AB可编程序控制器的环境与设备监控系统
2012-09-11 21:36
AB可编程序控制器的环境与设备监控系统
北京地铁四号线选用AB可编程序控制器的系统，选用三种网络，网络之间可以无缝连接，同一硬件平台、配套软件设备及相应的监控组态软件，构成了一个可靠性高，可维护性强，扩张能力高，开放性的整体。
北京地铁四号线南起丰台区马家楼站，北至海淀区的龙背村站，全程双正线长28.177 km，其中地下线路27.525 km，地面线路0.452k m。全线正线车站24座，地面站1座；设车辆段1座，停车场1座；运营控制中心、维修中心、备用中心及培训中心各1座。四号线的环境与设备监控系统负责对车站的机电设备进行自动化监控管理，保障地铁乘车环境的安全、舒适和方便。
系统方案
环境与设备监控系统通过一体化通信网络将中心 、 车站及就地三级智能设备连接起来 ， 构成网络化、可视化的两级管理（中心级、车站级）、三级控制（中心级、车站级及就地级）结构。环境与设备监控系统的核心部件为可编程序控制器。
一体化网络分为中心级、车站级和现场控制级三级网络。中心级网络通过主干网与各车站级网络连接。各个车站级网络为独成系统用于车站内部的数据传输，以上两级网络均采用工业以太网络结构。现场控制级采用ControlNet标准工业控制网，用于连接现场各个控制设备，实现控制数据的现场实时交换，并通过车站的监控工作站与工业以太网相连，实现管控系统的无缝数据交换，实现一体化网络。
在控制中心设中心级，在车站车控室设车站级，车站现场为就地级，对其管辖内的设备实施监控管理。
环境与设备监控系统，负责对车站及隧道内的通风系统 、空调大系统 、 空调小系统 、 冷水系统 、 给排水 、 动力照明 、电梯 、 安全门及自动售检票机等机电设备进行监控 。 由于监控设备分散 ， 监控设备种类 繁多，监控信息量大，通信实时性高 ， 采用的可编程序控制器为Rockwell Automation公司的Allen B r a d l e y 品牌的C o n t r o l L o g i x系列冗余PLC，采用的I/O设备为和C P U C o n t r o l L o g i x同一厂家，同一Logix平台的工业级模块——FLEX I/O。
可编程序控制器的编程软件采用了Rockwell Software公司的R S L o g i x5000编程软件。监控组态软件选用与PLC同一厂家的AB RSVIEW SE人机界面软件。
核心部件——可编程序控制器
1. ControlLogix
硬件系统ControlLogix处理器拥有功能强大的高速32 bit多功能处理器，先进的实时多任务操作系统，可以同时兼顾过程控制和高速顺控的需要。其中，周期性任务用以保证过程控制运算的精度和稳定性，事件任务保证实时响应。工作温度为0～60℃，平均MTBF时间为150万h，获得T U V的S I L2的安全等级认证。本系统配置了全硬件冗余的方案，两个冗余模块通过300 Mbit/s的高速光纤链进行连接，保证了系统可靠、无扰动的切换。假如一台不能工作或被诊断故障，另一台能保证所有设备及模式不间断地、无扰动继续自动切换运行，主要部件的故障或者异常关断都应能够自动切换。整个冗余系统无需进行任何编程，程序只用下载一次。并且具有手动/自动切换的功能。主备PLC的冗余切换时间小于100 ms。ControlLogix处理器和扩展FlexIO通过冗余的双总线ControlNet进行连接，ControlNet在通信距离为1 000m的情况下速率不低于5 Mbit/s。
2. RSLogix5000
编程软件可编程序控制器的编程软件采用了Rockwell Software公司的RSLogix5000编程软件。其具有友好的界面，并可通过网络进行远程编程。还可对程序离线仿真。RSLogix5000满足多人同时对系统中各控制器进行程序编制以及调试工作，即同时使用程序编辑软件，而系统投运后，只需个别维护人员使用这些软件。提供了易于使用、符合I E C1131—3标准的界面，基于标签符号的编程方式，支持结构、数组等复杂的数据类型，具有功能强大的、满足各种应用需求的指令集。
3.组态软件
为保证整个系统数据传输的正确性和兼容性，监控组态软件选用与PLC同一厂家的AB RSVIEW SE人机界面软件。RSVIEW SE人机界面软件可有效地监视并控制机器和过程，是一种易用的、可集成的、基于组件的MMI系统，具有监控软件所需的全部特性和功能，并且把ActiveX控制嵌入画面的HMI软件包。RSVIEW SE不仅具有对自动化设备和过程进行有效监视和控制的所有特点和功能，而且极大增强其设计的开放性、互通性、易维护和易组态性。
系统网络架构
控制中心和备用中心通过通过工业以太网络与骨干网相连；维修中心通过光纤链路与备用中心冗余交换机相连；培训中心将独立构成局域网络，不和通信骨干网相连。车站中控室与现场控制器采用冗余工业现场总线通信方式。PLC与远程I/O模块单元之间采用冗余工业现场总线通信方式。
由系统方案可知，系统采用三种网络，如图2所示。
系统分为工业以太网，控制层网络——ControlNet，设备层网络——DeviceNet。我们采用的AB可编程序控制器，在网络之间可无缝联系，无需编程。
1.工业以太网
中心网络系统分为四部分：控制中心网络通过车站节点接入线路骨干网；备用中心通过车站节点与线路骨干网相连；维修中心通过光纤链路与备用中心冗余交换机相连；培训中心将独立构成局域网络，不和通信骨干网相连。
全线骨干网、控制中心局域网、备用中心局域网采用10/100 Mbit/s标准工业以太网。
2.控制层网络——ControlNet
工业控制网采用ControlNet工业控制网络，网络结构为总线型。车站中控室与现场控制器采用冗余工业现场总线通信方式。PLC与远程I/O模块单元之间采用冗余工业现场总线通信方式。
在现场总线中，ControlNet工业控制网络优势不容忽视 。C o n t r o l N e t可以保持可重复的响应，和网络设备消息传递无关，和编程无关，甚至和增加节点无关。ControlNet的速度和节点数无关，和介质无关，和中继器无关。同时，ControlNet网相比其他现场总线网络具有很好的诊断和排错功能。
3.设备层网络——DeviceNet
远程I/O模块与设备之间的协议为DeviceNet。
DeviceNet网络特点如下。
1）减少停机时间。提供故障的预报警，提供辅助排障的诊断，Producer/Consumer技术。
2）I/O控制和信息数据采集。开放技术、网络规范由ODVA管理。
3）在单一网络上完成信号和供电，网络带电情况下可以完成设备的撤消、加入和更换。
系统特点
北京地铁四号线选用AB可编程序控制器的系统，选用三种网络，网络之间可以无缝连接，同一硬件平台、配套软件设备及相应的监控组态软件，构成了一个可靠性高，可维护性强，扩张能力高，开放性的整体。
1.系统可靠性
系统采用的罗克韦尔A B可编程序控制器，国际主流产品，知名品牌。可以确保所使用的设备在出厂之前就已经经过多种检测。并且在多年的实际应用中被证实，罗克韦尔可编程序控制器是可靠的。
2.系统可维修性
罗克韦尔可编程序控制器采用模块化设计，方便拆换接插件。系统结构采用模块化设计，方便维修、替换，硬件设置参数化，软件数据安全化。模块化设计，方便维修、替换——在定位故障模块后可以用备件替换，缩短维修时间。
3.系统可扩展性
系统结构、硬件配置和软件设计上充分考虑了系统余量和扩展能力。采用模块化和分布式结构，易于扩展，人机界面（MMI）开发及运行的监控软件是模块化、分层分布式设计。工程师站能够通过100M Ethernet TCP/IP工业以太网对控制站的程序、组态及参数等进行设计、修改、开发并监视运行。
使用的软件部件不受硬件平台限制，支持垂直和水平方向升级。尽管增加了车站，软件上只要不增加功能，数据服务层、业务服务层的内容是不需要修改的。仅仅将最上层的用户层内一一配置，配置完成，新的车站就会增加到系统中来。
硬件均采用模块化、标准化设备，易于扩展，并在硬件设计和实施时，均留有裕量，方便以后扩展。
4.开放性
工业以太网络和ControlNet现场总线网均为开放的协议，众多厂家支持。可编程序控制器通信接口也具有开放性，方便各种数据接入。
