(上海泷得自动化技术有限公司)
背景：上海安亭舍弗勒研发中心始建于2005年，总投资为2.2亿元人民币，占地面积为21,000平方米。在初期，近100名工程师将着重研究适用于亚洲市场的先进技术。在不久的将来，安亭研发中心计划增加其研发人员至250名，成为舍弗勒全球研发中心网络的一部分。并且，研发中心拥有最先进的测试、计算和模拟仪器，可以为国内外汽车和工业领域的客户提供及时可靠的监测结果。本文主要介绍西门子产品在楼宇控制系统（舍弗勒研发中心）提供的主要功能和解决方案。
关键词：BAS-----环境与空调监控系统
HMI-----人机界面
PLC-----可编程序控制器
WINCC-----西门子监控系统软件
ZENON-----上位机组态软件
PROTOOL-----西门子监控系统软件
一、 项目简介
1、 概述
此项目由上海陆海建设有限公司做为上海安亭舍弗勒研发中心项目的总包商，我们在此项目中负责10个区域的成套控制柜制作，仪表、阀门执行机构、传感器等设备安装，弱电电缆铺设以及软件功能设计、编程、组态和调试。十个区域包括：锅炉房、响度/油量/车轮/承轴自动化、LUK测试台自动化、部件测试台自动化、满荷载动力测试台自动化、2个加热和冷却自动化、车间/普通房/准备室自动化、大厅和仓库自动化、多功能区域。
2、 BAS概述
上海安亭舍弗勒研发中心项目的环境与空调监控系统（简称BAS）包括以上例举的十个区域。该系统对十个区域的暖通空调系统设备进行全面有效的自动化监控及管理，确保设备处于安全、可靠、高效、节能的最佳运行状态，从而提供一个舒适的工作环境。该系统还引入低压配电消防系统报警信息，并能在火灾，有毒气体报警状态下，迅速的协调人员离开，充分发挥该系统的优势，保证工作人员的安全。
BAS系统通过PLC控制器及接口设备将现场各被控设备的状态数据采集，整理，一方面用于上位机的监控，一方面用于触摸屏的监控，同时接受来自上述的数据及命令经优先级判断、冲突判断后执行对被控设备的控制功能。
该BAS系统是以DELL SC430作为控制中心，以西门子模块为数据采集与控制器而构建的集散式工控系统，根据空调工艺要求，达到恒温的控制要求，并实现最佳的节能效果。该系统的控制实现方式可以分为四级：第一级是通过中控室的上位机对整个系统进行监控；第二级是通过触摸屏对单个系统进行监控；第三级是通过各楼层的现场下位机对该楼层的局部系统进行监控；第四级是对现场设备直接的进行手动操作。这样的一个集散式系统构造极大地提高了该系统的安全性、可维护性和扩展性，并为用户提供了极友好的人机操作界面，良好的性价比使其在同行业内具有较高的推广价值。
3、 BAS功能
1） 空调监控系统可根据设定温度自动调节中央空调机组热/冷水阀开度，且热/冷水阀和机组风机连锁，风机不运行，水阀始终处于关闭状态，实施节能控制。
2） 接受到火灾，有毒气体发送报警指令，该系统发送报警信息，并根据报警地址的不同做出相应的处理。
3） 模式选择
-冬季模式
-夏季模式
4） 单动控制功能：在触摸屏，上位机上可实现对现场设备的远程单动控制。
5） 局部自动控制功能：在触摸屏，上位机上可实现对相关联设备的远程自动控制。
6） 工况选择：该功能根据客户要求，按照其工艺需求，单独控制。且在每个控制区域都设有OP73控制屏可对其进行现场操作。
4、BAS中西门子产品配置
1）10个区域分别选用S7300系列PLC，其中锅炉房和多功能区域另加2套S7200系列PLC作为S7300的从站采集锅炉信息和气体浓度。
类型 型号 数量
CPU CPU315-2DP 10
CPU EM277 PROFIBUS-DP 2
网络模块 CP 343-1 10
接口模块 IM 360/IM361 20
2）远程I/O模块用量如下：
类型 型号 数量
开关量输入模块 24V DI模块 35
开关量输出模块 24V DO模块 40
模拟量输入模块 AI模块 70
模拟量输出模块 AO模块 40
3）软件：
类型 型号 数量
编程软件 STEP 7 1套
上位机软件 ZENON 1套
触摸屏软件 WINCC V6.0+SP3+ Protool pro cs各 1套
二、控制系统构成
1、整个项目中各个区域的硬件配置：
主要是由控制器PLC、远程I/O、现场总线、网络设备、传感器、触摸屏、OP73设备等构成。主要设置在控制箱等位置。
具体描述如下：
对于10个区域的BAS系统，每套PLC基本由以下设备构成：通信介质为光纤的工业以态网----网络交换机组建；一套PLC控制器----选用西门子CPU315-2DP及其配套设备组成；一套作为从站PLC控制器----选用西门子S7200组成；触摸屏----选用西门子OP170和OP73组成；I/O模块----选用西门子的32点DI/DO、8点AI/AO模块组成；上位监控系统----选用鼎茂科技ZENON组态软件组成；触摸屏监控系统----选用西门子的WINCC+PROTOOL监控软件组成；
CPU设计要求： CPU315-2DP型PLC（带DP口和MPI口）。
①DP口和从站S7200通讯，MPI口和TP170通讯。
②DP口同时和触摸屏OP170+OP73通过Profibus通讯，在本系统中一套CPU带了8个OP73（最多可以带16个OP73）和1个OP170；CP343-1型100M以态网模块和ZENON上位机通讯。
2、监控系统画面：
图1 Layout(布局)---系统图
图2 Alarm list(报警列表)---系统图
图3 Schedule(时间表)---系统图
图4 B1-ISP3(南北分水间区域)---系统图
图5 B2-ISP1(MEP房)---系统图
图6 B2-ISP2(引擎测试区域)---系统图
图7 B2-ISP3(LUK测试区域)---系统图
图8 B2-ISP4(大厅)---系统图
图9 B2-ISP5(大厅)---系统图
图10 B2-ISP6(满荷载动力测试台自动化)---系统图
图11 B2-ISP7(响度/油量/车轮/承轴自动化)---系统图
图12 B2-ISP8(多功能区域)---系统图
图13 B3-ISP1(锅炉房)---系统图
图14中央空调机组----系统图
图15风机盘管---系统图
图16南北分水器间冷/热水泵---系统图
图17 46.1房间工况表---系统图
图18 引擎测试区域工况表---系统图
三、BAS系统实现方式
1、系统结构图
该系统所具有的集散式控制模式及系统的安全性主要体现在以下几个方面：
（1）、本系统可以由中控室的上位机实现对系统的总控，充分发挥集中监控及管理的优点，既方便操作，又可集中系统资源进行集中调度。
（2）、在服从上位机集中调度的基础上，用户存在一定的权限利用上位机对本区间内的各点进行相对集中监控，实现局部区域的优化调度。在上位机和下位机发生通讯中断后，下位机仍可执行其区域监控功能而不受影响。
（3）、数据采集和控制模块是呈分布式的系统结构，不同模块之间的工作状态互不影响，仅将故障锁定在极小的范围之内。
（4）、系统维护人员即使不在设备现场，仍能通过本系统的远程调试功能对系统进行远程维护，及时处理系统事故。
2、控制系统设计
2.1硬件总体结构
经过对整个系统的功能和需求分析,确定空调机组和其他设备的总监控点数(I/O)为2400点,其中,数字量输入(DI)为700点,数字量输出(DO)为900点,模拟量输入(AI)为500点,模拟量输出(AO)为300点.该控制系统的硬件包括位于空调控制室的工控机,SiemensS7-300型PLC和作为S7300从站的200模块。
设置在现场的监测,控制设备.S7-300型PLC的CPU选用CPU315-2DP,128K工作内存,Profibus-DP接口,支持建立主站—从站结构方式的Profibus-DP总线网络.位于屋顶和锅炉房的冷/热水系统主要由2台热泵机组和4台冷冻水循环泵和南北分水间12台自带变频功能的格兰富水泵组成,该系统直接与S7-300型PLC的I/O模块连接,实现冷/热水系统的节能群控.10台机组的风机电机由变频器直接驱动。
2.2冷/热水系统的监控
冷/热水系统由2台热泵机组、4台冷冻水循环泵和相应的管理器件组成.在中央空调系统中,冷/热水系统是最主要的耗能部分,因此,控制系统必须考虑冷/热水系统的节能.我们通过群控方法降低该系统的能耗,选用合适的Siemens压力传感器,温度传感器和流量传感器,监测供水总管和回水总管的压力,温度和流量,计算中央空调系统的负荷大小,经S7-300PLC对相关信息处理后,决定投入热泵机组,及冷冻水循环泵的台数,实现冷/热水系统的群控,节能效果显著.在设计时重点考虑机组的起,停顺序;冷/热水系统的监控必须选用合适的传感器,监测热泵机组水管进出口的温度和水流量,循环水泵出口的压力;使用本地/远程转换开关,实现热泵机组,及冷冻水循环泵的本地/远程控制的转换.
2.3空调机组的监控
本中央空调系统有10台空调机组.对于每台新风机组,通过两只风道温度传感器监测新风机组的进风和送风温度;过滤器压差开关和风机压差开关监测过滤网的堵塞程度,超过压差极限报警;一只防冻开关置于风管内,当风管内的温度低于5℃时,启动换热器防冻保护程序,停止风机运行,关闭新风阀,适当开启热水阀;使用分布式I/O,控制风机启停,送风温度,新风阀的开闭,采集空调机组的温度,压差,风机运行状态和故障报警信号,新风阀的状态,冷/热水阀的开度,实现换热器的防冻保护.其中,送风温度的控制是根据送风温度与设定温度的差值,通过执行器连续调节冷/热水阀的开度实现的.
2.4风机盘管的监控
采用房间温度传感器测量温度,结合动态平衡式电动调节水阀,调节控制冷/热水阀的开闭,实现室内温度的精确调节控制.S7-300可编程序控制器和现场操作屏OP73之间采用Profibus-DP总线进行全数字化高速通信,构成Profibus-DP总线系统.Profibus-DP使用RS-485传输技术,传输介质为双绞屏蔽电缆,最高传输速率可达12Mbps,最远传输距离为1200m.
3系统软件开发
整个BAS系统的软件分为两个部分:监控软件和现场控制软件.空调控制室内的监控软件采用ZENON监控组态软件,通过ZENON进行组态,实现工控机与PLC的连接,通信,进行数据交换和数据处理,实时显示主控界面,当前数据曲线,历史数据曲线,报警和报表等,对整个空调系统监控,管理和诊断;通过ZENON开放的数据接口,实现与主控室的上位机进行通讯,支持远程监控和故障诊断,利用网络系统在异地对远程的空调系统的运行参数实施监视,测试,并根据测试数据对空调系统运行状态进行诊断.现场控制软件采用STEP7设计开发。
该BAS系统已经在上海安亭舍弗勒研发中心投入运行近半年,效果良好,用户非常满意.与传统的空调控制系统相比较,由于该系统利用开放式,数字化,网络通信的Profibus总线技术和功能强大的监控组态软件ZENON、WINCC和PROTOOL,结合相应的其它硬软件和开发设计的高速数字化网络通信控制系统,消除了信息孤岛,真正实现实时的"分散控制,集中管理".而且从根本上克服了传统空调控制系统的舒适度调节能力差,能源浪费严重,可靠性不高,通信控制实时性低等缺点.该控制系统的成功投运,对推进空调系统的技术进步,节约能源,具有一定的现实意义.
