用PC+PLC實現武漢漢口江灘公園照明的集散控制_照明控制_DCS

用PC+PLC實現武漢漢口江灘公園照明的集散控制

2005/10/31 11:38:00

摘要： 　　本文討論了用PC+PLC實現集散控制系統（DCS）的基本原理，以武漢漢口江灘公園照明控制系統為例，著重論述了用PC+PLC實現的集散控制系統（DCS）在照明控制中的應用，并介紹了該控制系統具有的強大功能。中央控制室以GE公司的iFix作為監控軟件，通過采集現場PLC和EDA9033的數據信息，不僅可以控制每個照明回路，還可以形象生動的顯示每個照明回路的各種信息，監視每個回路的開關狀態信息、故障報警信息、電流、電壓、功率因素、有功功率、無功功率等電參數信息。 關鍵詞： 　　照明控制，DCS，PC+PLC，iFix，EDA9033。 Abstract: 　　The article talks about the basic principles of distribute control system (DCS) realized by PC+PLC, taking the lighting control system of Wuhan Hankou Jiangtan Park for example, emphatically discusses how to utilize DCS realized by PC+PLC into lighting control system. At the same time, it presents all kinds of powerful functions in this project realized by this kind of DCS. The center control room, using iFix supervision software produced by GE，collecting the data information of PLC and EDA9033, centralizedly controls every disperse lighting electrical loops and vividly displays and supervises all relative information, such as the status of on or off, alarming for unexpected problems, the current, voltage, factor of power, useful power, useless power of each electrical loops, etc. Keywords: 　　illumination control, DCS, PC+PC，iFix, EDA9033。 1．引言 　　世界經濟結構向國際化和高增值型方向發展，信息行業和計算機產業猛增，信息時代的前進步伐將越來越快，傳統的工作經濟遭到網絡知識經濟的強有力地挑戰；智能建筑，智能小區，智能家居等飛速發展，樓宇自動化(BA)、通信自動化 (CA)、辦公自動化(OA)、家庭自動化（HA）等各種自動化系統不斷出現；人們的物質與精神生活水平迅速提高，對工作和生活追求靈活、高效和舒適，對照明的要求也越來越高。因此，傳統的照明控制技術受到了時代的強烈沖擊，國內外都不斷的把各種計算機技術、網絡通信技術、現代控制技術不斷的引入到照明控制中來。　　只要有人在夜間活動的區域，都需要照明設備，有室內、室外照明，有辦公照明、家庭照明，有體育場館、工礦業車間廠房、道路橋梁、公園廣場、車站碼頭等等照明場所，其分布的地理范圍從幾平方米到方圓幾十公里。對于范圍較大的照明空間來說，實現照明設備的集中監控與管理變得勢在必行，目前大型的計算機控制系統有SCADA系統、DCS系統等，也有澳大利亞邦奇公司的Dynalite系統、奇勝公司的C-BUS系統等專業智能照明控制系統。本文將介紹怎樣用PC+PLC來實現照明集散控制系統。 2．集散控制系統（DCS）及相關計算機控制系統 　　自1975年Honeywell推出第一套DCS以來，世界上有幾十家自動化公司推出了上百種的集散控制系統（DCS），在三十年的發展過程中，先后經歷了四代產品的革新改良，其集散控制的思想越來越廣泛地被廣大自動化工程技術人員所青睞，并不斷地被應用于新建、擴建和技改項目中。但傳統的DCS一般由專業廠家生產，具有一定的專有性；另外，對一般傳統的DCS來說，其控制規模比較大，成本費用比較高，因此限制了在中小規模的自控系統項目中的推廣應用。　　目前，與DCS并存于市場上的計算機控制系統還有SCADA系統、以工業級PC機為核心構成的小型監督/控制系統（PC-Based）、PLC構成的控制系統、PC+單片機/DSP構成的控制系統、PC+PLC構成的監控系統等。這些系統在應用目標上、系統功能上、產品形態和實現方法等方面與DCS有很多共同之處，也有許多區別[1]。在具體的工程應用中，應根據工程的特點、用戶的功能需求來設計合理的方案，選擇相應的控制系統。 3．用PC+PLC實現集散控制系統（DCS）的基本原理 　　集散控制的基本思想是集中管理，分散控制，即：將流程工業的自動控制過程與操作管理人員對自動控制過程的管理過程相對分離；流程工業的自動控制過程由各控制站相對獨立地自動完成，而操作人員對自動控制過程的管理則由中央控制室的操作站來完成。中央操作站與各現場控制站一方面各自相對獨立地運行，從而將各種故障限制在局部范圍內，極大地提高了自動控制系統總體的安全性和可靠性；另一方面又相互進行實時數據通信和信息交換，實現了操作人員在中央控制室的操作站對整個自動控制過程進行管理和調整。　　現場控制站的主要任務是實現對生產過程的自動控制，因此它必須要能夠自動采集現場的各種工藝參數以及設備的運行狀態等生產信息，然后按照事先編好的控制程序進行大量的數值計算，最后輸出4～20ｍＡ標準模擬信號(或on/off數字信號)去驅動各種執行機構，調節各種工藝參數，實現生產過程的自動控制；另外還要與操作站進行實時通信，將采集到的各種生產信息傳送到操作站供操作人員使用，同時接收操作人員通過操作站發出的各種指令實時調整自動控制方案、優化生產過程，因此它還需要具有標準化的通信接口。目前的各種PLC均具有這樣的功能，而且其容量彈性大，擴充方便，控制方案的組態簡單易學，性能價格比優越，因此是中小型DCS的操作站的理想選擇。　　中央控制室的操作站實際上是一個人機界面，一方面把控制站采集的各種生產信息進行加工處理，然后以操作人員所習慣和熟悉的各種流程畫面、生產報表、歷史趨勢和聲光報警等形式提供給操作人員。另一方面把操作人員的各種指令進行編碼后傳送給操作站對控制方案進行調整，以優化生產過程或對特殊情況的緊急處理。對中小型DCS來講，目前市面上比較流行的各種監控軟件均能實現這樣的功能，且對計算機的硬件和操作系統無特別要求，用普通工業PC機和一套監控軟件就可實現。　　采用工業PC機和PLC組成集散控制系統時，PLC承擔了現場控制站的主要工作，PC機承擔了操作站和工程師站的工作。在安裝有PLC系統軟件的工業PC機上可以離線(或在線)編輯PLC的控制應用軟件，控制應用軟件下載到PLC后，PLC就可以獨立地完成現場數據采集、邏輯控制、模擬控制等工作。而操作站的各種功能都可以通過安裝在工業PC上的實時監控軟件來實現，在安裝有實時監控軟件的PC機上可以方便地對生產過程進行監控（用PC+PLC實現DCS的結構框圖如圖1所示）。

圖1 用PC+PLC實現DCS的結構框圖 4．漢口江灘公園照明的集散控制系統（DCS）設計 4.1 工程概況 　　武漢漢口江灘公園上起武漢客運港，下至丹水池后湖船廠,全長7公里,總面積約150萬平方米，是以防洪及綜合環境整治為主的綜合性市政工程，同時也具有城市生態綠化、觀江親水、休閑健身、文化展示等功能。該工程分三期建成，目前已經完成一、二期，共3.4公里，三期工程已經正式啟動，全線工程建成后，武漢漢口江灘公園將成為全球最大的廣場。　　由于江灘一期工程距離較短，其照明控制系統可以在低壓配電室內就地控制；然而，江灘工程的二期長2.4公里，配電室較多，就地控制的方式變得不太現實；同時，考慮到后續的三期工程，為實現全園區的所有照明設備的集中監控與管理、提高企業的綜合管理水平變勢在必行。因此用PC+PLC組建江灘二期工程的照明的集散控制系統（DCS），實現了集中監控與管理的功能，該系統投入運行一年后，一期的照明控制與管理也成功的擴展到該系統中，同時也為三期工程的照明控制與集中管理留了充裕的擴展接口。 4.2 用PC+PLC實現江灘公園二期工程照明的集散控制系統（DCS） 4.2.1 江灘公園的通信網絡背景介紹 　　在江灘二期建設時，搭建了1000M光纖Ethernet局域網絡，該網絡為噴泉控制系統、安全監控系統、停車廠收費系統、導游標識系統等提供了可靠的網絡通信平臺。本文所介紹的照明控制系統也是以該通信網絡為平臺來完成數據通訊，二期工程共有六個10KV/0.4KV的變壓器，它們分別位于市政廣場、國賓林、友誼林、網球場、游泳池、園藝區；同時，在每個箱式變壓器的15-30米處設計了個低壓配電室，并在每個低壓配電室內配置網絡交換機，配備的PLC設備通過雙絞線連接到交換機，基于TCP/IP協議通訊（其網絡拓撲圖見圖2）。

圖2 江灘二期1000M局域網網絡拓撲圖 4.2.2 江灘公園照明配電的現場控制站設計 　　照明配電的主回路設計：通過低壓電纜，把來至箱變低壓側的380/220V市電經隔離開關和斷路器后引至開關柜的低壓銅母線，然后由低壓斷路器分成若干支路，在每個分支回路中配置普通三相交流接觸器和電流互感器，最后到單相或三相用電負載。每個配電柜共計14個三相配電回路，單個配電柜的容量約150KVA，每個分支三相回路約10KW，其配電柜的配電系統圖如圖3所示。