儲備庫溫濕度測控系統數字總線(xiàn)解決方案

　　摘要：利用全數字總線(xiàn)技術(shù)實(shí)現儲備庫的溫濕度測量和控制。介紹了系統優(yōu)勢、系統結構、各部件特點(diǎn)、控制方式及策略，最后給出了系統總線(xiàn)測點(diǎn)分布應用實(shí)例。

　　關(guān)鍵詞：儲備庫；溫濕度；數字總線(xiàn)；熏蒸

　　儲備庫溫濕度測控系統能夠對每個(gè)儲備庫內的溫度、濕度進(jìn)行現場(chǎng)巡檢顯示，并根據檢測到的溫度、濕度值實(shí)現對風(fēng)機、干燥機的自動(dòng)控制，以及庫內溫濕度的高低超限報警。所有儲備庫檢測系統組建局域網(wǎng)由中央管理計算機進(jìn)行集中監測顯示，即各儲備庫的溫濕度實(shí)時(shí)值、平均值及各個(gè)傳感器的工位號；所有控制設備（風(fēng)機、干燥機）的運行狀態(tài)和手自動(dòng)狀態(tài)，測控系統的短路、斷路和實(shí)時(shí)報警。并進(jìn)行歷史數據存儲及查詢(xún)、打印。

　　1、系統優(yōu)勢

　　·提高系統穩定性、降低系統成本；

　　·耐化學(xué)腐蝕：特別適用于糧食、煙草等溫濕度測量控制；

　　·施工簡(jiǎn)單，節省材料，縮短施工周期，降低施工成本：只需沿墻（或柱）鋪設總線(xiàn)（二芯/三芯線(xiàn)），測控點(diǎn)附近預留分線(xiàn)器，所有總線(xiàn)匯集在RTM安放處；

　　·節省數據采集A/D轉換成本：RTM測點(diǎn)容量大，一個(gè)RTM可掛接幾百支傳感器；由于傳感器已數字化，無(wú)需再進(jìn)行A/D轉換，除可大大減少布線(xiàn)電纜外，還可大大降低數據采集A/D轉換成本；

　　·RTM上傳感器總線(xiàn)電纜及分支電纜總長(cháng)可達1.5km以上；

　　·傳感器互換性強，每只傳感器都有唯一編號（工位號，可由用戶(hù)指定），工位號相同的傳感器可隨意互換，無(wú)需更改系統軟硬件任何配置；

　　·系統易于擴充：儲備庫控制室無(wú)需更改任何硬件配置，只需增加傳感器及相應連接總線(xiàn)電纜；

　　·系統便于維護，節省維護成本。

　　2、系統結構

　　每個(gè)庫內均配備相應數量的THP\D\W62系列或THP\W60系列數字總線(xiàn)溫濕度傳感器，一個(gè)總線(xiàn)遠程采集單元RTU或總線(xiàn)遠程采集儀RTM及一套PLC，通過(guò)與中央管理計算機共組成三級網(wǎng)絡(luò )。

　　傳感器通過(guò)數字總線(xiàn)與RTU/RTM組成第一級網(wǎng)絡(luò )，在該網(wǎng)絡(luò )中，一個(gè)RTU/RTM可掛接數百支傳感器，總線(xiàn)電纜與分支電纜分布長(cháng)達1500米以上，總線(xiàn)電纜可使用特殊屏蔽雙絞線(xiàn)。RTU/RTM循環(huán)采集顯示庫內的每一只傳感器的溫度、濕度值。

　　在第二層網(wǎng)絡(luò )中，RTU/RTM與PLC組成RS485通訊網(wǎng)絡(luò )，PLC將RTU/RTM采集的溫濕度值及傳感器狀態(tài)信息讀入內存，針對用戶(hù)對儲備庫的控制需求進(jìn)行PLC編程，使PLC具備：根據儲備庫內不同區域溫度、濕度值啟停臨近的風(fēng)機及干燥機的能力；根據庫外溫濕度狀況對儲備庫內風(fēng)機及干燥機進(jìn)行自動(dòng)啟?？刂频哪芰?，保證儲備庫內溫濕度的相對穩定，在控制過(guò)程中，PLC進(jìn)一步實(shí)現儲備庫內溫濕度高低超限報警。系統還具備手動(dòng)控制功能，即通過(guò)硬件電路切換脫離PLC自動(dòng)控制，實(shí)現人工手動(dòng)控制風(fēng)機及干燥機。

　　每個(gè)儲備庫的PLC與中央管理計算機通過(guò)光纖組建成局域網(wǎng)，使用戶(hù)在中央計算機上任意查看每個(gè)庫的溫濕度實(shí)時(shí)檢測值，歷史數據及歷史曲線(xiàn)，并進(jìn)行記錄打印。

　　3、各部件特點(diǎn)

　　3.1數字總線(xiàn)傳感器

　　檢測溫濕度的模擬量到數字量的轉換在傳感器內直接完成，從而解決了溫度數據在傳輸過(guò)程中因干擾和信號衰減而導致的精確度減低的問(wèn)題。集成芯片對檢測誤差隨時(shí)校正，保證測溫測濕的長(cháng)期準確性。溫濕度傳感器集成于一體，每一個(gè)溫濕度傳感器都有唯一的通信地址，只用兩根通信線(xiàn)就可以準確無(wú)誤的將傳感器所采集的溫濕度數據傳遞出去。傳感器會(huì )將短路、斷路狀態(tài)信息傳遞給PLC，由中央管理計算機顯示出來(lái)，一般而言，總線(xiàn)短路會(huì )對連接在該總線(xiàn)上的傳感器產(chǎn)生影響，傳感器斷路只會(huì )對斷路的傳感器產(chǎn)生影響，但RTU/RTM會(huì )自動(dòng)檢測出傳感器所有異常信息，同樣，PLC和中央管理計算機可立刻得到這些信息，從而可迅速對故障點(diǎn)進(jìn)行診斷處理；特殊的總線(xiàn)短路保護措施確?？偩€(xiàn)短路時(shí)，不會(huì )燒損總線(xiàn)上的設備。

　　數字式傳感器的采用使產(chǎn)品的設計，制造，安裝，更為方便快捷。同時(shí)減少了系統數據傳輸的環(huán)節，極大地提高了系統的可靠性，使系統更為穩定，更易維護，并大大地減少了測控系統使用的電纜數量。

　　數字溫濕度傳感器選用進(jìn)口濕敏元件。傳感器功耗極低，可經(jīng)受震動(dòng)、沖擊，可在高溫、高濕下正常工作，并且能在惡劣的化學(xué)腐蝕環(huán)境下正常工作，包括：鹽性大氣、煙塵、二氧化硫（0.5%）、硫化氫（0.5%）、一氧化碳、甲苯、酸（硫酸，硝酸，鹽酸），殺蟲(chóng)劑、煙草熏蒸等。

　　3.2數字總線(xiàn)遠程采集單元RTU/儀表RTM

　　在整個(gè)系統中，RTU/RTM起著(zhù)極其重要的數據采集和傳輸作用。這些重要的數據信息會(huì )通過(guò)通訊傳遞到PLC?？偩€(xiàn)短路、斷路不會(huì )對RTU/RTM或傳感器有任何損壞，但不允許RTU/RTM的輸入電源接錯（RTU/RTM使用交流電AC90—265V，或DC7—36V）。

　　RTU/RTM單元可以采集溫度、濕度數據，具備簡(jiǎn)單的風(fēng)機、除濕機控制功能。

　　RTU/RTM之間采用并行連接，任意兩個(gè)測控單元互不影響。

　　3.3PLC可編程序控制器

　　PLC是適用于各種場(chǎng)合的檢測、監測及控制的自動(dòng)化可編程設備，在數字總線(xiàn)溫濕度監測系統中，PLC完成從RTM采集數據到內存，再上傳給中央管理計算機的通訊樞紐任務(wù)，而且系統中的所有風(fēng)機、干燥機控制及報警功能也由PLC來(lái)完成，控制軟件可根據用戶(hù)需求對PLC進(jìn)行靈活程序設計。系統中每個(gè)PLC都為一個(gè)工作站，所有PLC（即所有儲備庫）又可組成局域網(wǎng)，方便用戶(hù)的集中管理。

　　3.4通訊

　　PLC與RTM采用工業(yè)標準的RS-485通訊協(xié)議，連續數據傳送方式。通訊速度為波特率，標準巡回次數每秒約50個(gè)傳感器數據。PLC與中央管理計算機之間通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)或RS485進(jìn)行通訊。

　　系統硬件防護設計采取多級綜合防護方法，防止外界不利條件對系統的干擾的影響。數字式傳感器及其它器件本身具有自我保護功能，器件之間，例如溫濕度傳感器、RTM、多向連接器、協(xié)議轉換接口、通訊電纜等聯(lián)接處都有特殊光電隔離芯片將器件本身與其它器件完全隔離開(kāi)來(lái)，特別設計使當器件上的雷電感應電壓超過(guò)額定值時(shí)將自動(dòng)斷開(kāi)，可使系統安全工作。整個(gè)系統與其它設施完全隔離。

　　4、控制方式

　　4.1風(fēng)機和干燥機的控制方式

　　設置為現場(chǎng)設備就地控制按扭手動(dòng)操作（即手動(dòng)）、計算機控制系統遠程手動(dòng)操作（即軟手動(dòng)）、計算機控制系統全自動(dòng)控制（即自動(dòng)）三種控制方式。三種方式級別由高到低依次為手動(dòng)，軟手動(dòng)，自動(dòng)。

　　·手動(dòng)：將現場(chǎng)控制臺上的“就地/遠程”旋鈕切換至就地位置，通過(guò)面板上的“啟動(dòng)/停止”按鈕實(shí)現手動(dòng)控制；

　　·軟手動(dòng)：通過(guò)中央管理計算機實(shí)現軟手動(dòng)控制；

　　·自動(dòng)：根據環(huán)境要求設定控制程序，實(shí)現對儲備庫狀態(tài)的自動(dòng)控制。

　　根據以上控制方式，整套系統相應分為如下三個(gè)層次：就地控制按鈕、PLC、中央管理控制室。若中央管理控制計算機或者通訊網(wǎng)絡(luò )發(fā)生故障，PLC現場(chǎng)仍可獨立完成本儲備庫的控制工作。若PLC發(fā)生故障，該儲備庫負責控制溫濕度的風(fēng)機及干燥機仍可通過(guò)切換開(kāi)關(guān)實(shí)現手動(dòng)控制。

　　4.2除濕機及干燥機的啟?？刂撇呗?/p>

　　每個(gè)儲備庫可分為3—4個(gè)分區，每個(gè)分區設2—3臺干燥機及若干通風(fēng)機。每個(gè)分區獨立控制，各區內的干燥機單臺獨立控制，各區內的風(fēng)機視現場(chǎng)具體情況分組控制。

　　5、系統測點(diǎn)分布實(shí)例

　　5.1基本概況

　　某卷煙廠(chǎng)在某地集中有多個(gè)煙草儲備庫，每個(gè)儲備庫面積從3000—6000m2不等，根據其面積大小劃分成幾個(gè)防火分區。每個(gè)防火分區存放幾個(gè)煙垛，設置三臺除濕機。

　　在每個(gè)儲備庫設一配電室和控制室?？刂剖以O置一臺PLC和數字遠程采集儀RTM，配電室設控制除濕機相應的自動(dòng)和手動(dòng)電器設備。由RTM采集儲備庫各測點(diǎn)溫濕度值，RTM和PLC之間采取RS485通訊方式，將采集的溫濕度值傳給PLC。一方面，PLC根據得到的溫濕度值，按照某種算法，通過(guò)一定的控制策略去控制除濕機；另一方面，PLC通過(guò)光纖以太網(wǎng)將儲備庫溫濕度值和除濕機工作狀態(tài)傳給庫區主控室計算機，由主控制室計算機完成各種管理功能。

　　5.2總線(xiàn)驅動(dòng)

　　RTM的一個(gè)數據采集通道總線(xiàn)驅動(dòng)能力可理解為能夠連接的總線(xiàn)電纜長(cháng)度和傳感器數量。一個(gè)數據采集通道總線(xiàn)電纜長(cháng)度包括該通道上的主干線(xiàn)總線(xiàn)電纜和傳感器分支電纜長(cháng)度，一般而言，總線(xiàn)上的傳感器數量對總線(xiàn)的驅動(dòng)能力影響不大，主要是總線(xiàn)上分布電容對驅動(dòng)能力的影響。在安裝設計時(shí)，RTM其中的一個(gè)數據采集通道總線(xiàn)電纜（含傳感器分支電纜）長(cháng)度不要超過(guò)300m，以確?？偩€(xiàn)安全穩定的驅動(dòng)；有困難時(shí)，總線(xiàn)長(cháng)度可適當延長(cháng)，但不要超過(guò)600m。

　　5.3傳感器編號

　　數字傳感器工位號存儲能力在此有特別明顯的優(yōu)勢?？蓪鋷旆刻?、防火分區號、傳感器在防火分區中的編號等信息寫(xiě)入傳感器中，使傳感器能在儲備庫中準確定位，并且易于互換；上位機讀取傳感器信息時(shí)，可將傳感器工位號、傳感器狀態(tài)及測得的溫濕度值一并讀取。

　　工程設計時(shí)，傳感器類(lèi)型可用以下字母表示：

　　·TD——插入式數字總線(xiàn)溫度傳感器；

　　·THP——吊掛式數字總線(xiàn)溫濕度一體傳感器；

　　·THD——插入式數字總線(xiàn)溫濕度一體傳感器；

　　·RTM/RTU共有四位可用于對傳感器工位號進(jìn)行編程。

　　5.4傳感器布置

　　一般使用RTM的五個(gè)數據采集通道即可滿(mǎn)足面積3000—6000m2儲備庫數據采集要求。其中一個(gè)連接室外環(huán)境溫濕度傳感器，另四個(gè)采集通道布置四條二芯數字總線(xiàn)電纜（參見(jiàn)庫房傳感器布置圖），這四條總線(xiàn)電纜沿墻引入儲備庫內各防火分區，并在與傳感器分支電纜連接處設一分線(xiàn)盒。要求四條總線(xiàn)電纜負載即連接傳感器數量和總線(xiàn)主干線(xiàn)和分支線(xiàn)長(cháng)度大致平衡。

　　在儲備庫各防火分區的煙垛上均勻分層布置相應數量的數字總線(xiàn)溫度和溫濕度傳感器。傳感器以易插拔方式與分支電纜密封連接，并通過(guò)分支電纜連到總線(xiàn)分線(xiàn)盒上。

　　傳感器布置時(shí)，一般分三層：頂層、中層、底層。

　　·頂層：以垂吊式布置數字溫濕度傳感器THP6213/5-2C050A，使傳感器分布在煙垛正上方，安裝位置及高度視煙垛堆放高度而定，一般在5—8m之間，連接傳感器至總線(xiàn)電纜分線(xiàn)盒的分支電纜長(cháng)６—16m，頂層的溫濕度傳感器安裝后位置固定。

　　·中層：數字溫濕度傳感器THP6213/5-2C050A分布在煙垛周?chē)?，安裝高度一般在2.5m，連接傳感器至總線(xiàn)電纜分線(xiàn)盒的分支電纜長(cháng)2.5—4m，安裝后位置相對固定。

　　·底層：接不銹鋼插入式溫度傳感器TD186-2C050A和插入式溫濕度傳感器THD6213/5-2C050A，安裝高度為1.5m，這兩種傳感器分支電纜較長(cháng)（22.5—24m），作為可移動(dòng)的溫度和溫濕度傳感器，工作人員可將其插入鄰近煙垛任意位置，不用時(shí)卷起電纜收起傳感器將其放在墻邊傳感器盒中。

　　5.5薰蒸

　　煙草儲備庫和糧庫對其儲備的煙草和糧食會(huì )定期進(jìn)行殺蟲(chóng)薰蒸處理，薰蒸氣體對銅、鐵、鋅具有極強的腐蝕作用。傳感器采取特別的工藝設計，選用耐腐蝕的進(jìn)口濕敏傳感器，對電路板進(jìn)行全密封保護，具有很強的抗腐蝕能力。

　　在安裝分線(xiàn)盒時(shí)，要求對與分線(xiàn)盒連接的總線(xiàn)主干和分支電纜進(jìn)行密封處理，防止對煙草進(jìn)行薰蒸時(shí)，殺蟲(chóng)薰蒸氣體對總線(xiàn)連接導線(xiàn)的腐蝕。

　　為保證傳感器和總線(xiàn)及分支電纜的抗熏蒸、防腐蝕效果，建議在施工設計時(shí)，按照標準化設計，各數字傳感器分支電纜長(cháng)度分為幾個(gè)等級，進(jìn)行密封加工處理。

　　6、結論

　　采用數字總線(xiàn)技術(shù)的儲備庫溫濕度測控系統可提高系統穩定性、降低系統成本。其二芯總線(xiàn)工藝確保系統布線(xiàn)簡(jiǎn)單，密封性能更好，從而做到有效的防熏蒸。環(huán)境溫濕度一體傳感器也已完全數字化，可連接在總線(xiàn)上任意點(diǎn)。RTU測點(diǎn)容量大，驅動(dòng)能力強。尤其是傳感器工位號編程功能，可做到更換測溫電纜或環(huán)境溫濕度一體傳感器不需要更改系統軟硬件任何配置。全數字化儲備庫溫濕度測控系統代替模擬或部分數字方式是必然趨勢。

　　作者簡(jiǎn)介

　　肖培林，男，沈陽(yáng)鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所檢測研究室主任，碩士學(xué)位，高級工程師。曾獲鐵路青年科技拔尖人才、青年科技標兵、沈陽(yáng)鐵路局十大杰出青年等榮譽(yù)稱(chēng)號?，F從事自動(dòng)化控制及計算機應用工作。

　　曹飛龍，男，工程師，學(xué)士學(xué)位?，F從事自動(dòng)化控制及計算機應用工作。