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摘要：主要探討通過(guò)西門(mén)子公司的PLC及其現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能低壓系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了西門(mén)子S7-300PLC實(shí)現(xiàn)Modbus_TCP通信功能的方法。該智能低壓系統(tǒng)已在天津地鐵一號(hào)線工程中實(shí)際應(yīng)用，取得了良好效果。

關(guān)鍵詞：軌道交通；通風(fēng)空調(diào)；智能低壓；PLC

智能低壓系統(tǒng)是軌道交通環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，是連接環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的橋梁。當(dāng)前，以可編程控制器為核心的智能低壓系統(tǒng)已全面取代繼電器控制電路。為了滿足軌道交通的運(yùn)營(yíng)要求，在車站設(shè)置環(huán)境控制電控室，實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的電能供給和設(shè)備監(jiān)控。環(huán)境控制電控室主要由智能低壓控制系統(tǒng)和通風(fēng)空調(diào)電控柜組成。智能低壓控制系統(tǒng)位于環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱BAS系統(tǒng)）與通風(fēng)空調(diào)設(shè)備之間，起到承上啟下的橋梁、紐帶作用。智能低壓控制系統(tǒng)，既作為BAS系統(tǒng)的“執(zhí)行器”，替BAS系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)環(huán)境控制設(shè)備動(dòng)作，又作為BAS系統(tǒng)的“采集設(shè)備”，將通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的狀態(tài)信息采集后上傳至BAS系統(tǒng)。在狀態(tài)信息與控制指令的一上一下之間，涉及通信技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等，而利用西門(mén)子的可編程控制器（簡(jiǎn)稱PLC）、馬達(dá)保護(hù)器可以組成系統(tǒng)級(jí)的解決方案。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)使用西門(mén)子S7_300作為主控PLC，并與上層BAS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。為保證本系統(tǒng)與BAS系統(tǒng)通信的通用性和快速性，故本系統(tǒng)為BAS系統(tǒng)提供Modbus_TCP數(shù)據(jù)接口。除此之外，系統(tǒng)采用冗余的數(shù)據(jù)接口，以確保本系統(tǒng)與BAS系統(tǒng)之間通信穩(wěn)定、可靠。在主控PLC上通過(guò)Profibus_DP總線掛載小型PLC以及馬達(dá)保護(hù)器，以用于環(huán)境控制設(shè)備的動(dòng)作控制及狀態(tài)監(jiān)控；另外，通過(guò)主控PLC的遠(yuǎn)程IO站對(duì)風(fēng)閥進(jìn)行監(jiān)控，并為小型PLC增加485通信模塊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)智能儀表的信息采集。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

2對(duì)通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的監(jiān)控

本系統(tǒng)所監(jiān)控的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備包括區(qū)間隧道風(fēng)機(jī)、區(qū)間射流風(fēng)機(jī)、大系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)、大系統(tǒng)送風(fēng)機(jī)、大系統(tǒng)回排風(fēng)機(jī)、組合空調(diào)、排煙風(fēng)機(jī)、小系統(tǒng)送風(fēng)機(jī)、人防風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥（兩檔閥、三檔閥）等。2.1控制模式設(shè)計(jì)。根據(jù)地鐵車站運(yùn)營(yíng)規(guī)范要求，通過(guò)設(shè)置在就地控制箱上的“就地/遠(yuǎn)方”和通風(fēng)空調(diào)電控柜上的“手動(dòng)/自動(dòng)”轉(zhuǎn)換選擇開(kāi)關(guān)，對(duì)上述所有的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備設(shè)置“就地”“手動(dòng)”“自動(dòng)”3種控制模式。其中，“就地”模式優(yōu)先級(jí)最高，“自動(dòng)”模式優(yōu)先級(jí)最低，“手動(dòng)”模式居中。1）“就地”模式下，只能通過(guò)就地控制箱上的按鈕啟停設(shè)備。主要用于設(shè)備檢修和調(diào)試。2）“遠(yuǎn)方”模式下，可以通過(guò)通風(fēng)空調(diào)電控柜來(lái)啟停設(shè)備。空調(diào)電控柜具有“手動(dòng)”和“自動(dòng)”兩種控制模式，具體模式由電控柜上的“手動(dòng)/自動(dòng)”轉(zhuǎn)換選擇開(kāi)關(guān)決定。3）“手動(dòng)”模式下，可以通過(guò)通風(fēng)空調(diào)電控柜上的按鈕啟停設(shè)備。主要用于通風(fēng)空調(diào)電控室，通過(guò)電控柜上的按鈕來(lái)啟停設(shè)備。4）“自動(dòng)”模式下，BAS系統(tǒng)可以通過(guò)PLC控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)程自動(dòng)啟停設(shè)備。2.2控制功能設(shè)計(jì)。1）隧道風(fēng)機(jī)用于地鐵軌道內(nèi)的通風(fēng)排煙功能。風(fēng)機(jī)功率較大，一般都在90KW以上，采用軟啟動(dòng)的運(yùn)行方式。電控柜實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、風(fēng)閥聯(lián)鎖等功能。隧道風(fēng)機(jī)兼用消防工況下的排煙功能，為了提供其可靠性，在“自動(dòng)”模式下，增加BAS系統(tǒng)的硬線啟停控制功能。此外，隧道風(fēng)機(jī)依據(jù)車站消防規(guī)范要求，具備60s內(nèi)正反轉(zhuǎn)切換功能。2）大系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)用于車站內(nèi)的熱量排出功能。一般需要調(diào)速功能，采用變頻器的運(yùn)行方式。電控柜實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的工頻運(yùn)行、變頻運(yùn)行，風(fēng)閥聯(lián)鎖等功能。大系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)兼用消防工況下的排煙功能，依據(jù)車站消防規(guī)范要求，在消防模式下需采用工頻運(yùn)行方式。3）組合空調(diào)機(jī)組用于車站內(nèi)的新風(fēng)和制冷功能。一般需要調(diào)速功能，采用變頻器的運(yùn)行方式。電控柜實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的工頻運(yùn)行、變頻運(yùn)行，風(fēng)閥聯(lián)鎖等功能。4）風(fēng)閥用于車站內(nèi)風(fēng)道的開(kāi)啟和截止功能。一般為二檔閥，在需要調(diào)風(fēng)量的工況下設(shè)置成調(diào)節(jié)閥。車站內(nèi)風(fēng)閥本體大多不具備故障信號(hào)，電控柜在實(shí)現(xiàn)風(fēng)閥開(kāi)啟和關(guān)閉功能外，需要根據(jù)風(fēng)閥開(kāi)啟關(guān)閉動(dòng)作時(shí)間，自動(dòng)生產(chǎn)風(fēng)閥故障信號(hào)。在故障工控下，切斷風(fēng)閥控制電源，避免風(fēng)閥電機(jī)因堵轉(zhuǎn)過(guò)熱燒毀。5）排煙風(fēng)機(jī)用于車站在消防火災(zāi)工況下，將發(fā)生火災(zāi)區(qū)域的煙霧排除。排煙風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)成接觸器直接啟動(dòng)方式，通過(guò)熱繼電器實(shí)現(xiàn)電機(jī)過(guò)熱保護(hù)。依據(jù)車站內(nèi)消防專用風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)要求，消防系統(tǒng)應(yīng)監(jiān)視風(fēng)機(jī)的啟停、風(fēng)機(jī)故障、控制模式等狀態(tài)信息，并以硬接線的方式傳遞狀態(tài)信息。排煙風(fēng)機(jī)控制柜在完成風(fēng)機(jī)啟停功能外，還具備與排煙風(fēng)道內(nèi)的270℃熔斷閥的聯(lián)鎖功能。在火災(zāi)工況下，排煙風(fēng)機(jī)發(fā)生故障后，只產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，不允許執(zhí)行故障聯(lián)鎖停機(jī)功能。2.3總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。以上的基本監(jiān)控功能具備后，為實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的監(jiān)控，則必須將通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的狀態(tài)信息上傳至S7_300，并從S7_300讀取來(lái)自BAS系統(tǒng)的控制指令。由于本系統(tǒng)所采用的主控PLC、小型PLC、馬達(dá)保護(hù)器均為西門(mén)子產(chǎn)品，故可利用西門(mén)子的自有總線協(xié)議（Profibus_DP）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。由于設(shè)備眾多，本系統(tǒng)在S7_300的CPU模塊及DP模塊上共建立兩條Profibus_DP總線，一條用于掛載小型PLC，另一條用于掛載馬達(dá)保護(hù)器。需要特別注意的是，由DP模塊引出的Profibus_DP總線在與馬達(dá)保護(hù)器進(jìn)行通信之前需要進(jìn)行特殊的軟件編程，所用到的功能塊有“DP_SEND”“DP_RECV”。

3與BAS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信

由于主控PLC與BAS系統(tǒng)通過(guò)Modbus_TCP方式通信，而與下層西門(mén)子智能元件采用Profibus_DP方式通信，故主控PLC需要完成Profibus_DP和Modbus_TCP協(xié)議的轉(zhuǎn)換，即主控PLC實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的功能。在本系統(tǒng)中，主控PLC為BAS系統(tǒng)提供了冗余的通信接口，分別為CPU模塊的RJ45接口以及以太網(wǎng)模塊的RJ45接口。在此物理接口的基礎(chǔ)上，S7_300想要與BAS系統(tǒng)進(jìn)行正常通信，還需要針對(duì)兩個(gè)接口進(jìn)行軟件編程及參數(shù)設(shè)置。3.1S7_300通過(guò)CPU模塊進(jìn)行Modbus_TCP通信。在主控PLC控制器通過(guò)CPU模塊集成PN口與綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行Modbus_TCP通信之前，首先，需要為主控PLC控制器CPU模塊集成PN口，通過(guò)OpenIE（開(kāi)放式以太網(wǎng)通訊）的方式與綜合監(jiān)控系統(tǒng)控制器之間建立TCP連接以用于Modbus通信。因此，需要調(diào)用SIMATICS7標(biāo)準(zhǔn)功能塊，包括FB63（TSEND）、FB64（TRCV）、FB65（TCON）、FB66（TDISCON）完成TCP的連接管理和數(shù)據(jù)通訊，并在數(shù)據(jù)塊中為連接配置相應(yīng)的參數(shù)，隨后在DB2（MODBUS_PARAM）數(shù)據(jù)塊中完成相應(yīng)參數(shù)的初始化；然后，用于主控PLC控制器CPU模塊集成PN口與綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行Modbus_TCP通信的服務(wù)器主功能塊FB102（MODBUSPN），其參數(shù)有些需要在OB100中初始化，有些則需要在OB1中設(shè)置。除此之外，Modbus_TCP通信功能碼、數(shù)據(jù)區(qū)起始地址、數(shù)據(jù)區(qū)長(zhǎng)度等參數(shù)的設(shè)置見(jiàn)表1。3.2S7_300通過(guò)以太網(wǎng)模塊進(jìn)行ModbusTCP通訊。通過(guò)主控PLC控制器通過(guò)CPx43-1以太網(wǎng)模塊與綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行Modbus_TCP通信和通過(guò)主控PLC控制器CPU模塊集成PN口與綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行Modbus_TCP通信相似，但又有所不同。在與綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行Modbus通信之前都需要建立TCP連接，但前者并非OpenIE方式，因此所用到的功能塊也有所不同。前者需要能夠用到的功能塊有FC60（AGLRECV）、FC50（AGLSEND）、FC10（AGCNTRL），分別用于TCP連接的數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)發(fā)送和連接管理。另外，用于主控PLC控制器通過(guò)CPx43-1與綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行Modbus_TCP通信的服務(wù)器主功能塊FB108（MODBUSCP），類似于FB102（MODBUSPN），同樣需要在OB100中初始化某些特征參數(shù)，其他的參數(shù)則需要在OB1中設(shè)置。除此之外，Modbus_TCP通信功能碼、數(shù)據(jù)區(qū)起始地址、數(shù)據(jù)區(qū)長(zhǎng)度等參數(shù)的設(shè)置見(jiàn)表2。

4結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)借助西門(mén)子智能產(chǎn)品，將BAS系統(tǒng)與通風(fēng)空調(diào)設(shè)備有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了BAS系統(tǒng)對(duì)通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的監(jiān)控。目前，本系統(tǒng)已成功應(yīng)用于天津于家堡交通樞紐工程通風(fēng)空調(diào)電控柜項(xiàng)目、天津地鐵一號(hào)線東延工程通風(fēng)空調(diào)電控柜項(xiàng)目，并取得了良好的應(yīng)用推廣效果，得到了客戶的認(rèn)可。此外，系統(tǒng)還獲得了天津市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

參考文獻(xiàn)：

郭莉.智能低壓系統(tǒng)在廣州地鐵3、4號(hào)線中的應(yīng)用[J].城市軌道交通研究,2006(7).

王玉寶,尹加德.智能低壓配電系統(tǒng)在地鐵中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究,2014.

何軍紅,吳毅哲,史常勝.基于PLC的地鐵通風(fēng)空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置,2013(1).

作者:陳兵 郭俊杰 張國(guó)騫 單位:天津工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所有限公司