時(shí)間:2006-04-26 15:27:00來源:0
4. 漢口江灘公園照明的集散控制系統(tǒng)(DCS)設(shè)計(jì)
4.1 工程概況
武漢漢口江灘公園上起武漢客運(yùn)港,下至丹水池后湖船廠,全長(zhǎng)7公里,總面積約150萬平方米,是以防洪及綜合環(huán)境整治為主的綜合性市政工程,同時(shí)也具有城市生態(tài)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(jīng)完成一、二期,共3.4公里,三期工程已經(jīng)正式啟動(dòng),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(chǎng)。
由于江灘一期工程距離較短,其照明控制系統(tǒng)可以在低壓配電室內(nèi)就地控制;然而,江灘工程的二期長(zhǎng)2.4公里,配電室較多,就地控制的方式變得不太現(xiàn)實(shí);同時(shí),考慮到后續(xù)的三期工程,為實(shí)現(xiàn)全園區(qū)的所有照明設(shè)備的集中監(jiān)控與管理、提高企業(yè)的綜合管理水平變勢(shì)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(tǒng)(DCS),實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)控與管理的功能,該系統(tǒng)投入運(yùn)行一年后,一期的照明控制與管理也成功的擴(kuò)展到該系統(tǒng)中,同時(shí)也為三期工程的照明控制與集中管理留了充裕的擴(kuò)展接口。
4.2 用PC+PLC實(shí)現(xiàn)江灘公園二期工程照明的集散控制系統(tǒng)(DCS)
4.2.1 江灘公園的通信網(wǎng)絡(luò)背景介紹
在江灘二期建設(shè)時(shí),搭建了1000M光纖Ethernet局域網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)為噴泉控制系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、停車廠收費(fèi)系統(tǒng)、導(dǎo)游標(biāo)識(shí)系統(tǒng)等提供了可靠的網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)。本文所介紹的照明控制系統(tǒng)也是以該通信網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)來完成數(shù)據(jù)通訊,二期工程共有六個(gè)10KV/0.4KV的變壓器,它們分別位于市政廣場(chǎng)、國(guó)賓林、友誼林、網(wǎng)球場(chǎng)、游泳池、園藝區(qū);同時(shí),在每個(gè)箱式變壓器的15-30米處設(shè)計(jì)了個(gè)低壓配電室,并在每個(gè)低壓配電室內(nèi)配置網(wǎng)絡(luò)交換機(jī),配備的PLC設(shè)備通過雙絞線連接到交換機(jī),基于TCP/IP協(xié)議通訊(其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖2)。
圖2 江灘二期1000M局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
4.2.2 江灘公園照明配電的現(xiàn)場(chǎng)控制站設(shè)計(jì)
照明配電的主回路設(shè)計(jì):通過低壓電纜,把來至箱變低壓側(cè)的380/220V市電經(jīng)隔離開關(guān)和斷路器后引至開關(guān)柜的低壓銅母線,然后由低壓斷路器分成若干支路,在每個(gè)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(fù)載。每個(gè)配電柜共計(jì)14個(gè)三相配電回路,單個(gè)配電柜的容量約150KVA,每個(gè)分支三相回路約10KW,其配電柜的配電系統(tǒng)圖如圖3所示。
圖3:配電柜的配電系統(tǒng)圖
圖4:EDA9033接線圖
電參量檢測(cè)單元的選擇:
本工程選擇山東力創(chuàng)科技有限公司研發(fā)生產(chǎn)的EDA9033作為電量采集模塊,檢測(cè)配電柜的總電流和各分支回路的電流、電壓、功率因素等電參量。該模塊采用電磁隔離和光電隔離技術(shù)使得電壓輸入、電流輸入及信號(hào)輸出三方完全隔離,從而保證了測(cè)控系統(tǒng)的安全;基于RS-485或RS-232與其他設(shè)備通訊,采用RS-485二線制輸出接口時(shí),具有+15kV的ESD保護(hù)功能,而采用RS-232三線制時(shí),具有±15kV的ESD保護(hù)能力;通訊速率(bps)可在1200、2400、4800、9600、19.2k中選擇;具有雙協(xié)議通訊功能,即同時(shí)具有ASCII碼格式和十六進(jìn)制格式通訊協(xié)議;指令為十六進(jìn)制格式時(shí),適合于單片機(jī)編程接口,過載能力強(qiáng),可正確測(cè)量滿量程1.5倍的電壓或電流信號(hào)[2]。
由配電系統(tǒng)圖知,所有三相配電回路的電流大于EDA9033的量程(20A),在配電設(shè)計(jì)時(shí)為每個(gè)配電柜配置了15個(gè)互感器,L0為配電柜的總電流檢測(cè)互感器,其變比為250/5,L1-L14為14個(gè)分支回路的電流檢測(cè)互感器,變比為30/5;KM1-KM14為控制分支配電回路接通的三相接觸器,型號(hào)為L(zhǎng)C1-40A 220VAC。
遠(yuǎn)程終端單元(RTU)的選型及電路原理圖設(shè)計(jì):
可編程序控制器(Programmable Logic Controller, PLC)技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展,技術(shù)相當(dāng)成熟,已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。用PLC來實(shí)現(xiàn)中照明配電自動(dòng)化的RTU功能,能夠很好地滿足RTU的特有的要求,使用PLC的離散輸入點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)遙信、用PLC的離散輸出點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)遙控、用PLC的模擬采樣輸入來實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、用PLC的通信功能來實(shí)現(xiàn)和主機(jī)的通信[3]。完成這些功能,都無需額外的硬件,只需根據(jù)開關(guān)量的實(shí)際情況,對(duì)PLC進(jìn)行簡(jiǎn)單編程即可。這種基于PLC的中照明配電自動(dòng)化的RTU實(shí)現(xiàn)方案具有以下特點(diǎn):硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,完全免維護(hù);規(guī)??纱罂尚。恢恍鑼LC的擴(kuò)展模塊連接在一起,就可以實(shí)現(xiàn)遙控點(diǎn)、遙信點(diǎn)、遙測(cè)點(diǎn)的增加;抗惡劣環(huán)境;高可靠性;編程實(shí)現(xiàn)各種功能,免硬件調(diào)試;費(fèi)用低廉。PLC方案在具體設(shè)計(jì)時(shí),包括以下幾個(gè)步驟: ①獲取操作點(diǎn)數(shù)。了解配電網(wǎng)的基本情況及自動(dòng)化的具體要求,確定系統(tǒng)需要進(jìn)行遙控、遙信、遙測(cè)、甚至遙調(diào)的設(shè)備,統(tǒng)計(jì)各處配電室需要這4種信號(hào)的具體點(diǎn)數(shù)。②確定通信方案。根據(jù)配電網(wǎng)的規(guī)模及分布情況,確定總體設(shè)計(jì)方案,主要是通信方案的設(shè)計(jì)和選擇。③PLC選型。根據(jù)各處各種操作的點(diǎn)數(shù)以及所確定的通信方案,選擇恰當(dāng)型號(hào)的PLC來實(shí)現(xiàn)RTU功能。
本工程選擇美國(guó)GE公司的Versa Max PLC,此款PLC是GE Fanuc Automation推出的新一代控制系統(tǒng),其設(shè)計(jì)新穎,通用性強(qiáng),結(jié)構(gòu)緊湊,模塊化設(shè)計(jì),支持熱插拔、配置靈活,經(jīng)濟(jì)實(shí)用,為自動(dòng)化系統(tǒng)提供功能強(qiáng)大的系列產(chǎn)品。每個(gè)控制站內(nèi)選擇1臺(tái)Versa Max PLC的CPU模塊,2臺(tái)32路I/O模塊(用于32路配電回路的接觸器控制與吸合狀態(tài)檢測(cè)),32臺(tái)EDA9033檢測(cè)每個(gè)配電回路的電參量,EDA9033和PLC通過RS485總線進(jìn)行通訊。PLC的接線原理框圖(如圖5)所示,控制回路原理圖(如圖6)所示。
圖5: PLC的接線原理框圖
圖6: 控制回路原理圖
4.2.3 中央控制室工業(yè)PC機(jī)及監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì):
根據(jù)江灘二期照明控制系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象,考慮到一期、三期的預(yù)留,在中央控制室設(shè)計(jì)兩臺(tái)工業(yè)級(jí)PC機(jī)分別作為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和操作監(jiān)控服務(wù)器,并選用GE公司的iFix Plus Unlimited Ver3.0版本作為監(jiān)控軟件。iFix工控組態(tài)軟件是一套實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、過程可視化及監(jiān)控功能的高性能的自動(dòng)化軟件,它在世界范圍內(nèi)已廣泛用于生產(chǎn)制造、包裝、食品和飲料、石油及天然氣生產(chǎn)等眾多工業(yè)領(lǐng)域[4]。iFix組態(tài)軟件的優(yōu)越性能為實(shí)現(xiàn)江灘公園的照明集散控制系統(tǒng)提供了可能。iFix 是一套提供現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集,過程可視化及過程監(jiān)控功能的工業(yè)自動(dòng)化軟件解決方案。GE公司是全球最大的工控軟件公司之一,提供全面的工業(yè)企業(yè)解決方案,iFix是GE工業(yè)自動(dòng)化軟件解決方案家族中的HMI/SCADA軟件組件,實(shí)現(xiàn)過程監(jiān)控,并在整個(gè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中傳遞信息,基于組件技術(shù)的Intellution Dynamics還包括了高性能的批次控制組件、軟邏輯控制組件、以及基于Internet功能組件,所有組件能無縫的集成于一體,實(shí)時(shí)綜合地反映復(fù)雜的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)過程。iFix軟件不僅包含大量圖形工具,使用戶能夠快速簡(jiǎn)單地開發(fā)系統(tǒng),而且iFix軟件提供了工業(yè)界最為強(qiáng)大的功能,包括實(shí)時(shí)過程的監(jiān)視和監(jiān)督控制,報(bào)警和報(bào)警管理,歷史趨勢(shì),統(tǒng)計(jì)過程控制,基于用戶的安全系統(tǒng),方便的系統(tǒng)擴(kuò)展,網(wǎng)絡(luò)等,用戶可以在企業(yè)的所有層次位置上都很方便地獲得實(shí)時(shí)過程信息,無論是在控制室還是在會(huì)議室,都可以進(jìn)行交互操作,并很快地做出有效的決策。
4.2.4 中央控制室的功能
中央控制室采用以上設(shè)計(jì)方案后,把整個(gè)江灘園區(qū)照明控制系統(tǒng)的日常操作、管理及維護(hù)的主要工作集中在控制中心站。調(diào)度系統(tǒng)部分的各種畫面及功能模塊按照顯示和使用的處所駐留在本地的計(jì)算機(jī)上,在網(wǎng)絡(luò)上流動(dòng)的主要是實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和各種報(bào)警和消息。整個(gè)系統(tǒng)在TCP/IP協(xié)議下交換數(shù)據(jù)。2臺(tái)計(jì)算機(jī)和組成在邏輯意義上獨(dú)立的一個(gè)功能子網(wǎng),其實(shí)現(xiàn)的功能如下:
● 可自動(dòng)接受各個(gè)控制子站所采集各照明配電回路的電流、電壓、回路狀態(tài)等數(shù)據(jù);
● 對(duì)各個(gè)控制子站進(jìn)行控制模式和方案設(shè)置、遙控命令的下發(fā)等;
● 支持網(wǎng)絡(luò)連接,可以把數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)送到服務(wù)器SQL數(shù)據(jù)庫(kù);
● 數(shù)據(jù)顯示,模擬圖形顯示,趨勢(shì)顯示,動(dòng)態(tài)模擬圖、趨勢(shì)圖形顯示、疊加實(shí)時(shí)數(shù)據(jù);報(bào)警產(chǎn)生、報(bào)警紀(jì)錄、報(bào)警確認(rèn)、報(bào)警查詢。報(bào)警內(nèi)容包括:照明回路的白天亮燈、晚上熄燈、電壓過壓、電流過載、供電線路停電、門開報(bào)警等故障;(分別如圖7、8、9所示)
● 按照全園區(qū)的平面圖,指示每個(gè)園區(qū)的用電設(shè)備的情況,直觀明了(如圖10所示);
● 數(shù)據(jù)存貯,歷史數(shù)據(jù)查詢,運(yùn)行記錄瀏覽;
● 運(yùn)行報(bào)表、統(tǒng)計(jì)分析圖形打印、歷史資料打??;
● 操作員權(quán)限管理,口令設(shè)置,操作檔案記錄;
● 報(bào)警信息可通過GSM短信信息方式,發(fā)送到相關(guān)的手機(jī)上;
● 報(bào)警值的設(shè)定:設(shè)置電流、電壓等報(bào)警項(xiàng)的上限和下限值;
● 可以按照時(shí)間設(shè)計(jì)成不同的開啟模式,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開啟/關(guān)閉的功能,以適應(yīng)用戶需要,可以采用平時(shí)照明、節(jié)假日照明和重大節(jié)假日照明模式進(jìn)行設(shè)置;
● 巡測(cè)周期:設(shè)置巡測(cè)間的時(shí)間間隔;
● 系統(tǒng)的維護(hù)功能;
● 系統(tǒng)校時(shí)。
圖7 電壓電流指示
圖8 歷史數(shù)據(jù)查詢
圖9 回路狀態(tài)顯示
圖10 分區(qū)電子地圖指示
4.2.5 各控制子站的功能
采用這種方案,形成分布式控制子站,這些位于控制子站一般位于控制現(xiàn)場(chǎng),江灘的照明控制系統(tǒng)的控制子站位于各個(gè)低壓配電室內(nèi),其功能如下:
● 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)和回路狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理,如開關(guān)狀態(tài)、電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)及回路的開關(guān)狀態(tài)。
● 按照預(yù)定的方案進(jìn)行控制,在特定時(shí)間段內(nèi)對(duì)各個(gè)回路的燈進(jìn)行程控,對(duì)照明燈具進(jìn)行時(shí)間控制和光控。
● 接受控制中心站的指令,進(jìn)行指定或全系統(tǒng)回路的開關(guān)控制。
● 能根據(jù)電壓、電流、有功功率和功率因數(shù)的變化自動(dòng)進(jìn)行照明回路亮燈率估算。
5. 結(jié)束語(yǔ)
用PC+PLC實(shí)現(xiàn)的DCS在江灘照明控制系統(tǒng)中投入使用近2年來,性能穩(wěn)定,運(yùn)行可靠,操作簡(jiǎn)單,維護(hù)工作量很小,受到了操作和維護(hù)人員的歡迎。根據(jù)江灘園區(qū)管理工作需要,在投用一年后,把江灘一期的照明控制也納入該系統(tǒng),成功的實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)展,待江灘三期建成后,該控制系統(tǒng)將監(jiān)控與管理長(zhǎng)達(dá)7公里的全園區(qū)照明控制設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)的任務(wù),控制子站近20個(gè),將成為一個(gè)典型的中大型的照明控制網(wǎng)絡(luò)。實(shí)踐證明,用PC+PLC實(shí)現(xiàn)的DCS配置靈活、技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、系統(tǒng)安全、開放性好、易于擴(kuò)展、軟件組態(tài)簡(jiǎn)單、便于自行設(shè)計(jì)和調(diào)試、性能價(jià)格比優(yōu)越,系統(tǒng)擴(kuò)展容易且維護(hù)工作量小,是企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造和中小型生產(chǎn)過程首選的自控系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn):
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[4] 倪旻 工業(yè)控制組態(tài)軟件的產(chǎn)品對(duì)比及發(fā)展趨勢(shì) 《測(cè)控技術(shù)》2000年 第19期 P38-P40
作者單位:武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院
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