浩納爾（天津）自動化科技有限公司
                                       卞盛﹑秦雪峰﹑王華強

    [摘要]：本文主要介紹美國HORNER公司最新產品“一體化控製器OCS”配合GPRS裝置在小區換熱係統中的應用。
[內容]：
一

、引言
    北(bei)方(fang)的(de)冬(dong)天(tian)天(tian)氣(qi)寒(han)冷(leng)，各(ge)家(jia)各(ge)戶(hu)都(dou)需(xu)要(yao)暖(nuan)氣(qi)過(guo)冬(dong)。因(yin)此(ci)各(ge)個(ge)居(ju)民(min)區(qu)都(dou)要(yao)建(jian)立(li)小(xiao)區(qu)換(huan)熱(re)站(zhan)。換(huan)熱(re)站(zhan)主(zhu)要(yao)應(ying)用(yong)於(yu)集(ji)中(zhong)供(gong)熱(re)係(xi)統(tong)中(zhong)，集(ji)中(zhong)供(gong)熱(re)係(xi)統(tong)具(ju)有(you)熱(re)慣(guan)性(xing)大(da)
、滯後明顯以及受溫度


、天氣因素幹擾較大等特點，使得整個係統調節控製難度增大

，並且傳統的換熱控製大多數采用繼電器
、變bian頻pin器qi等deng進jin行xing簡jian單dan控kong製zhi，係xi統tong調tiao節jie完wan全quan憑ping以yi往wang積ji累lei的de經jing驗yan，運yun行xing維wei護hu的de成cheng本ben過guo高gao，效xiao率lv低di下xia。針zhen對dui熱re網wang調tiao節jie中zhong上shang述shu的de狀zhuang況kuang，采cai用yong計ji算suan機ji監jian控kong管guan理li係xi統tong對dui熱re網wang實shi行xing集ji中zhong監jian控kong是shi一yi種zhong行xing之zhi有you效xiao的de方fang法fa。該gai係xi統tong具ju有you如ru下xia顯xian著zhu的de特te點dian：
Ø jiankongzhongxinjisuanjitongguogexianchangkongzhishebeishishicaijixianchangshuju
，jiankongzhenggegongrexitongdeguanjianshuju，duirewangdeshuiligongkuanghereligongkuangjinxingzonghefenxi，ranhougenjurelifengbuzhuangkuangjishitiaozhenggongrewendudengcanshu
，xietiaozhenggexitongwending、可靠的運行
，充分發揮係統的最大效能，降低成本。
Ø 在地理位置相對分散的各換熱站中則采用美國HORNER公司的一體化控製器（OCS）進行現場控製，通過先進的PID算法，克服了傳統PID控製器時間常數過大，調節慣性大，容易超調產生大幅度振蕩等缺點，同時通過一體化的人機界麵現場顯示和操作十分方便。
Ø 通過串行通信協議與現場多台變頻器進行實時通訊
，采集變頻器的關鍵參數並不斷進行調整，使水泵工作在最佳狀態下。
Ø 在數據傳輸方麵
，通過先進的GPRS網絡與中心計算機實時通訊，節約了大量布有線網絡所造成的時間
、人力、資金的消耗。
Ø 下麵就針對上述幾部分內容進行詳細的說明。
二
、高度集成的一體化OCS控製器簡介
    您是否在PLC的應用過程中遇到過這樣的問題：I/O設備，PLC，xianshishebeiyijiwangluofenbielaiziyubutongdechangjia，womenyaohuaxuduoshijian，jingfeijiangtamenjichengdaoyiqi
，erqiekenenghaixuyaogoumaihaojizhongruanjianbao，henduopeixuncainengwancheng。zhexiewuyizengjialewomengongzuodefuzachengdu
，jianhuanlechanpindeyanfatoufangsudu，tigaolechanpindechengbencongerjiangdileqiyedejingzhengli。nameyoushenmebanfakeyijiejuezhexiewentine
？
    美國Horner一體化控製器（OCS）就是把傳統的PLC控製器、人機界麵HMI
、輸入輸出點I/O和網絡Network集成到一起，僅用一套軟件就可以對整個係統的硬件配置、邏輯程序
、網絡連接和人機界麵進行配置和編輯，大大降低了工程師程序開發的時間和成本。Horner的OCS產品在歐美等發達國家有著非常廣泛的應用
，其特別適合設備製造業
、自動化化生產線及各種DCS係統。美國Horner公司提出的一體化控製理念，越來越為業內人士所接受，正逐漸成為自動化控製行業的主流產品。
    在本換熱係統中主要采用了HORNER X係列的兩款主流產品
，小巧的緊湊型XLE103，和具有5。7寸彩色觸摸屏的LX300。編程軟件使用Horner自己開發的Cscape，並且是免費的。係統配置圖如下，其中XLE103帶有一個小的操作員界麵（128x64背光顯示，帶有16個功能鍵），並帶有內置I/O：12點直流輸入（正/負邏輯）兼容12/24伏，12點直流輸出（每通道最大0。5A), 2通道10-bit模擬輸入（0-10V/4-20mA)。 2路脈衝/PWM輸出功能，另外還可配置4路高速計數器（10kHz）。XLE103自帶2個的RS232/485接口
，支持PLC/Drive通訊協議和一個大容量可移動存儲器插槽（支持標準SD卡）。Xle有集成的CsCAN網絡端口用於高速通訊和I/O擴展。每個Xle都是直流供電。Xle能被安裝在DIN導軌上。LX300自帶 5。7寸標準彩色觸摸屏。支持CsCAN網絡接口和遠程I/O模塊（SmartStix）。

三、 OCS控製器具有靈活的PID控製功能和豐富的運算能力
    現代化的換熱站需要實現全自動的恒壓恒溫供水
，因此PLC要yao根gen據ju現xian場chang變bian送song器qi反fan饋kui回hui來lai的de溫wen度du壓ya力li等deng參can數shu來lai調tiao整zheng變bian頻pin器qi的de頻pin率lv。控kong製zhi兩liang台tai循xun環huan泵beng和he一yi台tai補bu水shui泵beng的de轉zhuan速su，從cong而er控kong製zhi二er次ci供gong熱re的de溫wen度du和he壓ya力li。
    此係統的PID完全由軟件編程實現，不需要添加任何外圍設備，最多可以實現8路獨立的PID控製。並且LX300的掃描速率在0。2ms左右
，對PID的響應速度很快。其中最具優勢的是其具有參數自整定得功能
，使最終用戶即使不具備PID理論知識也能快速進行PID調節，用戶隻需開啟PID的自學習功能，PLC就可以根據工作狀況自動找出比例係數

、積分時間、微分時間等參數。等到PID參數找到後就自動切入控製程序，其PID調節的具體畫麵如下所示：
    此換熱係統共需要3路PID控製：
1、 shixianshiwaiwendubuchang，zidongkongzhiercigongshuiwendugongneng，kongzhiqijikeyigenjushedingdegongnuanquxianheshiwaiwendudebianhuazidongkongzhiercicechushuiwendu，youkeyigenjushedingdegudingchushuiwenduweichiercicechushuiwenduhengding，yimanzuyonghuzuijiadejienengxiaoguoxuqiu。
2、 二次側循環變流量調節功能，控製器可以根據係統熱負荷的變化，調整循環泵的轉速，維持二次供、回水溫差（可以調整）恒定，達到最佳的供熱效率和節能效果。新啟動前有一段時間（可以調整）的延時警報，用以提醒可能在現場維護的工作人員注意自身安全。
3、 根據二次回水的壓力調節二次供水的流量

，通過實時檢測二次管網回水的壓力，通過PID調節及時控製二次管網的流量閥。保證二次供水的恒壓。    
四
、OCS控製器與變頻器的通訊
    在工業自動化控製係統中，最為常見的是PLC和變頻器的組合應用
，並且產生了多種多樣的PLC控製變頻器的方法
，其中采用RS-485通訊方式實施控製的方案得到廣泛的應用：因為它抗幹擾能力強、傳輸速率高
、傳輸距離遠且造價低廉。但是，RS-485的通訊必須解決數據編碼、求取校驗和、成幀、發送數據、接收數據的奇偶校驗、超時處理和出錯重發等一係列技術問題，一條簡單的變頻器操作指令，有時要編寫數十條PLC梯形圖指令才能實現
，編程工作量大而且繁瑣，令設計者望而生畏。

    但是在OCS中這一切都變得非常簡單，我們隻需要一個功能塊就可以實現Modbus所有的功能
，即保留了RS485通訊的優點，又省去了複雜的編程工作。以下是編一段通訊程序的例子，可以看到OCS非常簡單的就從變頻器取得了想要的參數：

五、 GPRS與OCS的完美結合
    DTU是指數據終端設備（Data Terminate unit),可以理解為下位GPRS發射終端。使用GPRS的優點是實時在線，當有數據傳輸時才按流量收費。可以省去大量的布線、調試、維護工作，對於地理位置相對很遠的數據傳輸有很明顯的優勢。但是其本身也存在著一些弱點，比如說係統延時時間長（10秒左右）
，信號受周圍環境影響較大
、運營商支持等。
對於此換熱係統，計算中心要求的數據實時性不高（1分鍾左右），而且各個換熱站地理位置相對很遠，所以特別適合應用此種傳輸方式進行PLC和上位機的通訊。其基本示意圖如下：

    換熱控製中心監控畫麵如下：

六、 OCS的其他保護及報警功能
    保護功能包括常規的過壓保護、欠壓保護、缺項保護、漏電保護、過流保護等功能。報警功能包括循環泵故障報警、補水泵故障報警、補水超壓報警、係統軟化水箱壓力過低報警
、二次網回水壓力過低報警、換熱站故障停機報警等功能。
    HORNER OCS產品首次采用了移動存儲技術
，支持普通的SD卡或CF卡（最大可到2G）
， 用於存儲曆史數據和報警信息。在本係統中我們采用了1G內存的SD卡實時存儲報警信息和進行數據備份，當需要查看時，隻需將SD卡拔出並插到計算機上就可以打開全部文件，而且所有文件均可以存為EXCEL格式。