西门子6ES322-1HF10-0AA0

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1 引言 
冰蓄冷中央空调是将电网夜间谷荷多余电力以冰的冷量形式储存起来，在白天用电高峰时将冰融化提供空调服务。由于我国大部分地区夜间电价比白天低得多，所以采用冰储冷中央空调能大大减少用户的运行费用。
冰蓄冷中央空调系统配置的设备比常规空调系统要增加一些，自动化程度要求较高，但它能自动实现在满足建筑物全天空调要求的条件下将每天所蓄的能量全部用完，较大限度地节省运行费用。
2 控制系统结构
控制系统由下位机（现场控制工作站）与上位机（*管理工作站）组成，下位机采用可编程序控制器（PLC）与触摸屏，上位机采用工业级计算机与打印机，系统配置必要的附件如通信设备接口、网卡、调制解调器等，实现蓄冷系统的参数化与全自动智能化运行。
下位机和触摸屏在现场可以进行系统控制、参数设置和数据显示。上位机进行远程管理和打印，它包含下位机和触摸屏的所有功能。整个系统以下位机的工业级可编程序控制器为核心，实现自动化控制。控制设备与器件包括：传感元件、电动阀、变频器等。
2.1 下位机系统（区域工作站）
2.1.1 TP21触摸屏
采用TP27彩色触摸屏作为操作面板，完全取代常规的开关按钮、指示灯等器件，使控制柜面谈得更整洁。并且，TP27触摸屏在现场可实现状态显示、系统设置、模式选择、参数设置、故障记录、负荷记录、时间日期、实时数据显示、负荷曲线与报表统计等功能，中文操作界面直观友好。
2.1.2 SIEMENS可编程序控制器
SIMATIC S7-300系列PLC适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及控制的自动化，其强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
该产品具有光电隔离，高电磁兼容；具有很高的工业适用性，允许的环境温度达60℃；具有很强的抗干扰、抗振动与抗冲击性能，因此在严酷的工作环境中得到了广泛的应用。
自由通讯口方式也是S7-300型PLC的一个很有特色的功能，它使S7-300型PLC可以与任何通讯协议公开的其它设备、控制器进行通讯，即S7- 300型PLC可以由用户自己定义通讯协议（例ASCII协议），波特率为1.5Mbit/s（可调整）。因此使可通讯的范围大大增加，使控制系统配置更加灵活、方便。任何具有串行接口的外设，例如：打印机或条形码阅读器、变频器、调制解调器（Modem）、上位PC机等都可连接使用。用户可通过编程来编制通讯协议、交换数据（例如：ASCII码字符），具有RS232接口的设备也可用PC/PPI电缆连接起来进行自由通讯方式通讯。
当上位机脱机时，在下位机控制下，整个系统能正常运行。
2.2 上位机系统（*管理工作站）
2.2.1 上位机
上位机即图文控制中心，主要由PC机和激光打印机组成，采用SIMATIC WINCC软件平台，采用全中文操作界面，人机对话友好。管理人员和操作者，可以通过观察PC机所显示的各种信息来了解当前和以往整个冰蓄冷自控系统的运行情况和所有参数，并且通过鼠标进行设备管理和执行打印任务。
2.2.2 WINCC软件平台
WINCC软件在自动化领域中可用于所有的操作员控制和监控任务。可将过程控制中发生的事件清楚地显示出来，可显示当前状态并按顺序记录，所记录的数据可以全部显示或选择简要形式显示，可连续或按要求编辑，并可输出打印报表和趋势图。
WINCC 能够在控制过程中危急情况的初发阶段进行，发出的信号既可以在屏幕上显示出来，也可以用声音表现出来。它支持用在线帮助和操作指南来故障。某一 WINCC工作站可专门用于过程控制以使那些重要的过程信息不被屏蔽。软件辅助操作策略保证过程不被非法访问，并提供用于工业环境中的无错操作。
WINCC 是MICRSOFT bbbbbbS98或bbbbbbS NT4.0操作系统下，在PC机上运行的面向对象的*32位应用软件，通过OLE和ODBC视窗标准机制，作为理想的通讯伙伴进入bbbbbbS世界，因此WINCC可容易地结合到全公司的数据处理系统中。
3 冰蓄冷系统的控制
3.1 控制目的、范围及主要受控设备
蓄冷控制系统控制目的：通过对制冷主机、储冰装置、板式热交换器、系统水泵、冷却塔、系统管路调节阀进行控制，调整储冰系统各应用工况的运行模式，在较经济的情况下给末端提供一稳定的供水温度。同时，提高系统的自动化水平，提高系统的管理效率和降低管理劳动强度。
控制范围包括整个冰蓄冷系统的参数状态显示、设备状态及控制，主要控制设备有：双工况主机、电动阀、冷却塔、冷却水泵、蓄冰装置、初级乙二醇泵、板式换热器、次级乙二醇泵等。
3.2 控制功能
控制功能包括整个冰蓄冷系统稳定、经济运行所需的功能。
3.2.1 工况转换功能
根据季节和机器运行情况，自控系统具备以下工况转换功能：
a） 双工况主机制冰同时供冷模式；b） 双工况主机单独制冰模式；c） 主机与蓄冰装置联合供冷模式；d） 融冰单独供冷模式；e） 主机单独供冷模式。
3.2.2 工况的启停、显示和故障报警功能
控制系统按编排的时间顺序，结合负荷预测软件，控制制冷主机及外围设备的启停数量及监视各设备之工作状况与运行参数，如：
- 制冷主机启停、状态及故障报警；-制冷主机运行参数；-制冷主机缺水保护；-制冷主机供/回水温度、压力遥测和显示；-冷冻水泵启停、状态及故障报警；- 乙二醇泵启停、状态及故障报警；-冷却水泵启停、状态及故障报警；-压差旁通管的压差测量与显示；-冷却塔风机启停、状态及故障报警；
-冷却塔供/回水温度控制与显示；-供/回水温度、压差遥测控制与显示；-板式换热器侧进出口温度控制与显示；-蓄冰装置进、出口温度遥测控制与显示；-冷冻水回水流量控制与显示；-电动阀开关、调节与阀位控制与显示；-室外温湿度遥测控制与显示；-蓄冰量测量与显示；-末端冷负荷控制。
3.2.3 数据的记录和打印功能
控制系统对一些需要的监测点进行整年趋势记录，控制系统可将整年的负荷情况（包括每天的较大负荷和全日总负荷）和设备运转时间以表格和图表记录下来，供使用者使用。所有监测点和计算的数据均能自动定时打印。 

引言 
工业程序控制系统应用多种多样，范围覆盖从简单的流量控制到复杂的电网，从环境控制系统到炼油厂程序控制。这些自动化系统的智慧性依赖于它们的测量和控制单元。可编程逻辑控制器（PLC）和分散式控制系统（DCS）是用于控制机器和过程、处理各种各样类比和数位输入及输出的两个较常见电脑系统，这些系统包含电源、*处理单元（CPU），以及多种类比输入、类比输出、数位输入和数位输出模组。
标准通信协议已经存在很多年了；类比变数的范围主要为4mA至20mA、0V至5V、0V至10V、±5V和±10V。关于下一代系统无线解决方案的讨论已有很多，但是设计人员仍然认为4mA至20mA通信和控制环路可继续使用多年。下一代系统的标准涵盖更高的性能、更小的尺寸、更好的系统诊断、更高级别的保护，以及更低的成本——所有要素都将帮助制造商实现区别于其竞争对手的差异化设备产品。
我们将讨论程序控制系统的关键性能要求，以及所包含的类比输入/输出模组，还将介绍一个程序控制评估系统，该系统采用较新积体电路技术将这些构件整合在一起。我们还着眼于应对鲁棒系统的设计挑战，这类系统将能经受工业环境下的电快速瞬变脉冲、静电放电（ESD）和浪涌电压干扰，并提供检验设计鲁棒性的测试资料。
PLC概览和应用实例

一个基本程序控制系统构件。一个过程变数，例如流率或气体浓度，是通过输入模组进行监控的。这些资讯由中央控制单元处理；输出模组则采取一些行动，如驱动一个执行器。

图2所示为这种类型的一个典型工业子系统。CO2气体感测器测定一个受保护区域的气体积累浓度，并将此资讯传送给一个中央控制点。该控制单元包含一个类比输入模组——用来调理来自感测器的4mA至20mA信号，一个*处理单元，以及一个类比输出模组——用来控制必需的系统变数。电流环路能够处理大的电流负载——这些负载经常存在于一些工业系统中常见的数百米长的通信路径上。表述气体浓度级别的感测器单元输出被转换为标准的4mA至20mA信号，通过电流环路传送。这个简化的例子所示的是一个单独的4mA至20mA感测器输出连接到一个单通道输入模组，以及一个单一的0V至10V输出。在实际情况下，大多数模组都具有多个通道和可配置范围

智能电表是多年来人们致力于用于实现远程抄读电量和电能的智能化设备，也是构成远程自动抄表(AMR)系统的基本单元，而由智能电表组成的自动抄表系统是实现智能电网的重要一步。智能电表系统可以使电力供应商在提高服务质量的同时降低管理成本，从而帮助公共事业服务提供者和**降低电源损耗、优化能源消耗、管理对宝贵能源的需求，并让用户有机会充分利用各种用电计划(如分时电价)来节省开支和享受多种便利。完善的智能电表系统将较大地方便人们的日常生活，同时提高电力能源的有效分配和利用, 在建设“节能节约型”社会及“节能减排”的过程中产生巨大的商机和社会效益。

智能电表的实现使用了以下几种主要技术：电力线载波通信(PLC)技术、专用通信线路(如RS485总线技术等)以及无线通信技术等。目前电力线载波通信技术是AMR的主流技术，因此智能电表的发展和推广将与电力线载波通信技术的发展有着紧密的关系。

电力线载波通信系统是以电力传输线作为传输载波信号的媒介，这看起来似乎是一种便于实施并推广的方案，但是电力传输线不是理想的载波信号传输媒介。电力线对载波信号有很大的衰减，同时电力线上有很多用电装置产生的干扰，其干扰的总功率可能远远**过载波信号的功率，有时高达数百倍，因此在电力线上建立可靠的通信系统非常具有挑战意义。如果没有良好的系统设计，往往会导致通信完全失败或仅能以较低的率进行通信。

早期的电力线载波通信技术多以分立元件和通用的集成电路芯片实现。由于当时硬件资源有限，不能利用先进数字信号处理技术来产生复杂的载波信号以及处理接收到的载波信号，更不用说在电力线上组成大规模的通信网络了，所以早期的载波通信系统多仅能实现“点对点”的简单通信以及小规模的系统。随着集成电路技术的发展，先进的电力载波技术逐渐采用专用的集成电路芯片来实现，并且从简单的专用芯片发展到具有内嵌多个CPU内核的多功能系统级芯片(SoC)。先进的载波通信芯片具有强大的计算处理能力，使得大规模通信网络的实现及管理成为可能。

尽管实现通信技术的硬件条件及资源逐渐改善，但是由于电力线通信的特殊性，特别是中国的电力线状况的特殊性，如果没有一个良好的设计(包括数字信号处理算法以及网络系统管理等)，电力线载波通信还是难以保其性能的可靠，以及大规模的推广应用。这在十多年来中国电力线载波通信的发展历史中有所体现。以前有的技术方案低估了电力线载波通信的困难，事先未经过大量的研究分析和计算机模拟及现场实验就投入使用，还有一些技术方案则照搬用于无线通信的技术方案或者某些在国外电力线上有效的电力线通信方案。经过这十多年来的摸索以及经验教训的积累，越来越多的业内人士逐渐达成了以下几点共识：国外电力线上的有效技术在中国未必完全适用；在无线通信领域中有效的技术，未必能适用于电力线通信；一个有生命力的电力载波通信技术方案必须引入网络通信的要素。

以上的前两点告诉我们不能机械地照搬不同区域和不同领域的技术或方案，*三点预示了电力载波通信技术发展的方向并提示我们没有网络功能的技术方案是很难大规模推广并具竞争力。今后，电力线载波技术将进一步提高集成度并降，同时还会向多功能综合网络系统的方向发展，控制响应速度或通信速度将进一步得到提高，而分布式处理模式将大大加快这一进程。此外，随着各种电力线载波通信的应用的加速发展，电力线资源的共享将成为一个**的问题，因此一种有生命力的载波通信技术与系统方案，必须还能解决与各种电力线载波通信的应用系统共享通信媒介的问题。

瑞斯康微电子(深圳)有限公司是诸多致力于推广电力载波通信应用的公司之一。作为一个电力载波通信专用芯片的设计公司，瑞斯康微电子公司始终视其芯片和系统的使用客户的利益为**。这个宗旨一直贯穿于整个芯片及系统的研发过程中，并延伸到芯片应用参考电路及系统的设计集成和测试、乃至批量生产和现场安装中，同时还为客户考虑了今后系统的维护和升级。目前瑞斯康微电子公司已是中国智能电表系统建设的主要电力载波芯片供应商之一。

在芯片设计前期，瑞斯康微电子公司做了广泛的研究，借鉴了各种用于其它通信领域(如移动通信、卫星通信等)的技术利弊，充分考虑到电力线的特殊性，特别是中国电网的特殊性，结合各种先进数字信号处理技术并尽可能利用内嵌微处理器的运算能力，在抗干扰方面进行了努力，经过大量的计算机模拟分析后，最后确定比较全面的较优实现方案。在接下来的芯片设计过程中则充分发挥其和后端设计能力，结合合作伙伴的芯片封装和制造能力，完成了RISE3000系列芯片的设计与定型。

瑞斯康微电子公司在通信协议的实现和完善上投入了大量的人力和物力，使此通信协议不仅与国际标准协议兼容，还针对电力网的特殊需求，加入了路由控制层等。这使得每一个通信终端除完成它本身的通信功能外，还可为整个网络提供通常必须由专用的路由终端来完成的服务。

瑞斯康微电子公司的载波通信芯片除了给使用用户提供透明的网络通信通道，还为用户提供了可用于各种应用的硬件资源，包括供用户专用的内嵌微处理器、串口通信接口、足够的输入输出控制端口以及多路外部中断信号端口等。使用这些资源，用户可编写自己的应用程序，可传送数据至上位机，还可直接控制某些物理开关量或者读取外界状态等。

RISE3000系列芯片是专用于智能控制网络的系列SoC，它们能利用电力线作为通信媒介，将电力线上的用电设备联成控制网络。RISE3000系列的设计符合EIA_709.1，EIA-709.2和EN50065-1等国际标准，同时增加了自动路由协议层，并以其性能优越的物理层设计及完善的网络通信协议，保了可靠的网络通信性能。

以RISE3501电力线载波芯片为例(见图)，它内部集成了载波通信的调制解调模块，其物理层通信速率达5.5Kbps，并且内嵌一个高速8位CPU，内置12KB-SRAM内存和64KB-FLASH闪存。此外，该器件还拥有8个软件可配置GPIO口、8个可配置复用输入输出端口以及3个16位定时器等，具有可编程BPSK调制载波频点和可编程脉宽调制(PWM)输出等功能。

随着城市现代化进程的发展，电网智能化的趋势日益显著。除了智能电表以外，电力线载波通信技术在智能楼宇、智能家居、城市路灯智能照明等领域的应用越来越广泛，作用也越来越重要。瑞斯康微电子公司将一如既往，进一步加强与各行各业的企业和专家们的合作，继续为电力线载波通信技术在智能电表中的应用以及智能电表的进一步的推广和普及贡献它的一份力量。