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案例頻道1 引言
樓宇自控系統（BAS）是智能建筑的一個重要組成部分，是建立在
2 PROFIBUS現場總線在樓宇自控系統中的應用
PROFIBUS 總線是西門子公司開發的開放式、不依賴于設備生產商的現場總線標準，具有協議簡單開放、容錯能力強、安全性好、成本低等優勢，廣泛適用于制造業自動化、流程工業自動化和樓宇、交通、電力等其他領域自動化，可承擔現場、控制、監控三級通信。PRO- FIBUS 現場總線網絡共有三種協議方式,分別為 FMS、DP 和 PA, 用戶可根據不同的控制對象靈活地選取不同的總線，其中 PROFIBUS-DP 是一種高速低成本通信網絡，使用 PROF- IBUS-DP 可取代 24VDC 或4-20MA 信號傳輸，尤其適用于可編程控制器 PLC 與現場分散外設間的通訊。本文結合北京朝外 MEN 財貿中心項目具體地介紹如何用 WinCC 過程監控軟件和 PROFIBUS-DP 系統及來實現智能化樓宇自控。
2.2.1
北京朝外 MEN 財貿中心工程位于北京東二環CBD的核心區域，總建筑面積12萬平方米。大樓的控制內容主要包括冷凍站及換熱站監控系統、給排水監控系統、送排風及新風監控系統、變配電監視系統，總監控點數1200點左右。根據項目的控制內容及系統對可靠性、實時性、后期的易維護性以及投資成本等方面的要求，系統沒有采用常規的 DDC 樓控系統，而是采用工業級的 PLC 控制器及 PROFIBUS―DP 總線，不僅使系統的從站大大減少，而且把系統的各部分組成一個有機統一體，有利于增加系統的集成度，提高可靠性。在上位PC采用 WinCC 過程監控軟件編制靈活便捷的人機界面對系統進行實時監控。
監控系統網絡結構采用帶 WinCC 監控的單主站PROFIBUS-DP系統，主站 CPU412-2DP 設在負三層冷凍機房，同時集成有一個DP接口和一個MPI接口,通過 PROFIBUS-DP 系統負責整個BAS的通訊和數據處理，并與上位 PC 機通過MPI協議進行通訊，從而實現在上位PC對系統的22個DP從站（3個ET
2.2.2
系統組網時，首先進行硬件選擇及物理搭建,用STEP7軟件進行系統硬件的配置，并應用語言編輯器編制必要的控制功能，在硬件診斷通過的基礎上,通過MPI接口完成程序的下載到系統主站，最后在工控機上用WinCC軟件與STEP7進行連接并組態人機界面。本系統組網流程見圖1。
圖1網絡組態流程圖
因系統對實時性、可靠性要求較高，點數較多，控制也較復雜，主站不僅要有很強的通信功能而且還要為大樓今后的功能擴展留有余地，為此，系統選用CPU412 -2DP作為主站，它具備系統所需要的強大的通信功能（同時集有DP和MPI接口），并且運行速度高、存儲量大、I/O擴展功能強，可保證系統信息的采集、綜合分析和傳送能夠可靠、準確地進行。
從站需要根據各站的具體控制要求，在分布式I/O―ET200及S7-200中選擇，其中ET200是為實現遠程控制而設置在現場的擴展總線接口模塊，它的優勢在于能在非常嚴酷的環境（酷熱、嚴寒、強壓、潮濕或多粉塵）中使用，可節省費用昂貴的抗電磁干擾設施并且只需要很小的空間，其機架與S7-300系列相同，可以擴展出更多的控制點，但其本身只是一個相當于網關性質的接口模塊，必須依靠主站存儲程序，如果主站故障則從站癱瘓，因此組網時把負三層冷凍機房/換熱站/送排風機控制站、3#樓樓頂冷卻塔就地控制箱及負三層排污控制站采用ET
圖2 組態后的網絡系統
2.3 系統通信網絡配置
通信網絡配置在整個樓宇自控系統中處于極其重要的地位，是決定系統能否正常運行的關鍵。該系統的通信網絡采用兩種方式：主站與從站之間采用 PROFIBUS―DP 網絡；上位 PC 與主站之間進行 MPI 通信。此種通信網絡配置在該樓宇自控系統中可獲得最高的性價比。
2.3.1
PROFIBUS-DP通信網絡配置分為軟件配置和硬件配置兩部分。軟件配置是通過STEP7編程軟件對S7-400進行配置，其中包含自身PROFIBUS-DP網絡地址、通訊速率、從站數量、從站類型、輸入輸出數據的格式以及從站需要的任何參數信息；在初始化啟動PROFIBUS-DP從站時,主站將參數賦值信息和I/O配置寫入到從站,然后再從從站讀出診斷信息,并驗證DP從站已接收參數和I/O配置,接著主站開始與從站交換I/O數據,這種數據交換方式無限期地繼續下去,如有例外事件,從站會通知主站。主站通過將其輸出區的信息發送給從站的輸出緩沖區,與每個從站交換數據。從站將其輸入緩沖區的數據返回給主站的輸入區,以響應來自主站的信息。根據用HWConfig程序進行現場設備硬件組態時所分配的地址,輸入/輸出數據可通過過程映象直接交換或者通過I/O存取命令進行數據交換。軟件配置完成后,接入監控信號在CPU中的對應地址將會自動生成。
在硬件方面，主站利用DP口與從站通訊，它充分體現分布式的特點及PROFIBUS總線中PLC控制網絡常用的兩種主-從站通信方式:對于ET
2.3.2
裝有WinCC監控軟件的上位PC要與自動控制網絡建立通訊連接，必須滿足三個條件：為PLC選擇與WinCC進行通訊的合適的通訊模塊；為裝有 WinCC 的 PC機選擇合適的通訊處理器及在WinCC項目上選擇通道單元。該系統中主站采用同時集成有DP接口和MPI接口的CPU412- 2DP，上位PC機裝有CP5611通訊卡及WinCC監控軟件。主站與上位PC采用MPI通訊網絡進行通訊。上位機WinCC與PLC之間的通信主要是采用S7協議中的SIMATIC S7 Protocol Suite協議通道來實現。
2.4 WinCC監控程序設計
WinCC軟件提供了適宜于過程控制的圖形顯示、消息、歸檔以及報表等功能，還提供了開放的界面用于用戶解決方案。為了獲得集中、快速、安全、經濟的運行系統，系統中PC機既用作進行數據處理的服務器，又用作操作員輸入站，在PC機上應用WinCC過程監控軟件組態人機界面以完成對數據的實時采集和處理，從而對各從站進行監控。
為了使監控穩定、快速、可靠，系統中從站與PC的通信只能通過主站進行,即從站的數據只有采集到主站以后才能與WinCC用戶程序交換。監控程序設計之前先實現WinCC與STEP7的動態連接，然后根據具體的過程控制任務，利用WinCC完成各種顯示畫面和數據的組態。用WinCC進行監控的子系統主要包括：冷凍站及換熱站控制系統、給排水監控系統、送排風及新風控制系統、變配電系統。根據各個子系統的具體情況，由WinCC對22個從站分別進行監控，每個從站均含有一幅或幾幅畫面用來顯示要監視的信號,這些信號有些把實際數值直接顯示在屏幕上,有些則是通過其它的形式來展示。本文僅以新風控制系統為例，來顯示 WinCC 監控軟件如何實現網絡控制。
新風系統的監控內容除了常規風機的運行/停止，故障/正常，手動/自動狀態，同時遠程啟停風機之外，還包括對新風機風閥狀態的監視，對過濾網堵塞及對新風機表冷器盤管的低溫報警，以及根據送風的濕度信號對加濕器的控制和根據送風的溫度信號對冷凍水管上電動調節水閥的控制。在組態畫面時，為了使控制中心工作人員能快速、高效地掌握和操作所有應該顯示的信息，我們把控制變量組態在兩個層次并且可以相互切換的畫面上：一層是新風機組的總覽圖，三個單元（A、B、C）的56臺新風機組的的運行狀態、故障狀態、手自動狀態和送風溫度等變量均被組態在該畫面上，控制者可以對整個BAS中新風機組的總體狀況一目了然；另一層是各個樓層的新風機組的具體的運行過程畫面（如圖3）。此畫面中可以很直觀地觀察到該新風機組的運行狀態，當新風機的動力箱的手動/自動開關打到自動位置時，還可以進行相關參數的設定。在系統運行期間，各個畫面之間可以互相自由切換，相當方便。
圖3 新風機組的運行過程畫面及參數設定人機界面
4 結語
系統自投入運行至今各部分功能正常,運行可靠、穩定。PLC各種邏輯控制準確迅速,狀態控制平穩,WinCC組態系統實時監控及時準確,歷史數據維護管理效果良好,從而提高了樓宇自動化的控制管理水平。這種基于PROFIBUS現場總線和WinCC過程監控的樓宇自控系統無論從節省布線、提高精度、簡化結構和經濟合理性等方面均具有較大的優越性，具有較優的性價比及較好的工程及設計借鑒性。
參考文獻:
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[2]SIEMENS公司.Introduction to PROFIBUS Industrial Commu2nication SIMATIC NET Manual[Z].1998.
[3]廖常初．S7-300/400 PLC應用技術．北京：機械工業出版社，2005．
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號