用PC+PLC实现武汉汉口江滩公园照明的集散控制_照明控制_DCS

用PC+PLC实现武汉汉口江滩公园照明的集散控制

2005/10/31 11:38:00

摘要： 　　本文讨论了用PC+PLC实现集散控制系统（DCS）的基本原理，以武汉汉口江滩公园照明控制系统为例，着重论述了用PC+PLC实现的集散控制系统（DCS）在照明控制中的应用，并介绍了该控制系统具有的强大功能。中央控制室以GE公司的iFix作为监控软件，通过采集现场PLC和EDA9033的数据信息，不仅可以控制每个照明回路，还可以形象生动的显示每个照明回路的各种信息，监视每个回路的开关状态信息、故障报警信息、电流、电压、功率因素、有功功率、无功功率等电参数信息。 关键词： 　　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 　　世界经济结构向国际化和高增值型方向发展，信息行业和计算机产业猛增，信息时代的前进步伐将越来越快，传统的工作经济遭到网络知识经济的强有力地挑战；智能建筑，智能小区，智能家居等飞速发展，楼宇自动化(BA)、通信自动化 (CA)、办公自动化(OA)、家庭自动化（HA）等各种自动化系统不断出现；人们的物质与精神生活水平迅速提高，对工作和生活追求灵活、高效和舒适，对照明的要求也越来越高。因此，传统的照明控制技术受到了时代的强烈冲击，国内外都不断的把各种计算机技术、网络通信技术、现代控制技术不断的引入到照明控制中来。　　只要有人在夜间活动的区域，都需要照明设备，有室内、室外照明，有办公照明、家庭照明，有体育场馆、工矿业车间厂房、道路桥梁、公园广场、车站码头等等照明场所，其分布的地理范围从几平方米到方圆几十公里。对于范围较大的照明空间来说，实现照明设备的集中监控与管理变得势在必行，目前大型的计算机控制系统有SCADA系统、DCS系统等，也有澳大利亚邦奇公司的Dynalite系统、奇胜公司的C-BUS系统等专业智能照明控制系统。本文将介绍怎样用PC+PLC来实现照明集散控制系统。 2．集散控制系统（DCS）及相关计算机控制系统 　　自1975年Honeywell推出第一套DCS以来，世界上有几十家自动化公司推出了上百种的集散控制系统（DCS），在三十年的发展过程中，先后经历了四代产品的革新改良，其集散控制的思想越来越广泛地被广大自动化工程技术人员所青睐，并不断地被应用于新建、扩建和技改项目中。但传统的DCS一般由专业厂家生产，具有一定的专有性；另外，对一般传统的DCS来说，其控制规模比较大，成本费用比较高，因此限制了在中小规模的自控系统项目中的推广应用。　　目前，与DCS并存于市场上的计算机控制系统还有SCADA系统、以工业级PC机为核心构成的小型监督/控制系统（PC-Based）、PLC构成的控制系统、PC+单片机/DSP构成的控制系统、PC+PLC构成的监控系统等。这些系统在应用目标上、系统功能上、产品形态和实现方法等方面与DCS有很多共同之处，也有许多区别[1]。在具体的工程应用中，应根据工程的特点、用户的功能需求来设计合理的方案，选择相应的控制系统。 3．用PC+PLC实现集散控制系统（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：将流程工业的自动控制过程与操作管理人员对自动控制过程的管理过程相对分离；流程工业的自动控制过程由各控制站相对独立地自动完成，而操作人员对自动控制过程的管理则由中央控制室的操作站来完成。中央操作站与各现场控制站一方面各自相对独立地运行，从而将各种故障限制在局部范围内，极大地提高了自动控制系统总体的安全性和可靠性；另一方面又相互进行实时数据通信和信息交换，实现了操作人员在中央控制室的操作站对整个自动控制过程进行管理和调整。　　现场控制站的主要任务是实现对生产过程的自动控制，因此它必须要能够自动采集现场的各种工艺参数以及设备的运行状态等生产信息，然后按照事先编好的控制程序进行大量的数值计算，最后输出4～20ｍＡ标准模拟信号(或on/off数字信号)去驱动各种执行机构，调节各种工艺参数，实现生产过程的自动控制；另外还要与操作站进行实时通信，将采集到的各种生产信息传送到操作站供操作人员使用，同时接收操作人员通过操作站发出的各种指令实时调整自动控制方案、优化生产过程，因此它还需要具有标准化的通信接口。目前的各种PLC均具有这样的功能，而且其容量弹性大，扩充方便，控制方案的组态简单易学，性能价格比优越，因此是中小型DCS的操作站的理想选择。　　中央控制室的操作站实际上是一个人机界面，一方面把控制站采集的各种生产信息进行加工处理，然后以操作人员所习惯和熟悉的各种流程画面、生产报表、历史趋势和声光报警等形式提供给操作人员。另一方面把操作人员的各种指令进行编码后传送给操作站对控制方案进行调整，以优化生产过程或对特殊情况的紧急处理。对中小型DCS来讲，目前市面上比较流行的各种监控软件均能实现这样的功能，且对计算机的硬件和操作系统无特别要求，用普通工业PC机和一套监控软件就可实现。　　采用工业PC机和PLC组成集散控制系统时，PLC承担了现场控制站的主要工作，PC机承担了操作站和工程师站的工作。在安装有PLC系统软件的工业PC机上可以离线(或在线)编辑PLC的控制应用软件，控制应用软件下载到PLC后，PLC就可以独立地完成现场数据采集、逻辑控制、模拟控制等工作。而操作站的各种功能都可以通过安装在工业PC上的实时监控软件来实现，在安装有实时监控软件的PC机上可以方便地对生产过程进行监控（用PC+PLC实现DCS的结构框图如图1所示）。

图1 用PC+PLC实现DCS的结构框图 4．汉口江滩公园照明的集散控制系统（DCS）设计 4.1 工程概况 　　武汉汉口江滩公园上起武汉客运港，下至丹水池后湖船厂,全长7公里,总面积约150万平方米，是以防洪及综合环境整治为主的综合性市政工程，同时也具有城市生态绿化、观江亲水、休闲健身、文化展示等功能。该工程分三期建成，目前已经完成一、二期，共3.4公里，三期工程已经正式启动，全线工程建成后，武汉汉口江滩公园将成为全球最大的广场。　　由于江滩一期工程距离较短，其照明控制系统可以在低压配电室内就地控制；然而，江滩工程的二期长2.4公里，配电室较多，就地控制的方式变得不太现实；同时，考虑到后续的三期工程，为实现全园区的所有照明设备的集中监控与管理、提高企业的综合管理水平变势在必行。因此用PC+PLC组建江滩二期工程的照明的集散控制系统（DCS），实现了集中监控与管理的功能，该系统投入运行一年后，一期的照明控制与管理也成功的扩展到该系统中，同时也为三期工程的照明控制与集中管理留了充裕的扩展接口。 4.2 用PC+PLC实现江滩公园二期工程照明的集散控制系统（DCS） 4.2.1 江滩公园的通信网络背景介绍 　　在江滩二期建设时，搭建了1000M光纤Ethernet局域网络，该网络为喷泉控制系统、安全监控系统、停车厂收费系统、导游标识系统等提供了可靠的网络通信平台。本文所介绍的照明控制系统也是以该通信网络为平台来完成数据通讯，二期工程共有六个10KV/0.4KV的变压器，它们分别位于市政广场、国宾林、友谊林、网球场、游泳池、园艺区；同时，在每个箱式变压器的15-30米处设计了个低压配电室，并在每个低压配电室内配置网络交换机，配备的PLC设备通过双绞线连接到交换机，基于TCP/IP协议通讯（其网络拓扑图见图2）。

图2 江滩二期1000M局域网网络拓扑图 4.2.2 江滩公园照明配电的现场控制站设计 　　照明配电的主回路设计：通过低压电缆，把来至箱变低压侧的380/220V市电经隔离开关和断路器后引至开关柜的低压铜母线，然后由低压断路器分成若干支路，在每个分支回路中配置普通三相交流接触器和电流互感器，最后到单相或三相用电负载。每个配电柜共计14个三相配电回路，单个配电柜的容量约150KVA，每个分支三相回路约10KW，其配电柜的配电系统图如图3所示。