擴展模塊或第三方通訊設備的PLC系統，使用主機本身自帶的RS-485口（COM2）或擴展通訊模塊端口（RS-232/RS-485可選），相連接進行通訊控制，PLC作為主站，其它設備作為從站，通訊協議可用Modbus或自由協議；
6、模擬量擴展模塊在本實例中的應用：
A、用并行總線擴展作為PLC主機的本地擴展IO：如上圖中的P2系統1，用模擬量輸出通道直接控制變頻器的運行頻率；
B、用串行總線擴展作為PLC主機的遠程擴展IO：如上圖中的P3系統2，PLC主機通過RS-485通訊對遠程模擬量輸入輸出通道進行控制；
C、用自帶的通訊口（RS232或RS485可由用戶自行選擇）及內置的通訊協議直接與上位機連接：如上圖中的溫室3，由上位機通過通訊命令采集模擬量輸入通道的值或設定模擬量輸出通道的值；
注：在通訊能力方面，因海為的每種機型的PLC主機、擴展通訊模塊、模擬量擴展模塊均內置有Modbus RTU/ASCII協議、自由通訊協議，所以可非常容易與第三方通訊設備（包括計算機、觸摸屏、文本、變頻器、變送器、智能儀表等）進行快速的通訊連接，目前，就用于工業上的控制設備，基本上都支持Modbus通訊協議，即使不支持Modbus通訊協議的設備，也可用Haiwell PLC的自由通訊協議對其進行通訊。
<五>、通訊方面的編程：
從上面的示意圖可看出，PLC所涉及到的通訊比較多：PLC即要與人機界面、變頻器、遠程IO通訊，還要與遠程上位機進行通訊，每種設備的通訊還要非常即時，否則將影響實際控制的效果，對于此類控制系統，PLC的通訊能力及對通訊方面編程的方便性是至關重要的。
1、Haiwell(海為) PLC與人機界面的通訊實現（RS232或RS485）：因海為的每種機型的PLC主機、擴展通訊模塊、模擬量擴展模塊均內置有Modbus RTU/ASCII協議，所以只要利用相應人機界面的界面編程軟件編寫要進行監控的畫面及數據（在該數據的屬性定義窗口中填寫PLC寄存器或位地址的相應Modbus通訊地址）后，下載到人機界面中運行，即可實現PLC與人機界面的通訊，而無需對PLC進行編程；
2、Haiwell(海為)PLC與變頻器實現、遠程IO的通訊實現：因海為PLC作為主站，所以要在程序中編寫通訊的控制程序。實現起來很簡單，只要利用一兩條MODR和MODW指令即可實現，象什么通訊中斷、通訊標志位、優先級、數據的收發等，屬于通訊底層而又難于理解與掌控的東西全由Haiwell PLC自己統一處理與完成操作，編程人員只要關心發送前的數據準備及接收到數據后從接收數據的寄存器中取出數據進行處理，大大降低了編程與調試的難度，提高編程效應，簡化了程序；
3、Haiwell(海為)PLC模擬量擴展模塊與上位機的通訊實現：Haiwell(海為)PLC模擬量擴展模塊也與Haiwell PLC主機一樣，內置有ModbusRTU/ASCII通訊協議，上位機作為主站，模擬量擴展模塊作為從站，不需要對模塊進行其它的程序處理；
4、Haiwell(海為)PLC與上位機的通訊實現：Haiwell PLC與上位機（計算機）通訊時，若PLC作為從站且選用Modbus RTU或ASCII通訊協議，在對讀取或設定的寄存器地址是連續的情況下（如要讀取或設定M0~M255），在PLC上是不需要進行編寫通訊程序的；在本例中，因考慮到數據的實時性要求，且要進行監控的PLC數據地址又不連續，為了節省通訊時間與通訊次數，將要進行上傳到上位機的數據在PLC中進行處理與優化，方法如下（操作簡單、方便）：
A、新建一個離散位地址表，添加要進行上傳到上位機的各種離散的位地址（如Y0、M100等）；
B、用BTOW指令將剛建離散位地址表中的所有離散的位地址轉換到地址連續的寄存器中；
C、（若只要讀取前面的位地址，此步可省）新建一個離散寄存器地址表，添加要進行上傳到上位機的各種離散的寄存器地址（如V0、V100、CCV12等）；
D、用WUNW指令將剛建離散寄存器地址表中的所有離散的寄存器地址轉換到地址連續的寄存器中；（注意：在第B步與D步中轉換后的寄存器地址要連續）
E、OK，完成！就這樣簡單，用戶只做了添加了兩個指令使用表及兩條數據轉換指令，即完成了所有要監控的PLC數據上傳到上位機的通訊操作，其它的讓Haiwell PLC去處理。
F、至于上位機向Haiwell PLC設定數據，因大部分情況下，上位機向PLC設定數據時，為安全起見，一次通訊只設定一個數據，在此情況下，無需對PLC進行任何的編程。
三、工程應用總結
1、利用Haiwell（海為）可編程控制器（PLC）便利的通信功能及強大的通訊擴展能力（一臺PLC最大可達5個通訊端口，每個通訊端口均可用于編程與聯網通訊監控），輕易、經濟的實現了與各種外部設備的通訊（計算機、變頻器、人機界面、遠程IO模塊），使生產過程中的數據能快速實時地傳送到本地或遠程監控中心，實現了信息的集中處理與分散控制及數據的共享；
2、利用Haiwell（海為）可編程控制器（PLC）易學易用人性化的編程軟件與平臺，可輕松實現各種功能的工業控制（開關量的邏輯控制、模擬量的連續控制等）程序的編寫，加上全方位的內置仿真程序及遠程上下載程序與在線監控功能，對工程的程序編寫與調試工作，大大降低了其難度，節省了工程調試時間；
3、利用Haiwell（海為）可編程控制器（PLC）的模擬量擴展模塊的串行連接功能，可作為遠程IO，對模擬量的采集量與控出量要求很多的情況，輕松實現無限制點的擴展，極大地提高了控制系統的配置靈活度及日后的控制擴展能力，減少了模擬量信號的布線量，同時也減小了因模擬量信號線過長帶來的干擾問題，節省工程投資成本；
4、利用Haiwell（海為）可編程控制器（PLC）強大的與第三方設備通訊的能力，極其容易地化解了較難實現的工藝控制要求（如一臺PLC同時要與計算機、變頻器、兩臺以上的人機界面通訊），大大節省了工程投資成本，為企業提高市場競爭力提供了先機。
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