PROFIBUS與WinCC在地源熱泵群監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

張蓉蓉　劉旭

摘 要： 針對地源熱泵群監(jiān)控系統(tǒng)自動化的問題，提出了一種基于PROFIBUS?DP總線和組態(tài)軟件技術(shù)的地源熱泵群監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)以裝有WinCC控制軟件的PC機(jī)監(jiān)控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，一臺S7?300PLC作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主站，每個(gè)從站利用S7?300PLC實(shí)現(xiàn)對各個(gè)熱泵機(jī)組的運(yùn)行控制。該系統(tǒng)具有可靠性高、可維護(hù)性強(qiáng)、監(jiān)控界面形象配置更容易、畫面效果更逼真，程序運(yùn)行更安全等優(yōu)點(diǎn)。測試組實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：該設(shè)計(jì)能夠滿足監(jiān)控系統(tǒng)的指標(biāo)要求，能夠很好地完成對地源熱泵群工作溫度等參數(shù)的監(jiān)控任務(wù)。

關(guān)鍵詞： 地源熱泵群； 監(jiān)控系統(tǒng)； PROFIBUS?DP； WinCC

中圖分類號： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）12?0107?03

Abstract： To solve the issue of automatic monitoring system for ground source heat pump group， a monitoring system based on PROFIBUS?DP and configuration software technology is put forward in this paper. The system monitors the entire network with a PC equipped with WinCC control software. A S7?300 PLC serves as the master station of the whole network. Each slave station makes use of S7?300PLC to control all heat pump units. The system is characterized by high reliability， perfect maintainability， easier image monitoring interface configuration， more vivid pictures， safer program running， etc. Experimental results of the test group show that the design is able to meet the requirements of all indexes of the monitoring system， and can fulfill the mission of monitoring the working temperature of ground source heat pump group.

Keywords： ground source heat pump group； monitoring system； PROFIBUS?DP； WinCC

0 引 言

地源熱泵又稱地?zé)釤岜茫且环N以地下淺層地?zé)嶙鳛橘Y源，既可供熱又可制冷的高效節(jié)能的換熱系統(tǒng)。隨著近年來能源消耗急劇增加，地源熱泵技術(shù)以其節(jié)能、環(huán)保、熱效率高等優(yōu)勢愈加受到人們的青睞。在地源熱泵機(jī)組運(yùn)行時(shí)，一體式的監(jiān)控系統(tǒng)可以讓遠(yuǎn)端的監(jiān)控人員實(shí)時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并對機(jī)組設(shè)備能有直觀、全面、準(zhǔn)確的認(rèn)識，充分保證系統(tǒng)持續(xù)合理地運(yùn)行。

本文運(yùn)用先進(jìn)的PROFIBUS總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)合WinCC組態(tài)軟件技術(shù)，在西門子S7系列PLC的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一款高性能的地源熱泵群監(jiān)控系統(tǒng)。

1 PROFIBUS總線

PROFIBUS（Process Field Bus）是一種國際化的、開放的、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)[1]。作為一種應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的通信協(xié)議， PROFIBUS共包含分散外設(shè)（PROFIBUS?DP）、過程自動化（PROFIBUS?PA）、現(xiàn)場總線信息規(guī)范（PROFIBUS?FMS）三個(gè)兼容版本。其中， PROFIBUS?DP相較于另兩種，具有傳輸介質(zhì)簡單、安裝維護(hù)方便、容易進(jìn)行擴(kuò)展，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，更適用于現(xiàn)場設(shè)備級的高速數(shù)據(jù)傳輸。

結(jié)合本系統(tǒng)實(shí)際情況，在對地源熱泵群監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中采用了PROFIBUS?DP總線控制方式。

2 WinCC組態(tài)軟件

視窗中心WinCC（Windows Control Center）是一款由西門子和微軟合作開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)軟件。與其他常用的監(jiān)控組態(tài)軟件（SCADA）系統(tǒng)一樣，WinCC是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程與調(diào)度自動化系統(tǒng)。但WinCC特有的既有基于Windows系統(tǒng)的特點(diǎn)、又有微軟其他產(chǎn)品支持的優(yōu)勢，使其相比同類產(chǎn)品應(yīng)用范圍更廣[2?3]。

由于本系統(tǒng)在現(xiàn)場總線和PLC方面均選用了西門子產(chǎn)品。考慮到WinCC具有：與SIMATIC S7系列PLC連接方便且通信高效、與STEP7結(jié)合緊密開發(fā)周期短、有對SIMATIC PLC進(jìn)行系統(tǒng)診斷的選項(xiàng)便于硬件維護(hù)等諸多優(yōu)勢，本設(shè)計(jì)選用了WinCC組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的過程控制監(jiān)控功能。

3 熱泵群監(jiān)控系統(tǒng)

3.1 總體結(jié)構(gòu)

地源熱泵群監(jiān)控系統(tǒng)采用集中管理、分布式控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過與作業(yè)現(xiàn)場人機(jī)交互系統(tǒng)的通信，實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)場機(jī)構(gòu)的集中管理，同時(shí)對各站點(diǎn)的作業(yè)過程實(shí)現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測和分布式控制。具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型圖如圖1所示。

系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)中，一臺裝有WinCC的工控機(jī)作為上位機(jī)負(fù)責(zé)監(jiān)控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。工控機(jī)（PC機(jī)）通過通信卡CP5613與S7?300PLC相連，該S7?300PLC作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主站，負(fù)責(zé)發(fā)送控制信息，讀取從站狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)熱泵系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程終端控制。從站S7?300PLC通過通信模塊EM277與PROFIBUS相連，從站PLC之間使用PROFIBUS?DP連接成總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，每個(gè)從站利用S7?300PLC實(shí)現(xiàn)對各個(gè)熱泵機(jī)組的運(yùn)行控制，利用水位開關(guān)、壓力傳感器、溫度傳感器等對熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢測，利用PLC的輸出對壓縮機(jī)、換熱系統(tǒng)以及水泵系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行控制[4?5]。

3.2 主要參數(shù)

借助軟硬件設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)擬實(shí)現(xiàn)在控制中心可完成前端采集器上報(bào)數(shù)據(jù)的接收且入庫、歷史數(shù)據(jù)查詢、缺失數(shù)據(jù)補(bǔ)遺、顯示各站點(diǎn)在線狀態(tài)、判斷前端設(shè)備供電狀態(tài)變化（市電或蓄電）等功能。具體設(shè)計(jì)如下：

（1） 顯示站點(diǎn)狀態(tài)：各站點(diǎn)狀態(tài)分為在線、離線兩種，每個(gè)站點(diǎn)可包含多個(gè)硬件，分別用#1、#2等表示，各井極限可測12路溫度。各站點(diǎn)狀態(tài)均作入庫處理，并及時(shí)更新供網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)查詢。

（2） 顯示供電狀態(tài)：供電狀態(tài)分為蓄電池、市電兩種，當(dāng)供電狀態(tài)變化時(shí)，系統(tǒng)可借助外圍短信設(shè)備向相關(guān)責(zé)任人發(fā)送警報(bào)信息。

（3） 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢：可分別以#號、通道號、時(shí)間、供電狀態(tài)、在線狀態(tài)為查詢關(guān)鍵詞，查詢結(jié)果顯示為——站點(diǎn)名、井號、通道個(gè)數(shù)、供電狀態(tài)、在線狀態(tài)、數(shù)據(jù)時(shí)間。

（4） 實(shí)現(xiàn)Excel報(bào)表導(dǎo)出：數(shù)據(jù)查詢所得結(jié)果可實(shí)現(xiàn)Excel表格的導(dǎo)出。表格中的數(shù)據(jù)項(xiàng)顯示為——站點(diǎn)名、井號、通道號、溫度數(shù)據(jù)、時(shí)間。

（5） 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)完整性檢測：當(dāng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)生丟失時(shí)，可及時(shí)提示，并可通過手動或程序自動的方式進(jìn)行修正。

根據(jù)以上思路擬采用如下軟硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

系統(tǒng)的硬件主要包括監(jiān)控上位計(jì)算機(jī)、主站S7?300CPU315?2DP、從站S7?300 CPU313C?2DP、EM277接口模塊、通信處理器、PROFIBUS連接電纜等。上位機(jī)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，通信處理器采用SIMNATIC NET CP5613卡，該板卡是一種集成微處理器，它用于工控機(jī)連接到PROFIBUS，一個(gè)PROFIBUS接口，僅支持DP主站、PG/OP、S7通信。

控制中心PC機(jī)上安裝的WinCC組態(tài)軟件，本設(shè)計(jì)選用北京亞控公司研發(fā)的WinCC組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)，研究組態(tài)方法，開發(fā)直觀的熱泵機(jī)組、蓄水池、開關(guān)等系統(tǒng)設(shè)備的仿真畫面，以方便設(shè)備的集中監(jiān)管。

4 網(wǎng)絡(luò)通信

本系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)中的通信主要是指主站PLC與各從站之間以及與上位機(jī)組態(tài)軟件WinCC之間的通信[6?7]。其中，前者采用的是PROFIBUS?DP通信協(xié)議，后者則是多點(diǎn)接口通信（MPI）協(xié)議。

4.1 PROFIBUS?DP通信設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)利用PLC站的DP口，上位機(jī)插卡CP5613的DP口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其中PROFIBUS接口為RS 485，連接電纜為PROFIBUS電纜（屏蔽雙絞線），接頭選用PROFIBUS接頭并帶有終端電阻，傳輸距離可以RS 485中繼器進(jìn)行擴(kuò)展，可達(dá)10 km。

系統(tǒng)中選用主站為CPU315?2DP，從站為CPU313C?2DP，如圖2所示。

設(shè)置波特率等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，并進(jìn)行硬件組態(tài)，將從站連接至主站的PROFIBUS總線，并建立通信接口區(qū)，如圖3所示。

WinCC與S7?300PLC CPU 315?2DP主站通信類型為多點(diǎn)接口通信（MPI）。WinCC與主站S7?300 PLC間通信設(shè)計(jì)步驟如下：

（1） 在PC機(jī)上安裝STEP7編程軟件。

（2） 進(jìn)行PLC的硬件組態(tài)，設(shè)置MPI地址等參數(shù)。

（3） 進(jìn)行通信端口設(shè)置。雙擊在Windows控制面板下的工具“Set PG/PC Interface”，選擇MPI（WinCC）?PC Adapter（MPI），設(shè)定對應(yīng)參數(shù)并完成確認(rèn)。

（4） 進(jìn)行下位機(jī)設(shè)置。端口設(shè)置成功后，對組態(tài)的硬件進(jìn)行下載，下載完畢，則設(shè)置結(jié)束。

（5） 打開WinCC，建立新的WinCC項(xiàng)目，在變量管理模塊中添加名稱為SIMATIC S7 Protocol Suite的通信驅(qū)動程序。

（6） 驅(qū)動器加入成功后，選擇MPI通信協(xié)議，在MPI項(xiàng)下建立PLC連接， MPI地址必須與PLC中的設(shè)置相同，接著在組態(tài)完成的S7?300PLC下設(shè)置標(biāo)簽（包括：標(biāo)簽地址、標(biāo)簽名、數(shù)據(jù)類型）。

上述步驟完成后，將待通信數(shù)據(jù)逐一定義標(biāo)簽，打開WinCC的圖形編輯器，制作控制網(wǎng)絡(luò)畫面，并將畫面中的對象與現(xiàn)場設(shè)備連接，最終實(shí)現(xiàn)WinCC與主站S7?300 PLC之間的數(shù)據(jù)通信。

5 結(jié) 語

本文介紹了一種基于PROFIBUS總線和WinCC組態(tài)軟件技術(shù)的地源熱泵群監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。相比同類網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)的基于PROFIBUS總線和WinCC組態(tài)軟件的監(jiān)控系統(tǒng)具有可靠性高、可維護(hù)性強(qiáng)，響應(yīng)速度快、控制精度高、監(jiān)控界面形象配置更容易、畫面效果更逼真，程序運(yùn)行安全性更高等優(yōu)點(diǎn)。測試組對系統(tǒng)功能、操作、通信等重要環(huán)節(jié)的進(jìn)行多次應(yīng)用測試，結(jié)果證明：該設(shè)計(jì)能夠滿足監(jiān)控系統(tǒng)的指標(biāo)要求，能夠很好的完成對地源熱泵群工作溫度等參數(shù)的監(jiān)控任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳海霞，林昕.基于WinCC的地源熱泵監(jiān)測與診斷[J].系統(tǒng)制造業(yè)自動化，2011，33（5）：21?23.

[2] 王春梅，周仕強(qiáng).地源熱泵微機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2011，24（7）：14?15.

[3] 孟建軍，李德倉.基于WinCC的整備作業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)工程，2011，37（9）：242?244.

[4] 黃清寶，于乾仲，胡映寧，等.地源熱泵遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)分析[J].自動化儀表，2011，32（6）：67?69.

[5] 陳筱莉.基于GPRS的地源熱泵供水參數(shù)無線監(jiān)測系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2011，24（2）：53?54.

[6] 紀(jì)利琴，蘇巧平，薛穎操，等.水源熱泵中央空調(diào)控制與網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)[J].自動化與儀器儀表，2010，30（1）：75?77.

[7] 陳超林.地源熱泵能耗監(jiān)刊系統(tǒng)的研發(fā)[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（4）：277?279.

3.2 主要參數(shù)

借助軟硬件設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)擬實(shí)現(xiàn)在控制中心可完成前端采集器上報(bào)數(shù)據(jù)的接收且入庫、歷史數(shù)據(jù)查詢、缺失數(shù)據(jù)補(bǔ)遺、顯示各站點(diǎn)在線狀態(tài)、判斷前端設(shè)備供電狀態(tài)變化（市電或蓄電）等功能。具體設(shè)計(jì)如下：

（1） 顯示站點(diǎn)狀態(tài)：各站點(diǎn)狀態(tài)分為在線、離線兩種，每個(gè)站點(diǎn)可包含多個(gè)硬件，分別用#1、#2等表示，各井極限可測12路溫度。各站點(diǎn)狀態(tài)均作入庫處理，并及時(shí)更新供網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)查詢。

（2） 顯示供電狀態(tài)：供電狀態(tài)分為蓄電池、市電兩種，當(dāng)供電狀態(tài)變化時(shí)，系統(tǒng)可借助外圍短信設(shè)備向相關(guān)責(zé)任人發(fā)送警報(bào)信息。

（3） 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢：可分別以#號、通道號、時(shí)間、供電狀態(tài)、在線狀態(tài)為查詢關(guān)鍵詞，查詢結(jié)果顯示為——站點(diǎn)名、井號、通道個(gè)數(shù)、供電狀態(tài)、在線狀態(tài)、數(shù)據(jù)時(shí)間。

（4） 實(shí)現(xiàn)Excel報(bào)表導(dǎo)出：數(shù)據(jù)查詢所得結(jié)果可實(shí)現(xiàn)Excel表格的導(dǎo)出。表格中的數(shù)據(jù)項(xiàng)顯示為——站點(diǎn)名、井號、通道號、溫度數(shù)據(jù)、時(shí)間。

（5） 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)完整性檢測：當(dāng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)生丟失時(shí)，可及時(shí)提示，并可通過手動或程序自動的方式進(jìn)行修正。

根據(jù)以上思路擬采用如下軟硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

系統(tǒng)的硬件主要包括監(jiān)控上位計(jì)算機(jī)、主站S7?300CPU315?2DP、從站S7?300 CPU313C?2DP、EM277接口模塊、通信處理器、PROFIBUS連接電纜等。上位機(jī)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，通信處理器采用SIMNATIC NET CP5613卡，該板卡是一種集成微處理器，它用于工控機(jī)連接到PROFIBUS，一個(gè)PROFIBUS接口，僅支持DP主站、PG/OP、S7通信。

控制中心PC機(jī)上安裝的WinCC組態(tài)軟件，本設(shè)計(jì)選用北京亞控公司研發(fā)的WinCC組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)，研究組態(tài)方法，開發(fā)直觀的熱泵機(jī)組、蓄水池、開關(guān)等系統(tǒng)設(shè)備的仿真畫面，以方便設(shè)備的集中監(jiān)管。

4 網(wǎng)絡(luò)通信

本系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)中的通信主要是指主站PLC與各從站之間以及與上位機(jī)組態(tài)軟件WinCC之間的通信[6?7]。其中，前者采用的是PROFIBUS?DP通信協(xié)議，后者則是多點(diǎn)接口通信（MPI）協(xié)議。

4.1 PROFIBUS?DP通信設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)利用PLC站的DP口，上位機(jī)插卡CP5613的DP口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其中PROFIBUS接口為RS 485，連接電纜為PROFIBUS電纜（屏蔽雙絞線），接頭選用PROFIBUS接頭并帶有終端電阻，傳輸距離可以RS 485中繼器進(jìn)行擴(kuò)展，可達(dá)10 km。

系統(tǒng)中選用主站為CPU315?2DP，從站為CPU313C?2DP，如圖2所示。

設(shè)置波特率等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，并進(jìn)行硬件組態(tài)，將從站連接至主站的PROFIBUS總線，并建立通信接口區(qū)，如圖3所示。

WinCC與S7?300PLC CPU 315?2DP主站通信類型為多點(diǎn)接口通信（MPI）。WinCC與主站S7?300 PLC間通信設(shè)計(jì)步驟如下：

（1） 在PC機(jī)上安裝STEP7編程軟件。

（2） 進(jìn)行PLC的硬件組態(tài)，設(shè)置MPI地址等參數(shù)。

（3） 進(jìn)行通信端口設(shè)置。雙擊在Windows控制面板下的工具“Set PG/PC Interface”，選擇MPI（WinCC）?PC Adapter（MPI），設(shè)定對應(yīng)參數(shù)并完成確認(rèn)。

（4） 進(jìn)行下位機(jī)設(shè)置。端口設(shè)置成功后，對組態(tài)的硬件進(jìn)行下載，下載完畢，則設(shè)置結(jié)束。

（5） 打開WinCC，建立新的WinCC項(xiàng)目，在變量管理模塊中添加名稱為SIMATIC S7 Protocol Suite的通信驅(qū)動程序。

（6） 驅(qū)動器加入成功后，選擇MPI通信協(xié)議，在MPI項(xiàng)下建立PLC連接， MPI地址必須與PLC中的設(shè)置相同，接著在組態(tài)完成的S7?300PLC下設(shè)置標(biāo)簽（包括：標(biāo)簽地址、標(biāo)簽名、數(shù)據(jù)類型）。

上述步驟完成后，將待通信數(shù)據(jù)逐一定義標(biāo)簽，打開WinCC的圖形編輯器，制作控制網(wǎng)絡(luò)畫面，并將畫面中的對象與現(xiàn)場設(shè)備連接，最終實(shí)現(xiàn)WinCC與主站S7?300 PLC之間的數(shù)據(jù)通信。

5 結(jié) 語

本文介紹了一種基于PROFIBUS總線和WinCC組態(tài)軟件技術(shù)的地源熱泵群監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。相比同類網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)的基于PROFIBUS總線和WinCC組態(tài)軟件的監(jiān)控系統(tǒng)具有可靠性高、可維護(hù)性強(qiáng)，響應(yīng)速度快、控制精度高、監(jiān)控界面形象配置更容易、畫面效果更逼真，程序運(yùn)行安全性更高等優(yōu)點(diǎn)。測試組對系統(tǒng)功能、操作、通信等重要環(huán)節(jié)的進(jìn)行多次應(yīng)用測試，結(jié)果證明：該設(shè)計(jì)能夠滿足監(jiān)控系統(tǒng)的指標(biāo)要求，能夠很好的完成對地源熱泵群工作溫度等參數(shù)的監(jiān)控任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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[3] 孟建軍，李德倉.基于WinCC的整備作業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)工程，2011，37（9）：242?244.

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[7] 陳超林.地源熱泵能耗監(jiān)刊系統(tǒng)的研發(fā)[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（4）：277?279.

3.2 主要參數(shù)

借助軟硬件設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)擬實(shí)現(xiàn)在控制中心可完成前端采集器上報(bào)數(shù)據(jù)的接收且入庫、歷史數(shù)據(jù)查詢、缺失數(shù)據(jù)補(bǔ)遺、顯示各站點(diǎn)在線狀態(tài)、判斷前端設(shè)備供電狀態(tài)變化（市電或蓄電）等功能。具體設(shè)計(jì)如下：

（1） 顯示站點(diǎn)狀態(tài)：各站點(diǎn)狀態(tài)分為在線、離線兩種，每個(gè)站點(diǎn)可包含多個(gè)硬件，分別用#1、#2等表示，各井極限可測12路溫度。各站點(diǎn)狀態(tài)均作入庫處理，并及時(shí)更新供網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)查詢。

（2） 顯示供電狀態(tài)：供電狀態(tài)分為蓄電池、市電兩種，當(dāng)供電狀態(tài)變化時(shí)，系統(tǒng)可借助外圍短信設(shè)備向相關(guān)責(zé)任人發(fā)送警報(bào)信息。

（3） 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢：可分別以#號、通道號、時(shí)間、供電狀態(tài)、在線狀態(tài)為查詢關(guān)鍵詞，查詢結(jié)果顯示為——站點(diǎn)名、井號、通道個(gè)數(shù)、供電狀態(tài)、在線狀態(tài)、數(shù)據(jù)時(shí)間。

（4） 實(shí)現(xiàn)Excel報(bào)表導(dǎo)出：數(shù)據(jù)查詢所得結(jié)果可實(shí)現(xiàn)Excel表格的導(dǎo)出。表格中的數(shù)據(jù)項(xiàng)顯示為——站點(diǎn)名、井號、通道號、溫度數(shù)據(jù)、時(shí)間。

（5） 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)完整性檢測：當(dāng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)生丟失時(shí)，可及時(shí)提示，并可通過手動或程序自動的方式進(jìn)行修正。

根據(jù)以上思路擬采用如下軟硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

系統(tǒng)的硬件主要包括監(jiān)控上位計(jì)算機(jī)、主站S7?300CPU315?2DP、從站S7?300 CPU313C?2DP、EM277接口模塊、通信處理器、PROFIBUS連接電纜等。上位機(jī)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，通信處理器采用SIMNATIC NET CP5613卡，該板卡是一種集成微處理器，它用于工控機(jī)連接到PROFIBUS，一個(gè)PROFIBUS接口，僅支持DP主站、PG/OP、S7通信。

控制中心PC機(jī)上安裝的WinCC組態(tài)軟件，本設(shè)計(jì)選用北京亞控公司研發(fā)的WinCC組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)，研究組態(tài)方法，開發(fā)直觀的熱泵機(jī)組、蓄水池、開關(guān)等系統(tǒng)設(shè)備的仿真畫面，以方便設(shè)備的集中監(jiān)管。

4 網(wǎng)絡(luò)通信

本系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)中的通信主要是指主站PLC與各從站之間以及與上位機(jī)組態(tài)軟件WinCC之間的通信[6?7]。其中，前者采用的是PROFIBUS?DP通信協(xié)議，后者則是多點(diǎn)接口通信（MPI）協(xié)議。

4.1 PROFIBUS?DP通信設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)利用PLC站的DP口，上位機(jī)插卡CP5613的DP口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其中PROFIBUS接口為RS 485，連接電纜為PROFIBUS電纜（屏蔽雙絞線），接頭選用PROFIBUS接頭并帶有終端電阻，傳輸距離可以RS 485中繼器進(jìn)行擴(kuò)展，可達(dá)10 km。

系統(tǒng)中選用主站為CPU315?2DP，從站為CPU313C?2DP，如圖2所示。

設(shè)置波特率等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，并進(jìn)行硬件組態(tài)，將從站連接至主站的PROFIBUS總線，并建立通信接口區(qū)，如圖3所示。

WinCC與S7?300PLC CPU 315?2DP主站通信類型為多點(diǎn)接口通信（MPI）。WinCC與主站S7?300 PLC間通信設(shè)計(jì)步驟如下：

（1） 在PC機(jī)上安裝STEP7編程軟件。

（2） 進(jìn)行PLC的硬件組態(tài)，設(shè)置MPI地址等參數(shù)。

（3） 進(jìn)行通信端口設(shè)置。雙擊在Windows控制面板下的工具“Set PG/PC Interface”，選擇MPI（WinCC）?PC Adapter（MPI），設(shè)定對應(yīng)參數(shù)并完成確認(rèn)。

（4） 進(jìn)行下位機(jī)設(shè)置。端口設(shè)置成功后，對組態(tài)的硬件進(jìn)行下載，下載完畢，則設(shè)置結(jié)束。

（5） 打開WinCC，建立新的WinCC項(xiàng)目，在變量管理模塊中添加名稱為SIMATIC S7 Protocol Suite的通信驅(qū)動程序。

（6） 驅(qū)動器加入成功后，選擇MPI通信協(xié)議，在MPI項(xiàng)下建立PLC連接， MPI地址必須與PLC中的設(shè)置相同，接著在組態(tài)完成的S7?300PLC下設(shè)置標(biāo)簽（包括：標(biāo)簽地址、標(biāo)簽名、數(shù)據(jù)類型）。

上述步驟完成后，將待通信數(shù)據(jù)逐一定義標(biāo)簽，打開WinCC的圖形編輯器，制作控制網(wǎng)絡(luò)畫面，并將畫面中的對象與現(xiàn)場設(shè)備連接，最終實(shí)現(xiàn)WinCC與主站S7?300 PLC之間的數(shù)據(jù)通信。

5 結(jié) 語

本文介紹了一種基于PROFIBUS總線和WinCC組態(tài)軟件技術(shù)的地源熱泵群監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。相比同類網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)的基于PROFIBUS總線和WinCC組態(tài)軟件的監(jiān)控系統(tǒng)具有可靠性高、可維護(hù)性強(qiáng)，響應(yīng)速度快、控制精度高、監(jiān)控界面形象配置更容易、畫面效果更逼真，程序運(yùn)行安全性更高等優(yōu)點(diǎn)。測試組對系統(tǒng)功能、操作、通信等重要環(huán)節(jié)的進(jìn)行多次應(yīng)用測試，結(jié)果證明：該設(shè)計(jì)能夠滿足監(jiān)控系統(tǒng)的指標(biāo)要求，能夠很好的完成對地源熱泵群工作溫度等參數(shù)的監(jiān)控任務(wù)。

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