康同濱

[摘? ? 要]隨著社會(huì)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人民生活水平逐步提高，冷庫(kù)、冷鏈行業(yè)發(fā)展迅速，各種生鮮、新鮮水果等的貿(mào)易量越來(lái)越多，這也給制冷技術(shù)帶來(lái)了更多的考驗(yàn)，提出了更高的品質(zhì)控制要求。文章基于冷庫(kù)、冷鏈概念和內(nèi)涵，結(jié)合最新的自動(dòng)化控制技術(shù)，分析總線控制技術(shù)+互聯(lián)網(wǎng)模式在冷庫(kù)、冷鏈制冷行業(yè)的應(yīng)用及發(fā)展前景。

[關(guān)鍵詞]冷庫(kù);冷鏈;現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)

[中圖分類(lèi)號(hào)]TB657.1 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）01–00–02

Application of Data Bus and Network Technology in Cold Storage and

Cold Chain Refrigeration Control System

Kang Tong-bin

[Abstract]With the continuous progress of social technology and the gradual improvement of people's living standards， in recent decades， the cold storage and cold chain industries have developed rapidly. At the same time， the global trade has developed rapidly， and the trade volume of various fresh and fresh fruits is increasing， which also brings more tests to the refrigeration technology and puts forward higher quality control requirements. Among them， the rapid development of Internet， digital and big data technology has provided strong technological assistance for the vigorous development of various fields in China， and also ushered in new development opportunities for the refrigeration industry. Based on the concept and connotation of cold storage and cold chain， combined with the latest automation control technology， this paper analyzes the application and development prospect of bus control technology + Internet mode in cold storage and cold chain refrigeration industry.

[Keywords]cold storage; cold chain; fieldbus control technology， Internet

1 應(yīng)用背景及意義

制冷設(shè)備為現(xiàn)代社會(huì)人們的正常飲食健康，提供了重要的科技保障。我國(guó)冷鏈物流發(fā)展時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，冷鏈物流不僅能夠滿足人們對(duì)新鮮食品的需求，還能夠使食物在運(yùn)輸途中盡量減少損失和浪費(fèi)，保證營(yíng)運(yùn)效益。雖然說(shuō)冷鏈物流擁有眾多的優(yōu)勢(shì)，但是仍存在一些問(wèn)題，比如說(shuō)公眾認(rèn)知度低、制冷系統(tǒng)及設(shè)備先進(jìn)程度層次不一等等，在提供生活品質(zhì)保障的同時(shí)，存在不同程度的能耗浪費(fèi)、環(huán)境破壞等。隨著社會(huì)的進(jìn)步、貿(mào)易的發(fā)展，制冷系統(tǒng)的發(fā)展也必須符合新時(shí)代愈加嚴(yán)格的相關(guān)法規(guī)要求。

一些效果較好的制冷劑在《蒙特利爾公約》后不再被使用，如R11、R12、R15，R502這些制冷劑，雖然效果好但會(huì)給大氣層造成不可挽回的傷害，R22、R123等制冷劑作為過(guò)渡性的替代產(chǎn)品，在不久的將來(lái)也被限定和淘汰。

氨氣和二氧化碳是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，由于安全性的原因，國(guó)內(nèi)對(duì)氨得的使用有了一定的局限性，所以新建純氨的大制冷系統(tǒng)越來(lái)越少，近些年來(lái)被氨/二氧化碳復(fù)疊式和二氧化碳載冷的制冷系統(tǒng)取代，甚至跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)也有了不少應(yīng)用，也必將成為近階段的發(fā)展方向。隨著裝備制造技術(shù)和施工技術(shù)提高，更經(jīng)濟(jì)環(huán)保的制冷系統(tǒng)將得到應(yīng)用。

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中，取得成果最多、發(fā)展最快的是工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)。隨著供應(yīng)鏈智慧物流時(shí)代來(lái)臨，作為其基本的儲(chǔ)存單元冷庫(kù)、冷鏈，也需緊跟時(shí)代步伐，適應(yīng)社會(huì)整體發(fā)展需求。原有一些制冷系統(tǒng)設(shè)備控制已不能滿足社會(huì)發(fā)展的步伐，普遍存在運(yùn)行維護(hù)成本高、管理不精細(xì)、能耗偏大問(wèn)題。隨著工業(yè)制造技術(shù)的展，越來(lái)越多的設(shè)備向著自動(dòng)化、集成化、模塊化、智能化的方向發(fā)展。許多高新技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用，一些控制、執(zhí)行和測(cè)量、智能器件的可靠度、精密度等品質(zhì)有了大幅提升，使得整個(gè)制冷系統(tǒng)的控制可靠性、穩(wěn)定性、智能性有了質(zhì)提升，已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿詣?dòng)化智慧控制。

2 制冷控制技術(shù)的發(fā)展階段

隨著制冷設(shè)備的發(fā)展，我國(guó)的制冷領(lǐng)域控制大體分為3個(gè)階段。

2.1 系統(tǒng)設(shè)備局部手動(dòng)控制階段

制冷壓縮機(jī)組，手動(dòng)啟動(dòng)和關(guān)閉;能量調(diào)節(jié)需手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén);循環(huán)泵、風(fēng)機(jī)手動(dòng)開(kāi)啟關(guān)閉、供液閥手動(dòng)打開(kāi)，設(shè)備參數(shù)到通過(guò)設(shè)備上的機(jī)械儀表觀看，系統(tǒng)運(yùn)行狀況全憑人為在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)判斷，智能化和節(jié)能控制根本無(wú)從談起。

2.2 系統(tǒng)設(shè)備半自動(dòng)控制階段

制冷壓縮機(jī)組采用廠家自己開(kāi)發(fā)的單片機(jī)（或成品PLC）進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)組一鍵啟停;通過(guò)模擬量采集顯示數(shù)據(jù)參數(shù);能級(jí)自動(dòng)調(diào)節(jié)、電機(jī)、水泵軟起動(dòng)應(yīng)用;蒸發(fā)器采用供液電磁閥替代手動(dòng)開(kāi)關(guān)閥門(mén)。在一定程度上降低了運(yùn)行人員的壓力，實(shí)現(xiàn)了局部自動(dòng)控制，還是不能達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)匹配、協(xié)調(diào)運(yùn)行。

2.3 系統(tǒng)設(shè)備全自動(dòng)運(yùn)行控制

越來(lái)越成熟的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和PLC技術(shù)，使得整個(gè)制冷系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)合在了一起，使整個(gè)系統(tǒng)融為一體，設(shè)備之間按系統(tǒng)工藝邏輯協(xié)調(diào)動(dòng)作，其中設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。多臺(tái)、多組壓縮機(jī)等大型設(shè)備也同時(shí)具有群控功能，實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化運(yùn)行，使設(shè)備使用均衡，經(jīng)濟(jì)節(jié)能，達(dá)到合理的負(fù)荷運(yùn)行匹配狀態(tài);變頻器節(jié)等能裝置應(yīng)用;PID調(diào)節(jié)技術(shù);EC風(fēng)機(jī)的使用。利用上位機(jī)統(tǒng)一管理整個(gè)制冷系統(tǒng)，在節(jié)能和優(yōu)化管理上更進(jìn)一步。

如今計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的高度發(fā)展，有機(jī)結(jié)合在一起，產(chǎn)生了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。對(duì)先前的傳統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域帶來(lái)十分巨大的影響。使得整個(gè)制冷系統(tǒng)在可靠性、智能化、靈活操作性、互換性、系統(tǒng)集成成本上大大優(yōu)于原來(lái)的任何控制手段。為加快生產(chǎn)資源優(yōu)化配置。制冷自控系統(tǒng)性能的優(yōu)化以及能耗的降低，都需要其他技術(shù)的支持，才能提高其制冷效率，最大程度的節(jié)約能源。另外，制冷自控系統(tǒng)性能的優(yōu)化需要綜合運(yùn)用多種技術(shù)，比如，自動(dòng)控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，傳感技術(shù)等。而這些技術(shù)的應(yīng)用需要建立很好的銜接，還要加強(qiáng)監(jiān)管，落實(shí)監(jiān)管體制，實(shí)現(xiàn)冷庫(kù)制冷設(shè)備的自動(dòng)化過(guò)程。在此過(guò)程中，盡量減少人為干涉，同時(shí)，對(duì)于節(jié)能設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，在設(shè)備管理過(guò)程中，要定期檢查維修設(shè)備，通過(guò)對(duì)制冷自控平臺(tái)優(yōu)化生產(chǎn)控制策略，調(diào)整參數(shù)，促進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)的更好應(yīng)用，提高自動(dòng)化設(shè)備的利用率，使其更好的服務(wù)于制冷系統(tǒng)，降低能源損耗。

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)借助互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，隨著云服務(wù)器技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在云服務(wù)器成為了最具潛力占領(lǐng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)市場(chǎng)、最大份額的新興IT部署模式。

3 行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用分析

不論是DCS，還是其它集散式控制系統(tǒng)，沒(méi)有達(dá)到真正意義上的分散控制。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)以其強(qiáng)大的數(shù)字通訊功能和從站設(shè)備高智能化特點(diǎn)，把許多現(xiàn)場(chǎng)控制單元功能都放到了從站。

比如，現(xiàn)今冷庫(kù)制冷系統(tǒng)大都是根據(jù)工藝邏輯和實(shí)際運(yùn)行要求，對(duì)冷庫(kù)制冷設(shè)備進(jìn)行分組，制冷機(jī)房為總站單獨(dú)一組、現(xiàn)場(chǎng)冷庫(kù)按不同房間或樓層分組，每組作為一個(gè)控制分站，冷風(fēng)機(jī)、制冷閥組、溫度測(cè)量、氣體檢測(cè)、融霜伴熱部分、安全防護(hù)設(shè)備等的集中于一個(gè)從站進(jìn)行控制。這樣減輕了主控器的負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)的可靠性，分散了風(fēng)險(xiǎn)。

也有在制冷機(jī)房采用一個(gè)總站（也就是一個(gè)自控系統(tǒng)使用一個(gè)CPU處理單元），冷庫(kù)的其它分組采用分布式I/O進(jìn)行控制，通過(guò)通訊總線與總站連接，實(shí)時(shí)優(yōu)勢(shì)明顯。為了防止通訊總線故障造成的末端設(shè)備全部停止工作的事故，需要有可靠的通訊保障措施，一般采用單環(huán)網(wǎng)或雙環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。

以上自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)均能達(dá)到系統(tǒng)控制目的，各有優(yōu)缺點(diǎn)。其中都采用了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。由于現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的組成是基于數(shù)字式通訊技術(shù)和智能化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，所以系統(tǒng)的智能化程度體現(xiàn)在每一個(gè)環(huán)節(jié)，現(xiàn)在具有這種功能的測(cè)量、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可選品種很多，且技術(shù)成熟，從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試到日后的診斷維護(hù)，都會(huì)輕松自如。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)能為上層網(wǎng)絡(luò)提供來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和各設(shè)備的狀態(tài)信息。使得管理層直接能夠獲得這些數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)管控一體化。

采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備器件信號(hào)、控制電纜都就近引至自動(dòng)控制箱，不用長(zhǎng)距離敷設(shè)遠(yuǎn)程的總站控制箱，從而節(jié)省了大量的安裝材料成本（電纜、橋架、線管、支架等）。

由于通訊技術(shù)和智能設(shè)備的應(yīng)用，節(jié)省了大量的分散的信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置及相應(yīng)配套器件。相應(yīng)的工程量的減少和實(shí)際操作難度降低，自然降低了項(xiàng)目安裝費(fèi)用。智能化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能提供多種運(yùn)行、報(bào)警信息，另外分析診斷工具使各種運(yùn)行及報(bào)警信息直觀明了，為運(yùn)維人員提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持，大大縮短了維護(hù)時(shí)間，提高了運(yùn)維的生產(chǎn)效率。使運(yùn)維成本大幅降低。

4 目前制冷系統(tǒng)常用的總線技術(shù)對(duì)比

就目前制冷系統(tǒng)使用的涉及的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)進(jìn)行分析一下。PROFIBUS作為傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化控制用總線技術(shù)，在以往的制冷系統(tǒng)自動(dòng)化控制一直被使用，通訊速率完全能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。而PROFINET為實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，包括制冷領(lǐng)域最近幾年才開(kāi)始使用?；谶@2種總線的技術(shù)的參數(shù)據(jù)對(duì)比，從傳輸速率、傳輸數(shù)據(jù)量，PROFINET（最高網(wǎng)絡(luò)通信速率在100 Mbit/s）遠(yuǎn)超PROFIBUS（最高網(wǎng)絡(luò)通信速率在12 Mbit/s）。當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)主流以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率在100 Mbit/s、1000 Mbit/s、甚至更高。

在通訊實(shí)時(shí)性上PROFINET優(yōu)于PROFIBUS，尤其是現(xiàn)在要求實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)管理。隨著中國(guó)制冷裝備制造日新月異的發(fā)展，也在不斷適應(yīng)電子和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的在智能化系統(tǒng)領(lǐng)域的控制要求。

5 搭乘互聯(lián)網(wǎng)快車(chē)

2015年，國(guó)家提出要“制定‘互聯(lián)網(wǎng)+行動(dòng)計(jì)劃”?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”就是“互聯(lián)網(wǎng)+各個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)”，利用信息通信技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，將互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行深度融合。互聯(lián)網(wǎng)作為這個(gè)時(shí)代最具特征的新技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)的高度發(fā)展，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，不僅能讓制冷系統(tǒng)在將來(lái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具備全面地的“互聯(lián)網(wǎng)+”品質(zhì)管理、能源管理、運(yùn)行管理，而且冷庫(kù)+供應(yīng)鏈智慧物流時(shí)代的到來(lái)能改變傳統(tǒng)冷庫(kù)物流的運(yùn)作模式，推動(dòng)了冷庫(kù)物流行業(yè)的信息化，透明化（儲(chǔ)存能力、管理水平、產(chǎn)品品質(zhì)）合理的分配利用資源，實(shí)時(shí)掌握行業(yè)狀態(tài)，為實(shí)現(xiàn)智慧冷庫(kù)物流充分發(fā)揮了其價(jià)值。“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的信息化，并不是單純地建立網(wǎng)站、搭建平臺(tái)、開(kāi)發(fā)App那么簡(jiǎn)單，還可以利用互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)為冷庫(kù)物流的管理和監(jiān)控、金融支付等提供信息共享平臺(tái)，從傳統(tǒng)的找流量向做鏈接、做數(shù)據(jù)和做共享和實(shí)現(xiàn)共享、智慧冷庫(kù)物流轉(zhuǎn)變，促進(jìn)資源優(yōu)化配置的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的數(shù)字化，從而推動(dòng)冷庫(kù)物流產(chǎn)業(yè)的革新發(fā)展。

技術(shù)本身的價(jià)值非直觀經(jīng)濟(jì)價(jià)值，帶來(lái)的潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值往往容易被忽視或認(rèn)識(shí)不到。這也是技術(shù)得不到重視的一個(gè)重要原因。大部分工程公司技術(shù)仍處于淺層次的技術(shù)水平，能夠基本滿足的工程建設(shè)需求，但有一定風(fēng)險(xiǎn)，容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷。更深層次的技術(shù)能力，可減少風(fēng)險(xiǎn)，減少設(shè)計(jì)缺陷，減少投入人力物力，提升系統(tǒng)的合理性、穩(wěn)定性，節(jié)省能耗，提升客戶滿意度。這些還需要研究和實(shí)踐的探討。

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