国产化控制系统在智能化楼宇系统中的应用.pdf

自动化应用系统解决方案国产化控制系统在智能化楼宇系统中的应用时铭悦，宋黎定，周周强，齐涛，李顺，马璐玮（中电智能科技有限公司，北京10 2 2 0 0）摘要：国内智能化楼宇系统中仍存在系统分散的问题，设备及控制系统进口比例较大，各分系统独立运行工作，内部间无交流与通信，设备在系统中不能最大化发挥作用，设备余及多种控制器的增加也造成资源的浪费。本文通过使用国产化控制器搭载国产化软件，在北京长城大厦搭建微型环境，模拟了国产控制系统在楼宇系统的应用，实现楼宇系统建筑设备一体化控制，达到了合理利用设备、节省能源的目的。国产化控制系统的应用不仅提高了设备的运行安全性，而且保障了设备的稳定性。关键词：国产控制系统，智能楼宇系统，安全运行中图分类号：TU855Application of Localization Control System in Intelligent Building SystemSHI Mingyue,SONG Liding,ZHOU Qiang,QI Tao,LI Shun,MA Luwei(China Power Intelligent Technology Co.,Ltd.,Beijing 102200,China)Abstract:There is still a problem of system dispersion in domestic intelligent building systems,with a large proportion ofimported equipment and control systems.Each subsystem operates independently and there is no internal communication orcommunication,resulting in equipment not being able to maximize its effectiveness in the system.Equipment redundancy andthe increase in multiple controllers also result in resource waste.In this paper,the application of the domestic control systemin the building system is simulated by using the home-made controller equipped with home-made software to build a microenvironment in the Great Wall Building in Beijing,and the integrated control of building equipment in the building system isrealized,so as to achieve the purpose of rational use of equipment and energy saving.The application of domestic controlsystem not only improves the operation security of equipment,but also guarantees the stability.Key words:domestic control system,intelligent building system,safe operation文献标识码：A0引言智能楼宇能给人们的办公、生活带来方便，满足了人们对工作生活的需要，保障人们的安全。智能楼宇通过调节湿度温度,在确保舒适的同时，也降低公司成本,达到节能环保的目的。但我国智能化楼宇起步较晚，发展速度较慢，国产原件使用较少。针对国产化的智能楼宇短板，本文搭建了一套微型国产化智能楼宇系统，采用国产PLC控制系统，配套触摸屏总体平台控制软件，搭载现场设备，通过多种的控制设备信息交换，可实现实时的监控、维护及自动化管理。搭建微型国产化智能楼宇为国产化控制系统在智能楼宇中的使用提供一些经验，也为后续发展稳定大型国产化楼宇系统提供保障。1系统需求分析及系统设计微型楼宇系统设计的目标是以国产控制器为控制主体，搭载不同传感器及控制设备，采用控制平台上位机软件进行显示，通过多种的控制设备交换信息，实现实时的监控、维护及自动化管理。该系统使用的硬件设备包括国产PLC控制系统、国产触摸屏、中国长城电脑、中电熊猫液晶电视、熊猫LED拼接屏、温湿度传感器、电量仪、空调、漏水检测仪、水浸传感器、烟雾传感器等2。1.1 系统需求本系统的需求是实现现场设备（温湿度、电量仪、漏水、电压电流、烟感)的采集，并将数据传送至监控层,远程监视现场设备，实时掌握现场设备的工作状态、环境状态、以及异常和报警信息，并能够将报警信息通过邮件发送给客户，同时，现场设有声光报警装置，系统状态出现异常时，发出报警信息，以达到整体系统的自动化监控目的。搭建平台以可编程控制器为基础，以软件为核心,通过信息上传、文件的共享和下发指令，将现场的设备组合成一个有机的整体，实现整个平台系统维护和联动协调的作者简介：时铭悦，女，19 9 6 年生，助理工程师，研究方向为电气自动化。16I|自动化应用系统解决方案自动化应用功能、管理上的自动化、应用开发界面以及详细的管理功关模块连接，通过上位机实现对精密空调、现场温湿度传能，实现现场设备可以集中显示在一个平台上,并具有监感器、配电柜等设备运行正常状态监测、异常状态报警、在视及控制功能。线智能故障诊断等功能。系统集成的效果包括9 点：（1)可建立统一的历史数(2)监视动力设备、服务器以及传输交换设备的工作据库，通过国产控制器实现设备监控、管理等；(2)对设备环境参数，如温湿度、漏水、消防等。观察设备的运行趋势，有一定的数据处理能力,可绘制历史趋势曲线,时间累计实现实时监测、报警阀值的设置和报警，报警时按照预设等；(3)所有的设备在平台上清晰可见，并有对应的元件的应急方案采取对应的处理方式，使工作的环境始终处于图；（4)所有的设备运行状态及参数显示精确，并有对应的稳定运行状态，为设备可靠运行提供有力保障，大幅度提状态图；(5)所有的设备具有控制权并能及时显示对应的升设备的运行效率及运行稳定。状态；（6)具有报警功能，当设备参数不正确时，具有实时(3)监控系统支持灵活的组网方式，本项目通过现场报警功能,并能向工作人员发短信提醒；(7)中央监控可设总线、Modbus自由协议、Modbus-TCP、M o d b u s-RT U 协议置不同模式的灯光及电视开机，满足多功能需求；（8)能设设备组网，实现多元化组网，满足多种设备的同时运行及定操作人员的登录信息，不同的人员有不同的控制权限；监控，实现多设备的协调工作，保证系统的安全稳定运行。(9)满足一定的触发关联,在着火等时刻可触发天窗开合，2楼宇系统的实现水阀打开等。1.2 系统设计本微型楼宇系统设计的是集成楼宇中的各子系统，可实现在一个系统平台上统一管理，通过操作界面的可视化管理、图元多种形象化3,及对现场设备的操作,通过编写完程序及关联实时数据实现展厅的中央监控及控制，延长运行时间及提高效率，实现持续可控的发展需求。国产控制系统能为机房（电压、电流)监控、中央（摄像、电视机、照明设备的管理监控、传感器设备(空调、温湿度、水浸)的自动化、运行智能化和决策科学化提供有力的技术支持。实施后，通过该报警系统可以及时发现故障，通过短信提示维护人员采取必要的措施解决问题，大大提高了维护质量，成为智能楼宇维护的一种必要且有效的手段。智能楼宇可以对分散的各独立系统进行整体的控制以及设备状态监控，实现整体展厅的自动化与运维的智能化。系统设计如图1所示控制台ProSysProView交换机-PLC-CPU单元控制柜PLC-1/O单元国产大型PLC可实现对现场设备（机房设备、中央设备、照明设备、温湿度传感器、电量仪传感器、消防设备、空调设备、摄像头等)的采集与控制，并将数据传送至监控层,远程监视现场设备，实时掌握现场设备的工作状态、环境状态、异常和报警信息，分析趋势并能将报警信息发送给客户，达到整体系统的自动化监控目的。智能楼宇系统的功能包括以下3点。(1)机房设备通过RS485接口与国产中型PLC的网2.1使用工具控制系统采用完全自主设计的国产控制器，搭载自主开发的编程工具，实现产品自主安全性能，保障运行的安全，同时实现数据精准化。配套的控制硬件设备包括处理器CPUNX3000、耦合模块、I/O模块、网关模块、功能模块、末端模块、背板模块等。其中,DI模块接收漏水信号、水浸传感器，烟雾报警器等信号。DO模块输出照明信号。Modbus通信模块用于与现场温湿度传感器、机房机柜监测、空调一系列参数、中央会议电视通信,采用模拟信号控制与调试远程设备。网络模式采用双CPU网络的物理连接，穴余CPU模块采用主热备余和从热备穴余的方式，即主控制器模块、从控制器模块同时接受网络数据，主机做控制运算，将结果同步给备机，从控制器模块虽然也采集数据和运算，但不输出控制指令，一旦工作中主模块发生故障，从模块会自动升级为主模块，此穴余方式提升了PLC的持续运行能力,也使现场设备能稳定的运行4。工业以太网信号光纤信号接线方式现场设备温湿度传感器、水浸传感器，电量议、烟雾报警器、摄像头等现场设备图1系统设计图2.2采集实现(1)温湿度传感器：实时监测机房内重要的温度、湿度，上传至PLC。温湿度传感器实现的内容包括：实时显示温湿度传感器所在位置的温度、湿度变化情况；提供将历史数据导人Excel表格的功能，便于在Excel中进行各种分析比较；根据机房内不同区域的温湿度情况，设定不同的报警限值；全面查看机房温湿度实时运行状态和参数数据，及其报警事件记录等；采用良好的机房场地效果图展示数据情况。(2)水浸传感器：监视机房可能存在漏水区域，并上传信号到PLC。水浸传感器报警显示如图2 所示。水浸传感器实现的内容包括：实时采集水浸传感器的信号；查看水浸传感器的实况图标；当出现漏水的情况时，可及时触发报警功能。(3)其他传感器实现的内容包括：电压电流的实时监2023|16期|17自动化应用系统解决方案测，并上传信号；烟雾报警监测，实时监测烟雾信号；空调监测信号的实时监测。采集实现如图3所示。烟感&水漫左侧漏水272烟感1图2 水浸烟感报警显示图监控监控层Modbus-TCP交换机控制层限、高高限报警值，当数据值超过设置的限值，则会报警提醒。例如，机房温度高限低限脚本，使上位机逻辑替代了下位机逻辑，实现了报警功能，如图6 所示。底层数据右侧漏水分析触发声光报警发送短信提醒声光报警图5报警逻辑图测量点描述ALC2mO:AL.sin.co.mne.aettext(lt1);*222ALsin-com.K5.attext(TE0001):烟感2AL_.HL_SET,LakValiputAa(TPI_SET_VALP.,2);ALzin.c.HL.SEL.linkallmutAmacTMPL_SET_Ht_ALPV.2):ALzia.sm.0.SEt.linktallmstdaa(nPlSE_L0vALPyr,2):AL_in.LOLO_SET.LiakValputAae(PL_SET_LOLO_ALPVr,2):uAL.sin.ceo,HHL_ SET,LiakVa1OutAne(NMPL_SET_HTH_VAL PV,2);AL.win_con,BL SET,LinkTnIOutAna(DPL_SET_HL_VAL,PV,2);+ALsin.s0n.10.SEL.Linkal0utAaa(mPIL_SET_L0_VAL,Pr,2):ALxin.son,LLO,SET,LiakValOutAna(TNPL_ SET_LOLO_VAL F,2):+*LInd报警记录页面也会显示相应的报警信息和报警时间，报警结束后也会有相应的报警复位信息，为用户提供报警数据及报警信息，方便查询。查询信息如图7 所示。数据超高限超高限测量点编号实时值：#打开趋势报警值设定高高高低低低#图6 报警数值设置画面一次设备温湿度电力烟感温度漏水探测夜 测量仪探测器传感器检测仪图3采集实现构成图监控平台可监控实时的温湿度值，绘制实时数据曲线，并能存储实时的数据等。趋势曲线可根据需要实时选择不同的数据进行监测，可看单一数据趋势，也可多条数据同时监测对比分析，满足不同用户的不同需求。趋势画面如图4所示。图4趋势设置画面2.3报警实现在发生数据超限时，楼宇系统将会自动触发报警系统，主要的报警分为烟雾报警和水浸传感器的报警，发生报警后，系统将会提示人员数据超出设定范围。报警逻辑如图5所示。在报警的数据中，分为高限报警、低限报警、高高限报警、低低限报警，可实时输入调节当前低限、低低限与高空调量图7 报警画面3系统运行测试3.1 测试内容测试内容为对控制系统进行拷机测试及性能测试,基于国产化控制系统在运行时的操作及数据等，分析数据及动作是否一致，保证国产化控制设备的稳定性运行。设备稳定运行才能保证楼宇系统的安全运行。3.1.1 拷机测试在测试中，保持系统及设备持续运行48 h不断电，现场设备不间断地采集实时数据并上传至控制器中显示在触摸屏上，观察控制系统、触摸屏是否崩溃。保证在48 h内不间断运行和多数据的情况下，在线或触摸屏上观察是否有运行卡顿、数据上传不及时的情况。3.1.2 性能测试在测试中，仪表数值准确测试：对于传感器的数据，在线输人实时数据，看返回值是否正确，操作的仪表是否对应正确；在不在线的情况下，观察传感器数据是否在标准18|自动化应用系统解决方案自动化应用值范围内（如三项标准电压2 2 0 V）。断电及发送不同测试数值，电压表电流表的数值显示正机房测试：在开关柜门时，对应的柜门会显示是否有确；(5)整机不间断运行48 h，无卡顿情况。系统整体监控变化；在线手动触发烟雾报警后，观察烟雾传感器的在线画面如图8 所示。值是否有变化，并观察是否触发机房内天窗打开，观察天窗在线值是否有变化。中央展厅测试：多功能模式测试中，点击触摸屏不同的会议模式及拍照，观察不同的电视机及灯带，筒灯是否按照要求开机或关机，严格按照设定的模式，制定位置或数量的开机或关机。灯光测试：在线赋值或点击触摸屏下发指令，观察对应的灯带或筒灯是否按照要求点亮。触摸屏测试：元器件测试中，点击图元，观察对应设备是否启动/停止，隐藏图元是否显示/隐藏，图元组件是否有颜色、动态变化等；数据采集测试中，在线实时的下发数值,观察触摸屏上的数值是否随之变化；报警测试中，在线给超出限值的数值，观察是否触发报警动作；趋势组件测试中,长时间采集传感器数据,点击趋势组件，观察是否按照实时的数据变化。3.2测试场景性能测试场景为在线手动触发数值测试，可通过触摸屏下发指令或在线输人数值测试。设置操作员为在线模式。3.3测试结果测试结果符合预期,数值浮动在要求的范围内，满足国产化控制器和国产触摸屏及配套软件在楼宇中的应用。测试结果包括5点：(1)测试现场设备信号中，发送漏水报警信号，水浸传感器可及时报警；(2)测试现场设备信号中，发送烟雾信号，烟雾报警器可实时报警；(3)测试现场设备信号中，发送不同数值的温湿度及测量现场环境温湿度，温湿度传感器可正确显示数值；（4)根据不同的上电中国长城动环监控系统图8 整体监控画面4结语国产控制器具有监测实时设备数据信息、响应时间快、接口多样化、适配性高、运行稳定的特点，可在多种监测及控制领域中使用。将国产化控制器应用于智能楼宇中已成为趋势，其高效稳定运行的特点满足项目需要，多种控制可实现节能安全的目标。配套编程软件可实现多语言编程，实现控制逻辑。配套触摸屏软件内部的图元丰富，各类报警、趋势、日志等功能齐全，画面可实现多种设计，并且可搭建多种场景，满足用户的需求。1姚胜兴，王新辉，刘伯中.集散控制下的楼宇自动化系统与设计J.测控技术,19 9 9(10):2 5-2 7.2段政伟.面向分布式机房的环境动力监控系统的设计与实现J.工业控制计算机,2 0 19(9)：7 5-7 6+7 9.3汪海杰.楼宇自动化控制系统的应用和设计D.成都：电子科技大学,2 0 12.4王辉.一种基于PLC技术的模拟量输入允余实现装置J.自动化博览,2 0 2 0(4):2 8-30.参考文献(责任编辑：李慧）2023|16期|19