康同濱

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

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

[中圖分類號]TB657.1 [文獻標(biāo)志碼]A [文章編號]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)代社會人們的正常飲食健康，提供了重要的科技保障。我國冷鏈物流發(fā)展時機已經(jīng)成熟，冷鏈物流不僅能夠滿足人們對新鮮食品的需求，還能夠使食物在運輸途中盡量減少損失和浪費，保證營運效益。雖然說冷鏈物流擁有眾多的優(yōu)勢，但是仍存在一些問題，比如說公眾認(rèn)知度低、制冷系統(tǒng)及設(shè)備先進程度層次不一等等，在提供生活品質(zhì)保障的同時，存在不同程度的能耗浪費、環(huán)境破壞等。隨著社會的進步、貿(mào)易的發(fā)展，制冷系統(tǒng)的發(fā)展也必須符合新時代愈加嚴(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，雖然效果好但會給大氣層造成不可挽回的傷害，R22、R123等制冷劑作為過渡性的替代產(chǎn)品，在不久的將來也被限定和淘汰。

氨氣和二氧化碳是未來的發(fā)展趨勢，由于安全性的原因，國內(nèi)對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)越來越少，近些年來被氨/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)展的過程中，取得成果最多、發(fā)展最快的是工業(yè)自動化技術(shù)和計算機技術(shù)。隨著供應(yīng)鏈智慧物流時代來臨，作為其基本的儲存單元冷庫、冷鏈，也需緊跟時代步伐，適應(yīng)社會整體發(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發(fā)展的步伐，普遍存在運行維護成本高、管理不精細(xì)、能耗偏大問題。隨著工業(yè)制造技術(shù)的展，越來越多的設(shè)備向著自動化、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詣踊腔劭刂啤?/p>

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，我國的制冷領(lǐng)域控制大體分為3個階段。

2.1 系統(tǒng)設(shè)備局部手動控制階段

制冷壓縮機組，手動啟動和關(guān)閉;能量調(diào)節(jié)需手動調(diào)節(jié)閥門;循環(huán)泵、風(fēng)機手動開啟關(guān)閉、供液閥手動打開，設(shè)備參數(shù)到通過設(shè)備上的機械儀表觀看，系統(tǒng)運行狀況全憑人為在設(shè)備現(xiàn)場判斷，智能化和節(jié)能控制根本無從談起。

2.2 系統(tǒng)設(shè)備半自動控制階段

制冷壓縮機組采用廠家自己開發(fā)的單片機（或成品PLC）進行控制，實現(xiàn)機組一鍵啟停;通過模擬量采集顯示數(shù)據(jù)參數(shù);能級自動調(diào)節(jié)、電機、水泵軟起動應(yīng)用;蒸發(fā)器采用供液電磁閥替代手動開關(guān)閥門。在一定程度上降低了運行人員的壓力，實現(xiàn)了局部自動控制，還是不能達到整個系統(tǒng)匹配、協(xié)調(diào)運行。

2.3 系統(tǒng)設(shè)備全自動運行控制

越來越成熟的工業(yè)控制計算機和PLC技術(shù)，使得整個制冷系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)合在了一起，使整個系統(tǒng)融為一體，設(shè)備之間按系統(tǒng)工藝邏輯協(xié)調(diào)動作，其中設(shè)備之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。多臺、多組壓縮機等大型設(shè)備也同時具有群控功能，實現(xiàn)設(shè)備智能化運行，使設(shè)備使用均衡，經(jīng)濟節(jié)能，達到合理的負(fù)荷運行匹配狀態(tài);變頻器節(jié)等能裝置應(yīng)用;PID調(diào)節(jié)技術(shù);EC風(fēng)機的使用。利用上位機統(tǒng)一管理整個制冷系統(tǒng)，在節(jié)能和優(yōu)化管理上更進一步。

如今計算機技術(shù)、通信技術(shù)和自動化控制技術(shù)的高度發(fā)展，有機結(jié)合在一起，產(chǎn)生了現(xiàn)場總線技術(shù)。對先前的傳統(tǒng)工業(yè)自動化控制領(lǐng)域帶來十分巨大的影響。使得整個制冷系統(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)化需要綜合運用多種技術(shù)，比如，自動控制技術(shù)，計算機技術(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，還要加強監(jiān)管，落實監(jiān)管體制，實現(xiàn)冷庫制冷設(shè)備的自動化過程。在此過程中，盡量減少人為干涉，同時，對于節(jié)能設(shè)計來說，在設(shè)備管理過程中，要定期檢查維修設(shè)備，通過對制冷自控平臺優(yōu)化生產(chǎn)控制策略，調(diào)整參數(shù)，促進自動化技術(shù)的更好應(yīng)用，提高自動化設(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)場總線技術(shù)借助互聯(lián)網(wǎng)平臺，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、最大份額的新興IT部署模式。

3 行業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用分析

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

比如，現(xiàn)今冷庫制冷系統(tǒng)大都是根據(jù)工藝邏輯和實際運行要求，對冷庫制冷設(shè)備進行分組，制冷機房為總站單獨一組、現(xiàn)場冷庫按不同房間或樓層分組，每組作為一個控制分站，冷風(fēng)機、制冷閥組、溫度測量、氣體檢測、融霜伴熱部分、安全防護設(shè)備等的集中于一個從站進行控制。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。

也有在制冷機房采用一個總站（也就是一個自控系統(tǒng)使用一個CPU處理單元），冷庫的其它分組采用分布式I/O進行控制，通過通訊總線與總站連接，實時優(yōu)勢明顯。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)。

以上自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)均能達到系統(tǒng)控制目的，各有優(yōu)缺點。其中都采用了現(xiàn)場總線技術(shù)。由于現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的組成是基于數(shù)字式通訊技術(shù)和智能化的現(xiàn)場設(shè)備，所以系統(tǒng)的智能化程度體現(xiàn)在每一個環(huán)節(jié)，現(xiàn)在具有這種功能的測量、執(zhí)行機構(gòu)的現(xiàn)場設(shè)備可選品種很多，且技術(shù)成熟，從系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試到日后的診斷維護，都會輕松自如?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)能為上層網(wǎng)絡(luò)提供來自現(xiàn)場的各種實時數(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)，實現(xiàn)管控一體化。

采用現(xiàn)場總線技術(shù)，現(xiàn)場設(shè)備器件信號、控制電纜都就近引至自動控制箱，不用長距離敷設(shè)遠程的總站控制箱，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際操作難度降低，自然降低了項目安裝費用。智能化的現(xiàn)場設(shè)備能提供多種運行、報警信息，另外分析診斷工具使各種運行及報警信息直觀明了，為運維人員提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持，大大縮短了維護時間，提高了運維的生產(chǎn)效率。使運維成本大幅降低。

4 目前制冷系統(tǒng)常用的總線技術(shù)對比

就目前制冷系統(tǒng)使用的涉及的現(xiàn)場總線技術(shù)進行分析一下。PROFIBUS作為傳統(tǒng)的工業(yè)自動化控制用總線技術(shù)，在以往的制冷系統(tǒng)自動化控制一直被使用，通訊速率完全能滿足實際應(yīng)用的需要。而PROFINET為實時工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，在工業(yè)自動化領(lǐng)域，包括制冷領(lǐng)域最近幾年才開始使用?；谶@2種總線的技術(shù)的參數(shù)據(jù)對比，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。

在通訊實時性上PROFINET優(yōu)于PROFIBUS，尤其是現(xiàn)在要求實時數(shù)據(jù)監(jiān)測，實時管理。隨著中國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

2015年，國家提出要“制定‘互聯(lián)網(wǎng)+行動計劃”。“互聯(lián)網(wǎng)+”就是“互聯(lián)網(wǎng)+各個傳統(tǒng)行業(yè)”，利用信息通信技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)平臺，將互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)進行深度融合?；ヂ?lián)網(wǎng)作為這個時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)在將來現(xiàn)場設(shè)備具備全面地的“互聯(lián)網(wǎng)+”品質(zhì)管理、能源管理、運行管理，而且冷庫+供應(yīng)鏈智慧物流時代的到來能改變傳統(tǒng)冷庫物流的運作模式，推動了冷庫物流行業(yè)的信息化，透明化（儲存能力、管理水平、產(chǎn)品品質(zhì)）合理的分配利用資源，實時掌握行業(yè)狀態(tài)，為實現(xiàn)智慧冷庫物流充分發(fā)揮了其價值。“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、開發(fā)App那么簡單，還可以利用互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢為冷庫物流的管理和監(jiān)控、金融支付等提供信息共享平臺，從傳統(tǒng)的找流量向做鏈接、做數(shù)據(jù)和做共享和實現(xiàn)共享、智慧冷庫物流轉(zhuǎn)變，促進資源優(yōu)化配置的同時，實現(xiàn)供應(yīng)鏈的數(shù)字化，從而推動冷庫物流產(chǎn)業(yè)的革新發(fā)展。

技術(shù)本身的價值非直觀經(jīng)濟價值，帶來的潛在經(jīng)濟價值往往容易被忽視或認(rèn)識不到。這也是技術(shù)得不到重視的一個重要原因。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，容易出現(xiàn)設(shè)計缺陷。更深層次的技術(shù)能力，可減少風(fēng)險，減少設(shè)計缺陷，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踐的探討。

參考文獻

[1] 路延年.淺析制冷行業(yè)的工業(yè)自動化控制[J].設(shè)備管理與維修，2018（14）：163-164.

[2] 蘇云玲，李文偉，陳燕民，等.空調(diào)制冷系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計方法探討[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2017，28（16）：122-123.

[3] 施向東，章華陽，張力峰，等.空調(diào)制冷系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計研究[J].海峽兩岸制冷空調(diào)學(xué)術(shù)技術(shù)交流會暨冰蓄冷技術(shù)研討會論文專輯，2017，15（23）：107-108.

[4] 程何春.云計算與AI技術(shù)在數(shù)據(jù)中心供冷系統(tǒng)中的應(yīng)用與實踐[J].中國新通信，2020，22（8）：108.

[5] 袁曉東.云計算與AI技術(shù)在數(shù)據(jù)中心供冷系統(tǒng)中的應(yīng)用與實踐[J].電信技術(shù)，2019（9）：71-74.