儲(chǔ)備庫(kù)溫濕度測(cè)控系統(tǒng)數(shù)字總線(xiàn)解決方案

　　摘要：利用全數(shù)字總線(xiàn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)備庫(kù)的溫濕度測(cè)量和控制。介紹了系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、各部件特點(diǎn)、控制方式及策略，最后給出了系統(tǒng)總線(xiàn)測(cè)點(diǎn)分布應(yīng)用實(shí)例。

　　關(guān)鍵詞：儲(chǔ)備庫(kù)；溫濕度；數(shù)字總線(xiàn)；熏蒸

　　儲(chǔ)備庫(kù)溫濕度測(cè)控系統(tǒng)能夠?qū)γ總€(gè)儲(chǔ)備庫(kù)內(nèi)的溫度、濕度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡檢顯示，并根據(jù)檢測(cè)到的溫度、濕度值實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)、干燥機(jī)的自動(dòng)控制，以及庫(kù)內(nèi)溫濕度的高低超限報(bào)警。所有儲(chǔ)備庫(kù)檢測(cè)系統(tǒng)組建局域網(wǎng)由中央管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)顯示，即各儲(chǔ)備庫(kù)的溫濕度實(shí)時(shí)值、平均值及各個(gè)傳感器的工位號(hào)；所有控制設(shè)備（風(fēng)機(jī)、干燥機(jī)）的運(yùn)行狀態(tài)和手自動(dòng)狀態(tài)，測(cè)控系統(tǒng)的短路、斷路和實(shí)時(shí)報(bào)警。并進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及查詢(xún)、打印。

　　1、系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

　　·提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、降低系統(tǒng)成本；

　　·耐化學(xué)腐蝕：特別適用于糧食、煙草等溫濕度測(cè)量控制；

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

　　·節(jié)省數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)換成本：RTM測(cè)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(shù)字化，無(wú)需再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，除可大大減少布線(xiàn)電纜外，還可大大降低數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)換成本；

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

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

　　·系統(tǒng)易于擴(kuò)充：儲(chǔ)備庫(kù)控制室無(wú)需更改任何硬件配置，只需增加傳感器及相應(yīng)連接總線(xiàn)電纜；

　　·系統(tǒng)便于維護(hù)，節(jié)省維護(hù)成本。

　　2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　每個(gè)庫(kù)內(nèi)均配備相應(yīng)數(shù)量的THP\D\W62系列或THP\W60系列數(shù)字總線(xiàn)溫濕度傳感器，一個(gè)總線(xiàn)遠(yuǎn)程采集單元RTU或總線(xiàn)遠(yuǎn)程采集儀RTM及一套PLC，通過(guò)與中央管理計(jì)算機(jī)共組成三級(jí)網(wǎng)絡(luò)。

　　傳感器通過(guò)數(shù)字總線(xiàn)與RTU/RTM組成第一級(jí)網(wǎng)絡(luò)，在該網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)RTU/RTM可掛接數(shù)百支傳感器，總線(xiàn)電纜與分支電纜分布長(zhǎng)達(dá)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(kù)內(nèi)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(nèi)存，針對(duì)用戶(hù)對(duì)儲(chǔ)備庫(kù)的控制需求進(jìn)行PLC編程，使PLC具備：根據(jù)儲(chǔ)備庫(kù)內(nèi)不同區(qū)域溫度、濕度值啟停臨近的風(fēng)機(jī)及干燥機(jī)的能力；根據(jù)庫(kù)外溫濕度狀況對(duì)儲(chǔ)備庫(kù)內(nèi)風(fēng)機(jī)及干燥機(jī)進(jìn)行自動(dòng)啟停控制的能力，保證儲(chǔ)備庫(kù)內(nèi)溫濕度的相對(duì)穩(wěn)定，在控制過(guò)程中，PLC進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)備庫(kù)內(nèi)溫濕度高低超限報(bào)警。系統(tǒng)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(xiàn)人工手動(dòng)控制風(fēng)機(jī)及干燥機(jī)。

　　每個(gè)儲(chǔ)備庫(kù)的PLC與中央管理計(jì)算機(jī)通過(guò)光纖組建成局域網(wǎng)，使用戶(hù)在中央計(jì)算機(jī)上任意查看每個(gè)庫(kù)的溫濕度實(shí)時(shí)檢測(cè)值，歷史數(shù)據(jù)及歷史曲線(xiàn)，并進(jìn)行記錄打印。

　　3、各部件特點(diǎn)

　　3.1數(shù)字總線(xiàn)傳感器

　　檢測(cè)溫濕度的模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換在傳感器內(nèi)直接完成，從而解決了溫度數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中因干擾和信號(hào)衰減而導(dǎo)致的精確度減低的問(wèn)題。集成芯片對(duì)檢測(cè)誤差隨時(shí)校正，保證測(cè)溫測(cè)濕的長(zhǎng)期準(zhǔn)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(zhǔn)確無(wú)誤的將傳感器所采集的溫濕度數(shù)據(jù)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(jì)算機(jī)顯示出來(lái)，一般而言，總線(xiàn)短路會(huì)對(duì)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(duì)斷路的傳感器產(chǎn)生影響，但RTU/RTM會(huì)自動(dòng)檢測(cè)出傳感器所有異常信息，同樣，PLC和中央管理計(jì)算機(jī)可立刻得到這些信息，從而可迅速對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行診斷處理；特殊的總線(xiàn)短路保護(hù)措施確保總線(xiàn)短路時(shí)，不會(huì)燒損總線(xiàn)上的設(shè)備。

　　數(shù)字式傳感器的采用使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，制造，安裝，更為方便快捷。同時(shí)減少了系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)更為穩(wěn)定，更易維護(hù)，并大大地減少了測(cè)控系統(tǒng)使用的電纜數(shù)量。

　　數(shù)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(shù)字總線(xiàn)遠(yuǎn)程采集單元RTU/儀表RTM

　　在整個(gè)系統(tǒng)中，RTU/RTM起著極其重要的數(shù)據(jù)采集和傳輸作用。這些重要的數(shù)據(jù)信息會(huì)通過(guò)通訊傳遞到PLC。總線(xiàn)短路、斷路不會(huì)對(duì)RTU/RTM或傳感器有任何損壞，但不允許RTU/RTM的輸入電源接錯(cuò)（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(shù)據(jù)，具備簡(jiǎn)單的風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)控制功能。

　　RTU/RTM之間采用并行連接，任意兩個(gè)測(cè)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(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化可編程設(shè)備，在數(shù)字總線(xiàn)溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，PLC完成從RTM采集數(shù)據(jù)到內(nèi)存，再上傳給中央管理計(jì)算機(jī)的通訊樞紐任務(wù)，而且系統(tǒng)中的所有風(fēng)機(jī)、干燥機(jī)控制及報(bào)警功能也由PLC來(lái)完成，控制軟件可根據(jù)用戶(hù)需求對(duì)PLC進(jìn)行靈活程序設(shè)計(jì)。系統(tǒng)中每個(gè)PLC都為一個(gè)工作站，所有PLC（即所有儲(chǔ)備庫(kù)）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(biāo)準(zhǔn)的RS-485通訊協(xié)議，連續(xù)數(shù)據(jù)傳送方式。通訊速度為波特率，標(biāo)準(zhǔn)巡回次數(shù)每秒約50個(gè)傳感器數(shù)據(jù)。PLC與中央管理計(jì)算機(jī)之間通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)或RS485進(jìn)行通訊。

　　系統(tǒng)硬件防護(hù)設(shè)計(jì)采取多級(jí)綜合防護(hù)方法，防止外界不利條件對(duì)系統(tǒng)的干擾的影響。數(shù)字式傳感器及其它器件本身具有自我保護(hù)功能，器件之間，例如溫濕度傳感器、RTM、多向連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)使當(dāng)器件上的雷電感應(yīng)電壓超過(guò)額定值時(shí)將自動(dòng)斷開(kāi)，可使系統(tǒng)安全工作。整個(gè)系統(tǒng)與其它設(shè)施完全隔離。

　　4、控制方式

　　4.1風(fēng)機(jī)和干燥機(jī)的控制方式

　　設(shè)置為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備就地控制按扭手動(dòng)操作（即手動(dòng)）、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程手動(dòng)操作（即軟手動(dòng)）、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)全自動(dòng)控制（即自動(dòng)）三種控制方式。三種方式級(jí)別由高到低依次為手動(dòng)，軟手動(dòng)，自動(dòng)。

　　·手動(dòng)：將現(xiàn)場(chǎng)控制臺(tái)上的“就地/遠(yuǎn)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(xiàn)手動(dòng)控制；

　　·軟手動(dòng)：通過(guò)中央管理計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)軟手動(dòng)控制；

　　·自動(dòng)：根據(jù)環(huán)境要求設(shè)定控制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)備庫(kù)狀態(tài)的自動(dòng)控制。

　　根據(jù)以上控制方式，整套系統(tǒng)相應(yīng)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(jì)算機(jī)或者通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，PLC現(xiàn)場(chǎng)仍可獨(dú)立完成本儲(chǔ)備庫(kù)的控制工作。若PLC發(fā)生故障，該儲(chǔ)備庫(kù)負(fù)責(zé)控制溫濕度的風(fēng)機(jī)及干燥機(jī)仍可通過(guò)切換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。

　　4.2除濕機(jī)及干燥機(jī)的啟停控制策略

　　每個(gè)儲(chǔ)備庫(kù)可分為3—4個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)設(shè)2—3臺(tái)干燥機(jī)及若干通風(fēng)機(jī)。每個(gè)分區(qū)獨(dú)立控制，各區(qū)內(nèi)的干燥機(jī)單臺(tái)獨(dú)立控制，各區(qū)內(nèi)的風(fēng)機(jī)視現(xiàn)場(chǎng)具體情況分組控制。

　　5、系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)分布實(shí)例

　　5.1基本概況

　　某卷煙廠在某地集中有多個(gè)煙草儲(chǔ)備庫(kù)，每個(gè)儲(chǔ)備庫(kù)面積從3000—6000m2不等，根據(jù)其面積大小劃分成幾個(gè)防火分區(qū)。每個(gè)防火分區(qū)存放幾個(gè)煙垛，設(shè)置三臺(tái)除濕機(jī)。

　　在每個(gè)儲(chǔ)備庫(kù)設(shè)一配電室和控制室。控制室設(shè)置一臺(tái)PLC和數(shù)字遠(yuǎn)程采集儀RTM，配電室設(shè)控制除濕機(jī)相應(yīng)的自動(dòng)和手動(dòng)電器設(shè)備。由RTM采集儲(chǔ)備庫(kù)各測(cè)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(jù)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(jī)；另一方面，PLC通過(guò)光纖以太網(wǎng)將儲(chǔ)備庫(kù)溫濕度值和除濕機(jī)工作狀態(tài)傳給庫(kù)區(qū)主控室計(jì)算機(jī)，由主控制室計(jì)算機(jī)完成各種管理功能。

　　5.2總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)

　　RTM的一個(gè)數(shù)據(jù)采集通道總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)能力可理解為能夠連接的總線(xiàn)電纜長(zhǎng)度和傳感器數(shù)量。一個(gè)數(shù)據(jù)采集通道總線(xiàn)電纜長(zhǎng)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(zhǎng)度，一般而言，總線(xiàn)上的傳感器數(shù)量對(duì)總線(xiàn)的驅(qū)動(dòng)能力影響不大，主要是總線(xiàn)上分布電容對(duì)驅(qū)動(dòng)能力的影響。在安裝設(shè)計(jì)時(shí)，RTM其中的一個(gè)數(shù)據(jù)采集通道總線(xiàn)電纜（含傳感器分支電纜）長(zhǎng)度不要超過(guò)300m，以確保總線(xiàn)安全穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)；有困難時(shí)，總線(xiàn)長(zhǎng)度可適當(dāng)延長(zhǎng)，但不要超過(guò)600m。

　　5.3傳感器編號(hào)

　　數(shù)字傳感器工位號(hào)存儲(chǔ)能力在此有特別明顯的優(yōu)勢(shì)。可將儲(chǔ)備庫(kù)房號(hào)、防火分區(qū)號(hào)、傳感器在防火分區(qū)中的編號(hào)等信息寫(xiě)入傳感器中，使傳感器能在儲(chǔ)備庫(kù)中準(zhǔn)確定位，并且易于互換；上位機(jī)讀取傳感器信息時(shí)，可將傳感器工位號(hào)、傳感器狀態(tài)及測(cè)得的溫濕度值一并讀取。

　　工程設(shè)計(jì)時(shí)，傳感器類(lèi)型可用以下字母表示：

　　·TD——插入式數(shù)字總線(xiàn)溫度傳感器；

　　·THP——吊掛式數(shù)字總線(xiàn)溫濕度一體傳感器；

　　·THD——插入式數(shù)字總線(xiàn)溫濕度一體傳感器；

　　·RTM/RTU共有四位可用于對(duì)傳感器工位號(hào)進(jìn)行編程。

　　5.4傳感器布置

　　一般使用RTM的五個(gè)數(shù)據(jù)采集通道即可滿(mǎn)足面積3000—6000m2儲(chǔ)備庫(kù)數(shù)據(jù)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(shù)字總線(xiàn)電纜（參見(jiàn)庫(kù)房傳感器布置圖），這四條總線(xiàn)電纜沿墻引入儲(chǔ)備庫(kù)內(nèi)各防火分區(qū)，并在與傳感器分支電纜連接處設(shè)一分線(xiàn)盒。要求四條總線(xiàn)電纜負(fù)載即連接傳感器數(shù)量和總線(xiàn)主干線(xiàn)和分支線(xiàn)長(zhǎng)度大致平衡。

　　在儲(chǔ)備庫(kù)各防火分區(qū)的煙垛上均勻分層布置相應(yīng)數(shù)量的數(shù)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(shù)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(zhǎng)６—16m，頂層的溫濕度傳感器安裝后位置固定。

　　·中層：數(shù)字溫濕度傳感器THP6213/5-2C050A分布在煙垛周?chē)惭b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(zhǎng)2.5—4m，安裝后位置相對(duì)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(zhǎng)（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(chǔ)備庫(kù)和糧庫(kù)對(duì)其儲(chǔ)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(duì)銅、鐵、鋅具有極強(qiáng)的腐蝕作用。傳感器采取特別的工藝設(shè)計(jì)，選用耐腐蝕的進(jìn)口濕敏傳感器，對(duì)電路板進(jìn)行全密封保護(hù)，具有很強(qiáng)的抗腐蝕能力。

　　在安裝分線(xiàn)盒時(shí)，要求對(duì)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(duì)煙草進(jìn)行薰蒸時(shí)，殺蟲(chóng)薰蒸氣體對(duì)總線(xiàn)連接導(dǎo)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(shè)計(jì)時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，各數(shù)字傳感器分支電纜長(zhǎng)度分為幾個(gè)等級(jí)，進(jìn)行密封加工處理。

　　6、結(jié)論

　　采用數(shù)字總線(xiàn)技術(shù)的儲(chǔ)備庫(kù)溫濕度測(cè)控系統(tǒng)可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、降低系統(tǒng)成本。其二芯總線(xiàn)工藝確保系統(tǒng)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(shù)字化，可連接在總線(xiàn)上任意點(diǎn)。RTU測(cè)點(diǎn)容量大，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。尤其是傳感器工位號(hào)編程功能，可做到更換測(cè)溫電纜或環(huán)境溫濕度一體傳感器不需要更改系統(tǒng)軟硬件任何配置。全數(shù)字化儲(chǔ)備庫(kù)溫濕度測(cè)控系統(tǒng)代替模擬或部分?jǐn)?shù)字方式是必然趨勢(shì)。

　　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(cè)研究室主任，碩士學(xué)位，高級(jí)工程師。曾獲鐵路青年科技拔尖人才、青年科技標(biāo)兵、沈陽(yáng)鐵路局十大杰出青年等榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)。現(xiàn)從事自動(dòng)化控制及計(jì)算機(jī)應(yīng)用工作。

　　曹飛龍，男，工程師，學(xué)士學(xué)位。現(xiàn)從事自動(dòng)化控制及計(jì)算機(jī)應(yīng)用工作。