西門子PLC和Pro-face HMI在空調末端控制系統的應

分類：解決方案日期：2007-04-04 00:00:00

1 引言
某超大型現代化綜合購物中心項目,建設規模達420000平方米建筑面積。其中購物中心面積300000平方米，地上7層，地下2層半;西塔樓是48層超五星級酒店;東塔樓為25層超甲級寫字樓,總車位1500個。
項目中央空調系統中，共有末端設備210臺，根據廣場設計要求，系統必須實現機電一體化、智能化,整個空調末端設備形成獨立控制網絡，系統采用上位集中監控，未端采用觸摸屏(HMI)進行參數修改，故障報警，系統狀態信息顯示等功能。

2 設計方案
采用德國西門子公司的S7系列PLC作為機電一體化機組的現場控制設備，通過智能通訊模塊與中央數據采集的PROFIBUS總線相連，中央數據采集由德國西門子公司最新推出的基于PC的自動化產品WINAC 4.0承擔，該產品可以結合PCI插槽的CP5613卡實現4條PROFIBUS總線下最大500個PROFIBUS從站(125×4)的網絡連接，上位機的監控軟件則采用西門子公司在自動化領域最先進技術與微軟公司共同開發的處于世界領先地位的組態軟件WINCC 6.0。而在觸摸屏部分,選用了在HMI市場處于領先地位的Pro-face公司最新推出的小型觸摸屏ST系列。系統結構參見圖1:

圖1 系統結構圖

3 項目評估
3.1 硬件評估　
PLC采用SIEMENS SIMATIC S7-200系列PLC。S7-200適用于全面的過程與邏輯檢測、監測及控制的自動化。它的強大功能使其無論在獨立的運行中，或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。并且，S7-200具有極高的性能價格比。
(1) SIMATIC S7-200系列PLC具有如下特點:
●SIMATIC S7-200的結構牢固緊湊;易于安裝和接線。
●SIMATIC S7-200在電氣上符合VDE、UL、CSA、CE、FM標準和船籍社船用電器認證，其質量保證體系已獲得ISO9001認證。
●SIMATIC S7-200的CPU配有EEPROM，可永久性地存儲用戶程序和其它重要的系統參數。
●SIMATIC S7-200的CPU內設有硬件實現的實時時鐘，以便用戶作故障報警時間記錄工作以及其它基于時間控制的工作。
●SIMATIC S7-200可對外供給傳感器/負載直流24V電源，輸出電流可達180mA~400mA。此外，還有電源模塊可供選用。
●SIMATIC S7-200備有專用的擴展模塊，可以很方便地對系統的輸入輸出點作擴展。
SIMATIC S7-200具有極高的可靠性;極豐富的指令集、集成功能和強勁的通訊能力;易于掌握和操作。
●SIMATIC S7-200 PLC具有極高的抗干擾能力，特別適用于電磁干擾大的場合。
●S7-200 PLC編程靈活、調試方便，便于工程技術人員現場根據實際情況隨時修改調整參數，節省調試周期。
●S7-200 PLC通過液晶中文文本顯示器，方便用戶管理人員現場察看設備運行使用情況及報警信息，同時可以操作現場液晶中文文本顯示器調整參數。
●S7-200 PLC通過EM277模塊接口，就能夠聯網到現場總線PROFIBUS-DP上進行高速數據傳輸，最高波特率為12Mbps。
(2) Pro-face Simple Touch可編程觸摸屏特點
HMI則采用Pro-face公司最新推出的小型可編程觸摸屏Simple Touch系列。Pro-face(即Digital)公司是一家一直致力于Human Machine Interface(HMI)的領域，從1989年開發出世界第一臺可編程觸摸屏以來，一直以高品質的產品滿足客戶的使用要求。Simple Touch系列小型可編程觸摸屏作為Pro-face最新推出的產品，具有以下特點:
●3.8英寸亮麗外觀、體積小僅104mm×130mm,安裝方便節約空間。
●強大的編程功能，6個功能鍵可自由定義。
●可連接國內外多種PLC，適應各種惡劣運行環境。
●琥珀色背光燈，支持2級亮度8級灰度。且可更換背光燈，維護簡易。
●ST402型具有RS285(MPI)口，專門用于和SIEMENS　PLC通信，速度可高達187.5kbps。
●和GP系列觸摸屏共用一套編程軟件GP-PROPBIII，該軟件具有強大的網絡通信功能，使用簡單、組態方便。使用時，只需要設置PLC的類型和通信參數，并在監控畫面的部件屬性中設置正確的PLC位地址或字址，觸摸屏工作時就能根據不同PLC的通信協議建立起與PLC內部地址的連接和通信。

3.2 軟件評估
(1) 中央監控軟件—WINCC6.0
“WINCC”即“WINDOWS CONTROL CENTER”(窗口控制中心)，它是應用于標準PC機和WINDOWS標準環境中的,擁有各種便利功能，確保安全可靠地對生產和工藝過程進行控制的人機界面(HMI)。WINCC是結合SIEMENS在過程自動化領域中的先進技術和Microsoft的強大功能的產物。其卓越的技術突出地表現再以下幾個方面:
●全面開放—WINCC采用開放性標準，集成更簡便。Microsoft SQL Server 2000—高性能的實時數據庫，在任何場合下，可在壓縮的基礎上每秒最大存儲10,000個測量值或100條消息，然后通過WINCC內置工具進行分析。通過各種開放性接口(SQL，ODBC，OLE-DB和OPC)，可以隨時應用外部工具進行數據歸檔處理。
●組態簡便、高效—WINCC提供方便組態的用戶界面、工具提示以及范圍廣泛的在線幫助和應用實例。超級控制面板、組態向導、圖形庫、交叉引用表、多語言應用、離線檢查、在線組態等一系列功能可使原本煩瑣單調的組態工作變得簡便和有趣。
●生動的用戶界面—WINCC提供大量的圖形庫、開放的結構能導入各種制圖軟件所生成的圖形，并能通過C++或VB對圖形的各種屬性進行變量連接或控制，從而使用戶界面生動漂亮。
●可靠性高—WINCC是SIEMENS公司與Microsoft公司共同開發的人機界面產品，結合SIEMENS公司在自動化控制領域的卓越技術與Microsoft公司在IT行業的絕對優勢，WINCC在運行和控制上都非常穩定可靠。
●強大的延展能力—WINCC提供大量的擴展功能，用戶如有需要，只需花少量的價格,便能選購WINCC的其余功能軟件，實現諸如多用戶系統、服務器/客戶機系統、Web Navigator、ProAgent、冗余、過程可視化和數據分析等功能。
(2) 遠程數據采集軟件—WINAC4.0
由于本工程有210臺單機控制設備,而WINCC只能提供126個PROFIBUS從站的連接。故本系統采用WINAC 4.0作為從站設備數據采集。
西門子公司提供全范圍的基于PC的自動化產品。作為工業領域中成熟的市場領導人，它已發展成為全集成自動化的中流砥柱，并把PC科技的開放性引入到了所有的自動化任務中。其優點在于:
●NAC 4.0與上位監控軟件WINCC通過WINDOWS內部連接,將可視化功能和數據采集運算功能完美結合在同一臺工控機,為用戶節省投資成本。
將IT科技與遠程數據采集結合在同一平臺上，SIM- ATIC NET通過PROFIBUS現場總線使基于PC的自動化與高端管理系統以及現場領域的I/O之間得以通訊。
上傳的采集數據由CP5613卡通過PCI總線與工控機CPU數據交換,PCI總線具有133MB/S的數據傳輸率及很強的帶負載能力,故與傳統的RS-232串口115.2K/S的數據傳輸率相比提高了上千倍的速率,突破了大型建筑樓宇自控中央監控系統的數據傳輸速率的瓶頸,為本系統成功實現提供了有力的保障。
工控機內插三個CP5613卡通過三條PROFIBUS-DP總線與208臺單機控制設備相連，PROFIBUS是目前國際上通用的現場總線標準之一，它主要特點如下:
●最高12M的通信速率和可靠的通信質量(海明距離=4)
●適用多種通信介質(電、光、紅外、導軌以及混合方式)
●靈活的拓撲結構,支持線型、樹型、環型結構以及冗余的通信模型
●強大的通信功能,支持基于總線的驅動技術和符合IEC61508的總線安全通信技術
●先進的網絡規模(最多支持126個總線站,網絡規格可達90公里)