基于SAIA PLC的蓄能抽水電廠通風空調控制系統

摘要：文章介紹了廣州蓄能水電廠二期地下廠房通風空調自控系統，該系統是基于 SAIA公司PCD系列的PLC進行空調控制系統開發的。文章主要介紹了該控制系統的結構、硬件配置、軟件設計、系統網絡配置等情況，給出類似系統的構建方法。

關鍵詞：通風空調；PLC；廣州蓄能水電廠

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：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容量各為1 200 MW，裝機總容量達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空調控制系統的改造項目工程，本項目于2010年實施并完工。

改造前，電廠通風空調控制系統采用的是江森自控METASYS早期產品，上位機操作系統為METASYS FMS，無圖型界面，現地控制器為DX-9100系列數字控制器，上下位機通過NCU網絡控制器通訊，整個系統由于NCU故障，已經處于癱瘓狀態，不能把空調系統的相關信息送至電廠監控系統，已經不能滿足設備運行要求。

改造后，空調控制系統現地控制單元采用思博SAIA公司的PCD1和PCD2可編程控制器，可擴展性更強，上位機操作系統采用西門子的WinCC進行組態和操作系統的開發，界面更加友好，實現了動態圖像顯示現場設備的狀態，監控更加直觀，并恢復與電廠監控系統的聯網。

1 系統功能介紹

2 系統硬件配置

2.1 控制系統結構

2.2 管理層

為了充分保證監控系統的可靠性，上位機采用兩臺互為熱備用的工控PC機站，每個站進行獨立數據存檔。如果兩個服務器中的一臺故障，另一臺接管信息存檔和過程數據存檔，保證了數據始終完整。

2.3 網絡層

交換機為普通的網絡交換機，網關機采用帶網關功能SAIA PCD2 PLC，對其進行相應設置就可以實現網關功能。實現上下位機間空調系統與電廠監控系統及火災系統的聯網。

2.4 設備層

整個系統要控制的各種設備的數據輸入、輸出點總數達到6O0 多個點，而且設備分布又比較分散。根據現場設備的分部情況，下位機現地控制單元共設置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進行相對獨立控制，其余DP柜為擴展單元，用以安裝電源和繼電器等元件。

3 系統軟件設計

3.1 工控機控制系統界面設計

控制系統上位機監控系統用的是西門子WinCC組態軟件制作，它可以進行畫面編輯，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，工控機屏幕將組態的設備狀態信息以文本、畫面、報警等多種形式呈現給維護管理人員。同時運用WinCC的數據歸檔功能將所有監控的信號進行存檔。這樣，使用者可以隨時查閱有關的歷史參數的值及其變化曲線。通過該軟件實現了設備實時動態畫面顯示與控制功能，人機界面更加友好，實時性更強，可以直觀監控各個設備的運行情況。

{1}界面變量設置。根據控制功能要求，通過WinCC設計相應的系統界面輸入輸出域、功能按鈕、文本及參數顯示，在把這些功能域與PLC相應的變量進行鏈接，這樣實現了變量狀態的上送。

{2}監控子界面設計。根據需要實現的控制功能的要求，監控系統設計了14個監控子界面：控制系統運行狀態監視、冷水系統監控、空調系統監控、新風系統監控、風機盤管監控、排風系統、洞外風樓、消防信息、變量閥、溫濕度；溫濕度歷史曲線、電壓電流曲線，消防聯動設備狀態。每個子界面用來顯示需要監視的設備信號，包括設備狀態，設備的運行參數，設置不同顏色來表示不同的設備狀態，設備運行的電流電壓值實時數值也直接顯示在屏幕上。

3.2 PLC軟件設計

根據現場每組設備不同工藝流程要求，對每組的控制器進行程序編寫。設備的控制程序使用SAIA PLC專用的PG5進行編程。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、數值運算、通信設置，實現數據在上位機上的實時顯示和故障記錄等功能。

4 系統運行網絡監控

4.1 系統網絡圖

整個空調控制系統的通訊最為重要，為了了解系統的各個控制單元運行狀況，在監控系統中設計了系統監控的網絡運行情況圖，用來顯示整個空調監控系統各個現地控制器運行情況。設計界面如圖2所示。

網絡圖上提供了整個空調控制系統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。在系統運行中，指示燈成紅綠交替閃爍狀態，此時控制器和空調上位之間通訊正常，如果只出現紅色或者是綠色的燈說明控制器和電腦之間未通訊。

4.2 系統網絡構建

系統的通信主要分為以下幾個部分：與消防火災系統之間的通信，與電廠監控系統的連接，各個控制子站間的通信，系統子站與上位機間的通信。其中空調系統與電廠控制系統及消防系統的通信連接方式，是把空調系統的輸入輸出信號直接通過硬接線的方式與這個兩個系統相連。子站之間的數據通訊方面，采用底層協議為RS485的S-BUS總線把各個子站相連進行通訊。子站和上位機間的通信是通過工業以太網連接。

4.3 系統網絡軟件設置

子站間以及子站與上位機間硬布線連接好后，需要在軟件中進行相應的網絡配置，軟件部分通過PG5編程軟件對19個PCD控制器進行配置包括通訊速率及站地址等參數設置。

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，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置一致，設置成統一的比特率。

③網關單元配置。子站完成設置后需要對網關單元進行設置，除站地址和通信速率設置外，還要進行網關功能的設置，設置包括IP地址、子網掩碼等以太網參數設置。通訊參數配置完成后實現各個子站之間，子站與上位機之間的通信。

5 結 語

該通風空調控制系統已在廣蓄電廠投入運行一段時間，通過這段時間的運行實踐表明，該通風空調控制系統操作簡單方便，運行可靠穩定，節省維護開支，其友好的人機界面為維護管理人員提供了一個便捷直觀的操作平臺。

參考文獻：

[1] 吳興平，繆小平.基于PLC的地下工程通風空調系統設計研究[J].機電一體化，2009，(1).