新乡西门子专业授权代理商

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PLC在区域供冷自控系统中的应用及分析

三、控制系统功能

整个区域供冷末端系统约300个单体建筑空调机房，每个单体建筑机房要求独立计费、独立运行。因此，末端系统控制的关键是做好各单体空调机房内设备如：变频水泵、调节阀门等的自动控制和冷热量的计量。管理人员可以在各冷站的控制室通过现场的Profibus-DP总线和工业以太网对末端系统进行远程监视和控制管理。

具体的控制任务如下：

1、 对每一栋单体建筑进行数据采集、计量、控制，现场不能修改参数，只能显示监视数据。

2、 板换二次侧供水温度T3控制在6.5℃，水泵变频控制。

3、 控制室具有数据查询包括日用量和月用量查询和用户资料查询，可以显示选定某段时间的数据按每栋进行查询。

4、 当大楼欠费时可以通过控制室进行远程控制，将对应的冷源自动关闭，方便物业管理。

系统应能提供稳定、可靠的设备监控功能，同时，系统应具有很好的兼容性、可扩展性。

控制程序结构与流程：

按空调工艺特点和要求及冷热量计费要求编制的控制程序保证了空调供冷过程可顺利地进行，并对机房运行各装置提供了有效的监控和保护，保证了系统正常的计费。根据系统要求空调供冷要分遥控/本控两种方式。在本控操作时，通过电源柜可以启动水泵，但必须手动打开电动调节阀门方可供冷，以满足控制器故障时供冷需要。远程控制室可以全自动控制设备、状态。主控站S7-400 CPU任务较多，但主要是读写各从站的监控参数，通过合理设计程序结构能大大减少程序的扫描时间，提高CPU的工作效率。虽然各单体建筑空调机房的逻辑控制不完全一样，但可以分为三类，每类的逻辑控制完全一样，主控站S7-400 CPU与从站S7-200 CPU交换数据参数一样，可用循环程序来调用同一类子程序（FC功能块）的办法来完成各单体建筑空调机房的监控，主控站CPU与各从站交换的数据分别放在3个DB数据块中，在调用各功能块之前打开各自的数据块，完成参数的传递。

四、项目运行情况

广州大学城末端供冷系统自动化程度高，数据采集量大，控制站数量较多，因此我们对系统的可靠性要求比较高，自2006年9月的投入使用，实现了高度集成自动化控制和科学化能源管理。广州大学城区域供冷系统采用SIEMENS 可编程控制器很好的完成了空调供冷和计费的自动控制任务，采用Profibus-DP工业现场总线网络和工业以太网实现了各冷站控制室对各个单体建筑空调机房的分布式集中控制，符合大型区域供冷自控系统的数字化和网络化的发展方向。

PLC在区域供冷自控系统中的应用及分析

二、控制系统构成

1、控制设备选型

单体建筑空调机房设备少、控制简单，关键是必须具备计费和独立控制功能。因此，从性价比及控制要求上我们选择了德国西门子S7-200系列PLC进行自动控制。其主要有四个方面的优点：

1、 性价比较优

单体建筑空调机房受控制设备少、控制点数少、工艺简单，采用低端PLC自由组合I/O模块，独立编程控制，灵活便捷，相对DDC系统投资少。西门子PLC在**有良好的可信度，其低端产品S7-200系列PLC具有精度高、可靠性高、编程灵活、性能优越、价格低廉等优点，且在**有着较高的市场占有率。

2 能够独立编程控制

在广州大学城区域供冷系统Profibus-DP网络中，选择ET200M分布式I/O，配置有源背板总线，在主站CPU上统一编程，可靠性较高。从站I/O点不影响整个系统运行，各从站间相互独立。从站不能采用ET200M分布式I/O，而必须采用CPU+I/O模块。根据工艺要求，末端单体建筑空调机房必须具备独立冷热量计费、控制功能。冷热量计费要求PLC采样精度高。S7-200PLC扫描周期十几毫秒，对温度的分辨率为1/212℃，对流量的分辨率为1/215m3/h，高精度配置可以使计费精度达0.2%。每个机房的设备数量不一致，控制程序不完全相同，在CPU上可以任意编程。因此采用S7-200PLC能够满足系统控制要求。

3 通讯功能

与其它PLC一样，S7-200配置相应的通讯模块可以与Profibus-DP网络通讯，也可以与工业以太网通讯，同时CPU上的编程口支持自由通讯协议，可以与变频器通讯。广州大学城末端控制系统采用Profibus-DP网络。Profibus-DP网络是西门子公司推出的世界应用较广泛、较经典的总线方式。较大通讯速率达12Mbps，主站CPU访问每个从站CPU并监控从站。主站CPU通过工业以太网接受控制室操作员站监控，形成一个完整的监控网络。

4 扩展功能

S7-200PLC较多可以带8个扩展模块，可以扩充控制点。配CP231模块可以与工业以太网通讯，同时CPU上的编程口支持自由通讯协议，可以与变频器通讯。

2、系统硬件配置及网络结构

控制系统硬件配置

末端控制PLC：S7-200（CPU224、EM231 RTD、EM235、EM277）

冷站内的操作站：工控机（PⅣ2.4G 21’纯平彩显）

以太网卡：CP1613

交换机：OSM-ITP62

主站CPU：CPU414-2DP（图中S7-412-2DP即表示CPU412-2DP，其从站只有40个）

以太网接口：CP443-1

扩展DP接口：CP443-5（扩展型）

光电链路器：OLM/G11-1300（主站PLC出口）、OLM/G12-1300

系统监控网络结构

控制级采用TCP/IP协议，工业以太网，网络波特率为10/100Mbps，采用光纤进行通讯，现场级采用现场总线Profibus-DP，总线传输介质为通讯电缆和光缆，网络波特率为19.2Kbps。拓朴结构如下：

拓朴结构

二、三、四冷站各设一套主站PLC（CPU414-2DP），上图为广州大学城四号冷站末端控制系统的网络结构图，二、三号冷站的网络结构与上图相似，只是Profibus-DP网段数量和从站数量不一样。以四号冷站末端控制系统方案进行分析，根据各单体的位置，按近原则组网，采用光缆介质和Profibus**电缆介质，选用S7-400 CPU414-2 DP可编程控制器作主站，S7-200PLC作从站来完成整个控制系统网络的组建，具体方案如下：

各冷站PLC、操作员站以及其它控制器务器工作在工业以太网上，服务器读写三个冷站的主站PLC。作为收费系统和监控各单体建筑机房的人机界面，各冷站的操作员站只读写对应主站PLC 。

根据西门子**产品通讯技术参数，一个CPU414-2DP可以有至少4个较多10个Profibus-DP网段，一个DP网段较多不**过96个从站，一个OLM可以作一条Profibus-DP总线，该总线较多不**过32个从站，但实际组网时会考虑到CPU的过程映象I/O点数量的较大允许值和CPU通讯的I/O点数量以及设计余量来分配网段的从站数量。根据一条Profibus-DP总线要求和地域分布以及设计余量来分配一条Profibus-DP总线的从站数量，从而实现主站PLC（S7-400）对各单体建筑空调机房的监控。利用CPU224处理模拟量功能较强、精度较高的特点，通过扩展模拟量AI/AO模块，完成温度、流量、压差和调节阀门的控制；通过扩展数字量DI/DO模块，完成单体建筑空调机房水泵、压差开关、电动蝶阀等设备的监控

随着中国整体经济实力的加强，制造和加工工业正逐步向中国转移，这给中国国内工业装备市场带来了大量的商机，国内各行业的制造商开发和制造出大量**物美的设备，**了良好的经济和社会效应。但是，也有小部分的制造商，由于其自身能力和客观因素的限制，无法及时开发出合适的产品，但利益的驱动使他们把目**，和**开发成功的产品，较有甚者是整机拷贝或者。由于现代工业设备大量采用PLC作为主控制系统，PLC作为整个设备的**部件，其软件包涵了生产工艺，控制逻辑，设备数据，加工参数及信息通讯等重要内容，从而成为设备者重点要获取的目标之一。纵观目前中国上应用的主流品牌PLC，虽然在设计上都采用了各种软硬件加密的手段，但破解者运用的破解手段也越来越**，从较初的穷举法，端口侦听，软件跟踪，到现在可以通过直接复制提取内存芯片的内容来分析破解，较有甚者在互连网上公开讨论和传播方法和工具，因此所有产品无一例外地遭到了破解。这对中国众多的中小型OEM制造商来说是非常不利的，“我们几年的开发成果可能因此一夜之间付诸东流”当得知S7-200/300硬件加密也被破解后，一位OEM制造商无奈地说。由于者的开发成本很低或几乎为零，因此开发者还没有来得及收回开发成本就陷入了低价竞争，这较大的影响了开发者开发新产品的积极性，对我国的装备工业的长远发展是十分有害的。

难道就这样束手无策，听任者为所欲为了吗？答案是否定的，多年来一直关注和研究PLC控制程序保护方面的问题，笔者在实践中**了一些经验和心得，在本文中愿意和**们共同分享和讨论，大家共同为保护自己的劳动成果而努力。笔者多年来一直从事西门子SIAMTIC S7 PLC的应用，因此本文也只是从纯粹的技术层面出发，重点探讨SIMATIC S7 PLC控制程序的保护。

在系统设计的初期，我们应该从系统的角度来考虑PLC控制程序的保护：

1. T.I.A（全集成自动化）的概念有助于保护我们的KNOW HOW

T.I.A实现了组态和编程，数据管理和通讯，自动化与驱动产品（包括PLC控制器、HMI人机界面、网络、驱动器等产品）的高度集成。实践证明，采用T.I.A集成概念设计的控制系统很难被。同一个软件平台，相同的硬件组成，一样的总线通讯，完全可以设计出截然不同的控制系统，这是一个让开发者自由发挥的平台。例如，一个CPU315-2DP和2个MM440变频器进行PROFIBUS-DP的通讯，除了PLC和变频器有常规的数据交换，如果用户使用了DRIVES ES的工程软件，还能实现2个MM440之间的直接的快速数据交换，另外通过DRIVES ES还能实现PLC和MM440之间**过10个总共16个PZD过程数据的交换，实现PLC批量下载变频器参数的功能。而这一切的实现从表面上看，硬件没有发生任何的变化，者很难从硬件上来判断出系统是如何控制这两台驱动器的速度的。不熟悉西门子产品的者无法轻易更换硬件配置或软件，而即使者是个西门子产品的*，要*自分析清楚具体细节问题也不是件容易的事情。从某种程度上说，T.I.A大大提高了对者的技术水平要求的门槛，达到西门子系统集成*水平的技术人员一是不多，二很少有愿意做这些不齿的事情的。

此外，对于一些较大系统的OEM开发商，路由通讯功能，iMAP软件包等都是很不错的T.I.A系统功能或工具，我们应该尽量利用T.I.A给我们带来的技术优势，**技术，加大或的技术难度。

2. 使用通讯功能

在实际的工作中，我们往往会遇到一些系统间需要数据交换的问题（如PLC-PLC之间，PLC与驱动器之间，PLC与仪表之间），无论是西门子产品之间还是西门子产品与第三方产品之间，建议使用通讯的方案来代替模拟量或开关量之间的信号互连的方案。对于前者，者只能看见一条硬件的通讯线，至于有多少数据是如何通过通讯交换的，者必须要花精力研究具体的用户程序才能搞清楚；而对于后者，开发者是省心省力了，者也是一目了然，尽收眼底。

PLC与驱动器的通讯，除了了控制字/状态字、设定值/反馈值及过程变量的数据通讯，驱动器工作的参数较好也能由PLC通过软件下载，这样即可以降低较终用户维护系统的技术要求，同时可以防止者通过驱动器工作参数分析系统尤其在驱动方面的工作原理和设计思路。西门子公司的工程软件DRIVE ES BASIC/SIAMTIC，为广大的西门子产品用户实现此类功能提供了一个强大的工具；而使用SIMATIC PLC却使用第三方驱动器的用户，也可以自行开发针对性的参数读写程序，一般支持PROFIBU-DP的驱动器都可以实现。

有时候我们的控制系统会由多个子控制系统构成，由此形成多CPU机界面的网络，西门子S7-200产品常见的是PPI网络，S7-300/400产品常见的是MPI网络，通常是人机界面与CPU之间的数据交换，而我们也可在CPU的用户程序中添加一些无须组态的S7基本通讯功能（S7-200可用NETR/NETW指令，S7-300/400可以用X_PUT/X_GET指令），定时或不定时地在CPU之间进行少量数据交换，通过这些数据实现子系统控制逻辑的互锁。对于这样的系统，者要分析某一子系统的程序也不是件十分容易事情