一
、項目簡介:

廣州大學城是廣東省落實“科教興粵”戰(zhan)略(lve)部(bu)署(shu)的(de)一(yi)項(xiang)重(zhong)要(yao)工(gong)程(cheng)，同(tong)時(shi)也(ye)是(shi)廣(guang)州(zhou)市(shi)建(jian)設(she)現(xian)代(dai)化(hua)生(sheng)態(tai)城(cheng)市(shi)目(mu)標(biao)規(gui)劃(hua)中(zhong)的(de)重(zhong)要(yao)組(zu)成(cheng)部(bu)分(fen)。廣(guang)州(zhou)大(da)學(xue)城(cheng)定(ding)位(wei)為(wei)國(guo)家(jia)一(yi)流(liu)的(de)大(da)學(xue)園(yuan)區(qu)，華(hua)南(nan)地(di)區(qu)高(gao)級(ji)人(ren)才(cai)培(pei)養(yang)

、科學研究和交流的中心
，學
、研、產一體化發展的城市新區，麵向21世紀適應市場經濟體製和廣州國際化區域中心城市地位、生態化和信息化的大學園區。廣州大學城位於廣州市番禺區小穀圍島及南岸地區，規劃範圍約43平方公裏
，可容納學生18萬至20萬人
，總人口達40萬人左右（包括村鎮人口）。大學城的建設目標是在廣州市未來發展的中心地帶番禺區小穀圍島及其南岸地區新建一座集大學教育、生活及其配套設施為一體的一流大學城。

廣州大學城區域供冷係統設計總裝機容量約11萬冷噸，供冷建築麵積約350萬平方米，各高校末端總共有近300間板換間，冷凍水供回水溫度為3℃/13℃。其自控係統能自動、實時采集係統所有機電設備的運行狀態、末(mo)端(duan)負(fu)荷(he)狀(zhuang)態(tai)等(deng)參(can)數(shu)，並(bing)實(shi)施(shi)過(guo)程(cheng)控(kong)製(zhi)，使(shi)係(xi)統(tong)為(wei)末(mo)端(duan)用(yong)戶(hu)提(ti)供(gong)足(zu)夠(gou)的(de)冷(leng)量(liang)，並(bing)能(neng)跟(gen)隨(sui)末(mo)端(duan)負(fu)荷(he)的(de)變(bian)化(hua)
，實(shi)現(xian)冷(leng)站(zhan)供(gong)冷(leng)量(liang)與(yu)末(mo)端(duan)用(yong)戶(hu)實(shi)際(ji)需(xu)求(qiu)負(fu)荷(he)的(de)精(jing)確(que)匹(pi)配(pei)，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)運(yun)行(xing)效(xiao)率(lv)，降(jiang)低(di)運(yun)營(ying)成(cheng)本(ben)。

廣州大學城區域供冷係統是當今世界供冷區域最大的工程之一，蓄冷量可與美國芝加哥市UNICOM區域供冷係統相媲美。整個係統建有四個冷站，空調負荷主要是十所高校的教學區和生活區大樓以及兩個中心商業區供冷。整個係統由冷站（製備冷量）
、空調冷凍水管網（輸送冷量）及末端供冷係統（使用冷量）三san個ge子zi係xi統tong組zu成cheng。自zi控kong係xi統tong實shi現xian區qu域yu供gong冷leng係xi統tong四si個ge冷leng站zhan中zhong央yang空kong調tiao係xi統tong的de自zi動dong監jian控kong，在zai係xi統tong安an全quan可ke靠kao運yun行xing的de前qian提ti下xia，以yi滿man足zu末mo端duan用yong戶hu供gong冷leng需xu求qiu為wei根gen本ben，從cong末mo端duan用yong戶hu穩wen定ding供gong冷leng、二(er)級(ji)泵(beng)管(guan)網(wang)穩(wen)定(ding)送(song)冷(leng)和(he)冷(leng)站(zhan)製(zhi)冷(leng)三(san)個(ge)環(huan)節(jie)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)，在(zai)滿(man)足(zu)用(yong)戶(hu)舒(shu)適(shi)性(xing)要(yao)求(qiu)下(xia)，對(dui)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)優(you)化(hua)
，使(shi)係(xi)統(tong)運(yun)行(xing)於(yu)最(zui)佳(jia)工(gong)況(kuang)，實(shi)現(xian)經(jing)濟(ji)運(yun)行(xing)。

單體建築用戶側高溫回水經水泵流過板換，再以低溫水向單體建築供冷
；guanwangcegongshuiguanlaizilengzhan，jingbanhuanhouzaihuidaolengzhan，mudeshixiangdantijianzhutigonglengliang。kongtiaoguanwangshusongdelengdongshuiyugedantijianzhuneidelengdongshuitongguobanhuanjinxingrejiaohuanlaiwanchengnengliangchuandiguocheng。jutidegongyiliuchengruxiatusuoshi。

 圖1  末端供冷係統圖

二
、控製係統構成

1、控製設備選型

單體建築空調機房設備少、控製簡單，關鍵是必須具備計費和獨立控製功能。因此

，從性價比及控製要求上我們選擇了德國西門子S7-200係列PLC進行自動控製。其主要有四個方麵的優點：

1、 性價比最優

單體建築空調機房受控製設備少
、控製點數少、工藝簡單，采用低端PLC自由組合I/O模塊
，獨立編程控製，靈活便捷
，相對DDC係統投資少。西門子PLC在全球有良好的可信度，其低端產品S7-200係列PLC具有精度高
、可靠性高
、編程靈活、性能優越
、價格低廉等優點
，且在全球有著極高的市場占有率。

2 能夠獨立編程控製

在廣州大學城區域供冷係統Profibus-DP網絡中

，選擇ET200M分布式I/O，配置有源背板總線
，在主站CPU上統一編程，可靠性更高。從站I/O點不影響整個係統運行
，各從站間相互獨立。從站不能采用ET200M分布式I/O
，而必須采用CPU+I/O模塊。根據工藝要求，末端單體建築空調機房必須具備獨立冷熱量計費
、控製功能。冷熱量計費要求PLC采樣精度高。S7-200PLC掃描周期十幾毫秒，對溫度的分辨率為1/2¹²℃，對流量的分辨率為1/2¹⁵m³/h，高精度配置可以使計費精度達0.2%。每個機房的設備數量不一致
，控製程序不完全相同，在CPU上可以任意編程。因此采用S7-200PLC能夠滿足係統控製要求。

3 通訊功能

與其它PLC一樣
，S7-200配置相應的通訊模塊可以與Profibus-DP網絡通訊

，也可以與工業以太網通訊，同時CPU上的編程口支持自由通訊協議，可以與變頻器通訊。廣州大學城末端控製係統采用Profibus-DP網絡。Profibus-DP網絡是西門子公司推出的世界應用最廣泛、最經典的總線方式。最大通訊速率達12Mbps，主站CPU訪問每個從站CPU並監控從站。主站CPU通過工業以太網接受控製室操作員站監控，形成一個完整的監控網絡。

4 擴展功能

S7-200PLC最多可以帶8個擴展模塊，可以擴充控製點。配CP231模塊可以與工業以太網通訊，同時CPU上的編程口支持自由通訊協議，可以與變頻器通訊。

2、係統硬件配置及網絡結構

控製係統硬件配置

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

冷站內的操作站：工控機（PⅣ2.4G  21’純平彩顯）

以太網卡：CP1613

交換機：OSM-ITP62

主站CPU：CPU414-2DP（圖中S7-412-2DP即表示CPU412-2DP，其從站隻有40個）

以太網接口：CP443-1

擴展DP接口：CP443-5（擴展型）

光電鏈路器：OLM/G11-1300（主站PLC出口）
、OLM/G12-1300

係統監控網絡結構

控製級采用TCP/IP協議，工業以太網，網絡波特率為10/100Mbps，采用光纖進行通訊
，現場級采用現場總線Profibus-DP，總線傳輸介質為通訊電纜和光纜，網絡波特率為19.2Kbps。拓樸結構如下：

 二
、三、四冷站各設一套主站PLC（CPU414-2DP），上圖為廣州大學城四號冷站末端控製係統的網絡結構圖，二、三號冷站的網絡結構與上圖相似
，隻是Profibus-DP網段數量和從站數量不一樣。以四號冷站末端控製係統方案進行分析
，根據各單體的位置，按近原則組網，采用光纜介質和Profibus專用電纜介質

，選用S7-400 CPU414-2 DP可編程控製器作主站，S7-200PLC作從站來完成整個控製係統網絡的組建，具體方案如下：
   各冷站PLC、操作員站以及其它控製器和服務器工作在工業以太網上，服務器讀寫三個冷站的主站PLC。作為收費係統和監控各單體建築機房的人機界麵，各冷站的操作員站隻讀寫對應主站PLC 。

根據西門子高端產品通訊技術參數，一個CPU414-2DP可以有至少4個最多10個Profibus-DP網段，一個DP網段最多不超過96個從站
，一個OLM可以作一條Profibus-DP總線，該總線最多不超過32個從站，但實際組網時會考慮到CPU的過程映象I/O點數量的最大允許值和CPU通訊的I/O點數量以及設計餘量來分配網段的從站數量。根據一條Profibus-DP總線要求和地域分布以及設計餘量來分配一條Profibus-DP總線的從站數量，從而實現主站PLC（S7-400）對各單體建築空調機房的監控。利用CPU224處理模擬量功能較強、精度較高的特點，通過擴展模擬量AI/AO模塊
，完成溫度、流量、壓差和調節閥門的控製；通過擴展數字量DI/DO模塊，完成單體建築空調機房水泵、壓差開關、電動蝶閥等設備的監控。

三、控製係統功能

整個區域供冷末端係統約300個單體建築空調機房，每個單體建築機房要求獨立計費、獨立運行。因此
，末端係統控製的關鍵是做好各單體建築空調機房內設備如：變頻水泵
、調節閥門等的自動控製和冷熱量的計量。管理人員可以在各冷站的控製室通過現場的Profibus-DP總線和工業以太網對末端係統進行遠程監視和控製管理。

具體的控製任務如下：

1、    對每一棟單體建築進行數據采集
、計量
、控製，現場不能修改參數
，隻能顯示監視數據。

2、    板換二次側供水溫度T3控製在6.5℃，水泵變頻控製。

3、    控製室具有數據查詢包括日用量和月用量查詢和用戶資料查詢，可以顯示選定某段時間的數據按每棟進行查詢。

4、    當大樓欠費時可以通過控製室進行遠程控製，將對應的冷源自動關閉，方便物業管理。

 係統應能提供穩定、可靠的設備監控功能
，同時，係統應具有很好的兼容性
、可擴展性。

控製程序結構與流程：

按(an)空(kong)調(tiao)工(gong)藝(yi)特(te)點(dian)和(he)要(yao)求(qiu)及(ji)冷(leng)熱(re)量(liang)計(ji)費(fei)要(yao)求(qiu)編(bian)製(zhi)的(de)控(kong)製(zhi)程(cheng)序(xu)保(bao)證(zheng)了(le)空(kong)調(tiao)供(gong)冷(leng)過(guo)程(cheng)可(ke)順(shun)利(li)地(di)進(jin)行(xing)
，並(bing)對(dui)機(ji)房(fang)運(yun)行(xing)各(ge)裝(zhuang)置(zhi)提(ti)供(gong)了(le)有(you)效(xiao)的(de)監(jian)控(kong)和(he)保(bao)護(hu)
，保(bao)證(zheng)了(le)係(xi)統(tong)正(zheng)常(chang)的(de)計(ji)費(fei)。根(gen)據(ju)係(xi)統(tong)要(yao)求(qiu)空(kong)調(tiao)供(gong)冷(leng)要(yao)分(fen)遙(yao)控(kong)/本(ben)控(kong)兩(liang)種(zhong)方(fang)式(shi)。在(zai)本(ben)控(kong)操(cao)作(zuo)時(shi)，通(tong)過(guo)電(dian)源(yuan)櫃(gui)可(ke)以(yi)啟(qi)動(dong)水(shui)泵(beng)
，但(dan)必(bi)須(xu)手(shou)動(dong)打(da)開(kai)電(dian)動(dong)調(tiao)節(jie)閥(fa)門(men)方(fang)可(ke)供(gong)冷(leng)
，以(yi)滿(man)足(zu)控(kong)製(zhi)器(qi)故(gu)障(zhang)時(shi)供(gong)冷(leng)需(xu)要(yao)。遠(yuan)程(cheng)控(kong)製(zhi)室(shi)可(ke)以(yi)全(quan)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)設(she)備(bei)、監視設備狀態。主控站S7-400 CPU任務較多，但主要是讀寫各從站的監控參數
，通過合理設計程序結構能大大減少程序的掃描時間，提高CPU的工作效率。雖然各單體建築空調機房的邏輯控製不完全一樣，但可以分為三類，每類的邏輯控製完全一樣，主控站S7-400 CPU與從站S7-200 CPU交換數據參數一樣
，可用循環程序來調用同一類子程序（FC功能塊）的辦法來完成各單體建築空調機房的監控
，主控站CPU與各從站交換的數據分別放在3個DB數據塊中，在調用各功能塊之前打開各自的數據塊
，完成參數的傳遞。

四、項目運行情況

廣州大學城末端供冷係統自動化程度高，數據采集量大，控製站數量較多，因此我們對係統的可靠性要求比較高，自2006年9月的投入使用
，實現了高度集成自動化控製和科學化能源管理。廣州大學城區域供冷係統采用SIEMENS 可編程控製器很好的完成了空調供冷和計費的自動控製任務，采用Profibus-DP工gong業ye現xian場chang總zong線xian網wang絡luo和he工gong業ye以yi太tai網wang實shi現xian了le各ge冷leng站zhan控kong製zhi室shi對dui各ge個ge單dan體ti建jian築zhu空kong調tiao機ji房fang的de分fen布bu式shi集ji中zhong控kong製zhi，符fu合he大da型xing區qu域yu供gong冷leng自zi控kong係xi統tong的de數shu字zi化hua和he網wang絡luo化hua的de發fa展zhan方fang向xiang。