基于SAIA PLC的蓄能抽水電廠通風(fēng)空調(diào)控制系統(tǒng)

摘要：文章介紹了廣州蓄能水電廠二期地下廠房通風(fēng)空調(diào)自控系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于 SAIA公司PCD系列的PLC進(jìn)行空調(diào)控制系統(tǒng)開發(fā)的。文章主要介紹了該控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、硬件配置、軟件設(shè)計、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置等情況，給出類似系統(tǒng)的構(gòu)建方法。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)空調(diào)；PLC；廣州蓄能水電廠

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）26-0114-02

廣州蓄能水電廠（簡稱廣蓄電廠），是我國第一座高水頭、大容量的抽水蓄能工程，廣蓄電廠分一期和二期裝機(jī)容量各為1 200 MW，裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)2 400 MW，是目前世界上最大的抽水蓄能電站之一。本文介紹廣蓄電廠二期通風(fēng)空調(diào)控制系統(tǒng)的改造項目工程，本項目于2010年實施并完工。

改造前，電廠通風(fēng)空調(diào)控制系統(tǒng)采用的是江森自控METASYS早期產(chǎn)品，上位機(jī)操作系統(tǒng)為METASYS FMS，無圖型界面，現(xiàn)地控制器為DX-9100系列數(shù)字控制器，上下位機(jī)通過NCU網(wǎng)絡(luò)控制器通訊，整個系統(tǒng)由于NCU故障，已經(jīng)處于癱瘓狀態(tài)，不能把空調(diào)系統(tǒng)的相關(guān)信息送至電廠監(jiān)控系統(tǒng)，已經(jīng)不能滿足設(shè)備運(yùn)行要求。

改造后，空調(diào)控制系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元采用思博SAIA公司的PCD1和PCD2可編程控制器，可擴(kuò)展性更強(qiáng)，上位機(jī)操作系統(tǒng)采用西門子的WinCC進(jìn)行組態(tài)和操作系統(tǒng)的開發(fā)，界面更加友好，實現(xiàn)了動態(tài)圖像顯示現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)，監(jiān)控更加直觀，并恢復(fù)與電廠監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)。

1 系統(tǒng)功能介紹

2 系統(tǒng)硬件配置

2.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 管理層

為了充分保證監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，上位機(jī)采用兩臺互為熱備用的工控PC機(jī)站，每個站進(jìn)行獨(dú)立數(shù)據(jù)存檔。如果兩個服務(wù)器中的一臺故障，另一臺接管信息存檔和過程數(shù)據(jù)存檔，保證了數(shù)據(jù)始終完整。

2.3 網(wǎng)絡(luò)層

交換機(jī)為普通的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，網(wǎng)關(guān)機(jī)采用帶網(wǎng)關(guān)功能SAIA PCD2 PLC，對其進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置就可以實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)功能。實現(xiàn)上下位機(jī)間空調(diào)系統(tǒng)與電廠監(jiān)控系統(tǒng)及火災(zāi)系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)。

2.4 設(shè)備層

整個系統(tǒng)要控制的各種設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入、輸出點(diǎn)總數(shù)達(dá)到6O0 多個點(diǎn)，而且設(shè)備分布又比較分散。根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的分部情況，下位機(jī)現(xiàn)地控制單元共設(shè)置26個控制柜，各傳感器信號接入就近的DP控制柜。其中19個控制柜為PCD1及PCD2型PLC，作為CPU進(jìn)行相對獨(dú)立控制，其余DP柜為擴(kuò)展單元，用以安裝電源和繼電器等元件。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 工控機(jī)控制系統(tǒng)界面設(shè)計

控制系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)用的是西門子WinCC組態(tài)軟件制作，它可以進(jìn)行畫面編輯，并提供了豐富的控制器件和功能組件，能組合顯示出各種功能。

使用WinCC組態(tài)，工控機(jī)屏幕將組態(tài)的設(shè)備狀態(tài)信息以文本、畫面、報警等多種形式呈現(xiàn)給維護(hù)管理人員。同時運(yùn)用WinCC的數(shù)據(jù)歸檔功能將所有監(jiān)控的信號進(jìn)行存檔。這樣，使用者可以隨時查閱有關(guān)的歷史參數(shù)的值及其變化曲線。通過該軟件實現(xiàn)了設(shè)備實時動態(tài)畫面顯示與控制功能，人機(jī)界面更加友好，實時性更強(qiáng)，可以直觀監(jiān)控各個設(shè)備的運(yùn)行情況。

{1}界面變量設(shè)置。根據(jù)控制功能要求，通過WinCC設(shè)計相應(yīng)的系統(tǒng)界面輸入輸出域、功能按鈕、文本及參數(shù)顯示，在把這些功能域與PLC相應(yīng)的變量進(jìn)行鏈接，這樣實現(xiàn)了變量狀態(tài)的上送。

{2}監(jiān)控子界面設(shè)計。根據(jù)需要實現(xiàn)的控制功能的要求，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計了14個監(jiān)控子界面：控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、冷水系統(tǒng)監(jiān)控、空調(diào)系統(tǒng)監(jiān)控、新風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)控、風(fēng)機(jī)盤管監(jiān)控、排風(fēng)系統(tǒng)、洞外風(fēng)樓、消防信息、變量閥、溫濕度；溫濕度歷史曲線、電壓電流曲線，消防聯(lián)動設(shè)備狀態(tài)。每個子界面用來顯示需要監(jiān)視的設(shè)備信號，包括設(shè)備狀態(tài)，設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，設(shè)置不同顏色來表示不同的設(shè)備狀態(tài)，設(shè)備運(yùn)行的電流電壓值實時數(shù)值也直接顯示在屏幕上。

3.2 PLC軟件設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場每組設(shè)備不同工藝流程要求，對每組的控制器進(jìn)行程序編寫。設(shè)備的控制程序使用SAIA PLC專用的PG5進(jìn)行編程。程序采用梯形圖編寫，比較直觀易懂。程序的功能分為四個部分：定義輸入輸出變量、控制程序編寫、數(shù)值運(yùn)算、通信設(shè)置，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在上位機(jī)上的實時顯示和故障記錄等功能。

4 系統(tǒng)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控

4.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

整個空調(diào)控制系統(tǒng)的通訊最為重要，為了了解系統(tǒng)的各個控制單元運(yùn)行狀況，在監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)計了系統(tǒng)監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況圖，用來顯示整個空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)各個現(xiàn)地控制器運(yùn)行情況。設(shè)計界面如圖2所示。

網(wǎng)絡(luò)圖上提供了整個空調(diào)控制系統(tǒng)控制器和控制箱的分布及位置情況，在控制箱上帶有紅色或者綠色的指示燈的是裝有CPU的控制器。在系統(tǒng)運(yùn)行中，指示燈成紅綠交替閃爍狀態(tài)，此時控制器和空調(diào)上位之間通訊正常，如果只出現(xiàn)紅色或者是綠色的燈說明控制器和電腦之間未通訊。

4.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

系統(tǒng)的通信主要分為以下幾個部分：與消防火災(zāi)系統(tǒng)之間的通信，與電廠監(jiān)控系統(tǒng)的連接，各個控制子站間的通信，系統(tǒng)子站與上位機(jī)間的通信。其中空調(diào)系統(tǒng)與電廠控制系統(tǒng)及消防系統(tǒng)的通信連接方式，是把空調(diào)系統(tǒng)的輸入輸出信號直接通過硬接線的方式與這個兩個系統(tǒng)相連。子站之間的數(shù)據(jù)通訊方面，采用底層協(xié)議為RS485的S-BUS總線把各個子站相連進(jìn)行通訊。子站和上位機(jī)間的通信是通過工業(yè)以太網(wǎng)連接。

4.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)置

子站間以及子站與上位機(jī)間硬布線連接好后，需要在軟件中進(jìn)行相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)配置，軟件部分通過PG5編程軟件對19個PCD控制器進(jìn)行配置包括通訊速率及站地址等參數(shù)設(shè)置。

①子站地址配置。在PG5控制器硬件配置中，為每個控制配置唯一的地址參數(shù)，把控制器所在的DP箱號作為地址。

②子站通信速率配置。各個子站的通信速率需要設(shè)置一致，設(shè)置成統(tǒng)一的比特率。

③網(wǎng)關(guān)單元配置。子站完成設(shè)置后需要對網(wǎng)關(guān)單元進(jìn)行設(shè)置，除站地址和通信速率設(shè)置外，還要進(jìn)行網(wǎng)關(guān)功能的設(shè)置，設(shè)置包括IP地址、子網(wǎng)掩碼等以太網(wǎng)參數(shù)設(shè)置。通訊參數(shù)配置完成后實現(xiàn)各個子站之間，子站與上位機(jī)之間的通信。

5 結(jié) 語

該通風(fēng)空調(diào)控制系統(tǒng)已在廣蓄電廠投入運(yùn)行一段時間，通過這段時間的運(yùn)行實踐表明，該通風(fēng)空調(diào)控制系統(tǒng)操作簡單方便，運(yùn)行可靠穩(wěn)定，節(jié)省維護(hù)開支，其友好的人機(jī)界面為維護(hù)管理人員提供了一個便捷直觀的操作平臺。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳興平，繆小平.基于PLC的地下工程通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計研究[J].機(jī)電一體化，2009，(1).