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PLC在區(qū)域供冷自控系統(tǒng)中的應(yīng)用及分析

二、控制系統(tǒng)構(gòu)成

　　1、控制設(shè)備選型

　　單體建筑空調(diào)機(jī)房設(shè)備少、控制簡單，關(guān)鍵是必須具備計(jì)費(fèi)和獨(dú)立控制功能。因此，從性價比及控制要求上我們選擇了德國西門子S7-200系列PLC進(jìn)行自動控制。其主要有四個方面的優(yōu)點(diǎn)：

　　1、 性價比最優(yōu)

　　單體建筑空調(diào)機(jī)房受控制設(shè)備少、控制點(diǎn)數(shù)少、工藝簡單，采用低端PLC自由組合I/O模塊，獨(dú)立編程控制，靈活便捷，相對DDC系統(tǒng)投資少。西門子PLC在全球有良好的可信度，其低端產(chǎn)品S7-200系列PLC具有精度高、可靠性高、編程靈活、性能優(yōu)越、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，且在全球有著極高的市場占有率。

　　2 能夠獨(dú)立編程控制

　　在廣州大學(xué)城區(qū)域供冷系統(tǒng)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)中，選擇ET200M分布式I/O，配置有源背板總線，在主站CPU上統(tǒng)一編程，可靠性更高。從站I/O點(diǎn)不影響整個系統(tǒng)運(yùn)行，各從站間相互獨(dú)立。從站不能采用ET200M分布式I/O，而必須采用CPU+I/O模塊。根據(jù)工藝要求，末端單體建筑空調(diào)機(jī)房必須具備獨(dú)立冷熱量計(jì)費(fèi)、控制功能。冷熱量計(jì)費(fèi)要求PLC采樣精度高。S7-200PLC掃描周期十幾毫秒，對溫度的分辨率為1/212℃，對流量的分辨率為1/215m3/h，高精度配置可以使計(jì)費(fèi)精度達(dá)0.2%。每個機(jī)房的設(shè)備數(shù)量不一致，控制程序不完全相同，在CPU上可以任意編程。因此采用S7-200PLC能夠滿足系統(tǒng)控制要求。

　　3 通訊功能

　　與其它PLC一樣，S7-200配置相應(yīng)的通訊模塊可以與Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)通訊，也可以與工業(yè)以太網(wǎng)通訊，同時CPU上的編程口支持自由通訊協(xié)議，可以與變頻器通訊。廣州大學(xué)城末端控制系統(tǒng)采用Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)。Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)是西門子公司推出的世界應(yīng)用最廣泛、最經(jīng)典的總線方式。最大通訊速率達(dá)12Mbps，主站CPU訪問每個從站CPU并監(jiān)控從站。主站CPU通過工業(yè)以太網(wǎng)接受控制室操作員站監(jiān)控，形成一個完整的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

　　4 擴(kuò)展功能

　　S7-200PLC最多可以帶8個擴(kuò)展模塊，可以擴(kuò)充控制點(diǎn)。配CP231模塊可以與工業(yè)以太網(wǎng)通訊，同時CPU上的編程口支持自由通訊協(xié)議，可以與變頻器通訊。

　　2、系統(tǒng)硬件配置及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　控制系統(tǒng)硬件配置

　　末端控制PLC：S7-200（CPU224、EM231 RTD、EM235、EM277）

　　冷站內(nèi)的操作站：工控機(jī)（PⅣ2.4G 21’純平彩顯）

　　以太網(wǎng)卡：CP1613

　　交換機(jī)：OSM-ITP62

　　主站CPU：CPU414-2DP（圖中S7-412-2DP即表示CPU412-2DP，其從站只有40個）

　　以太網(wǎng)接口：CP443-1

　　擴(kuò)展DP接口：CP443-5（擴(kuò)展型）

　　光電鏈路器：OLM/G11-1300（主站PLC出口）、OLM/G12-1300

　　系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　控制級采用TCP/IP協(xié)議，工業(yè)以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)波特率為10/100Mbps，采用光纖進(jìn)行通訊，現(xiàn)場級采用現(xiàn)場總線Profibus-DP，總線傳輸介質(zhì)為通訊電纜和光纜，網(wǎng)絡(luò)波特率為19.2Kbps。拓樸結(jié)構(gòu)如下：

　　拓樸結(jié)構(gòu)

　　二、三、四冷站各設(shè)一套主站PLC（CPU414-2DP），上圖為廣州大學(xué)城四號冷站末端控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，二、三號冷站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與上圖相似，只是Profibus-DP網(wǎng)段數(shù)量和從站數(shù)量不一樣。以四號冷站末端控制系統(tǒng)方案進(jìn)行分析，根據(jù)各單體的位置，按近原則組網(wǎng)，采用光纜介質(zhì)和Profibus專用電纜介質(zhì)，選用S7-400 CPU414-2 DP可編程控制器作主站，S7-200PLC作從站來完成整個控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的組建，具體方案如下：

　　各冷站PLC、操作員站以及其它控制器和服務(wù)器工作在工業(yè)以太網(wǎng)上，服務(wù)器讀寫三個冷站的主站PLC。作為收費(fèi)系統(tǒng)和監(jiān)控各單體建筑機(jī)房的人機(jī)界面，各冷站的操作員站只讀寫對應(yīng)主站PLC 。

　　根據(jù)西門子高端產(chǎn)品通訊技術(shù)參數(shù)，一個CPU414-2DP可以有至少4個最多10個Profibus-DP網(wǎng)段，一個DP網(wǎng)段最多不超過96個從站，一個OLM可以作一條Profibus-DP總線，該總線最多不超過32個從站，但實(shí)際組網(wǎng)時會考慮到CPU的過程映象I/O點(diǎn)數(shù)量的最大允許值和CPU通訊的I/O點(diǎn)數(shù)量以及設(shè)計(jì)余量來分配網(wǎng)段的從站數(shù)量。根據(jù)一條Profibus-DP總線要求和地域分布以及設(shè)計(jì)余量來分配一條Profibus-DP總線的從站數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)主站PLC（S7-400）對各單體建筑空調(diào)機(jī)房的監(jiān)控。利用CPU224處理模擬量功能較強(qiáng)、精度較高的特點(diǎn)，通過擴(kuò)展模擬量AI/AO模塊，完成溫度、流量、壓差和調(diào)節(jié)閥門的控制；通過擴(kuò)展數(shù)字量DI/DO模塊，完成單體建筑空調(diào)機(jī)房水泵、壓差開關(guān)、電動蝶閥等設(shè)備的監(jiān)控。