溴化鋰非電中央空調(diào)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方法

李宇軒，張曉清

1.遠(yuǎn)大空調(diào)有限公司，湖南長沙 410138 2.湖南工程學(xué)院，湖南湘潭 411101

溴化鋰非電中央空調(diào)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方法

李宇軒1，張曉清2

1.遠(yuǎn)大空調(diào)有限公司，湖南長沙 410138 2.湖南工程學(xué)院，湖南湘潭 411101

本文詳細(xì)介紹了采用Siemens S7-300系列控制器的非電中央中央空調(diào)機(jī)組實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)方法

非電中央空調(diào)；TCP/IP協(xié)議；Profinet工業(yè)以太網(wǎng)

遠(yuǎn)大空調(diào)是最早采用因特網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行售后服務(wù)的中央空調(diào)廠家，也是最早建立物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)+企業(yè)，遠(yuǎn)大所有的機(jī)組都通過遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控和維護(hù)，因此遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)功能是機(jī)組控制系統(tǒng)必備的功能。Siemens Profinet工業(yè)以太網(wǎng)具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，不但在系統(tǒng)集成方面具有很大的優(yōu)勢，同時(shí)由于Profinet網(wǎng)絡(luò)還支持開放式TCP/IP通信功能，因此可以方便地實(shí)現(xiàn)與第三方設(shè)備通信。遠(yuǎn)大中央空調(diào)主機(jī)控制系統(tǒng)采用S7-300系列PLC作為主控制器，CPU315-2PN/DP提供了2個(gè)PN口，既可以實(shí)現(xiàn)Profinet工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)通信功能，同時(shí)還具備開放式TCP/IP通信功能，因此控制系統(tǒng)可以方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)。

1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

溴化鋰非電中央空調(diào)控制系統(tǒng)包括主站部分和從站部分。主站部分控制中央空調(diào)主機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)空調(diào)負(fù)荷調(diào)節(jié)。從站部分控制水系統(tǒng)運(yùn)行，包括水系統(tǒng)泵的啟停、頻率調(diào)節(jié)、故障處理、流量采集和水質(zhì)處理等。非電中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要考慮運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性和抗干擾能力，因此主從站系統(tǒng)通信采用Profinet工業(yè)以太網(wǎng)。主站CPU為CPU315-2PN/DP，一個(gè)PN口用于從站通信，另一個(gè)PN口用于遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)，DP口用于觸摸屏通信。從站通信接口模塊選用ET200S-IM151。圖1為控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖1　控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2 開放式TCP/IP通信過程實(shí)現(xiàn)

2.1通信過程

采用開放式TCP/IP實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)包括IP地址設(shè)置、Socket通信連接建立、數(shù)據(jù)發(fā)送過程、數(shù)據(jù)接收過程和Socket通信連接斷開等幾個(gè)過程。IP地址設(shè)置是將主站CPU IP地址和用戶網(wǎng)絡(luò)IP地址設(shè)置成同一網(wǎng)段，同時(shí)Profinet從站IP地址也必須和主站CPU IP地址在同一網(wǎng)段，IP地址設(shè)置可以使用系統(tǒng)功能塊SFB104實(shí)現(xiàn)，也可以使用Siemens公司專用軟件實(shí)現(xiàn)。CPU建

圖2　PLC開放式TCP/IP通信過程

2.2IP地址設(shè)置方法

2.2.1數(shù)據(jù)塊定義

Siemens PLC 高版本CPU支持使用系統(tǒng)功能塊SFB104設(shè)置IP地址，使用SFB104系統(tǒng)功能塊設(shè)置IP地址時(shí)必須在硬件組態(tài)中選中“使用不同方法獲得IP地址”。使用SFB104系統(tǒng)功能塊最重要的步驟是按要求建立配置數(shù)據(jù)塊，配置數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)塊頭部和IP地址設(shè)置數(shù)據(jù)，是結(jié)構(gòu)體類型數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)塊頂層定義為結(jié)構(gòu)類型，數(shù)據(jù)包括子域數(shù)據(jù)類型、子域ID、子域數(shù)量和子域數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。子域數(shù)據(jù)類型為整型，數(shù)據(jù)值為0，子域ID為整型，數(shù)值為0，子域數(shù)量為整型，數(shù)值為1，子域數(shù)據(jù)定義為結(jié)構(gòu)體類型。子域結(jié)構(gòu)體中的定義為用戶IP地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)地址，數(shù)據(jù)類型為字節(jié)類型，圖3是系統(tǒng)功能塊SFB104背景數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在IPv4通信網(wǎng)絡(luò)中，子域結(jié)構(gòu)體中的ID數(shù)值為30，數(shù)據(jù)長度為18，模式為1，表示數(shù)據(jù)永久生效。

圖3　SFB104配置IP地址數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)

2.2.2程序?qū)崿F(xiàn)

SFB104背景數(shù)據(jù)塊中的IP地址參數(shù)通過觸摸屏設(shè)置，程序塊OB1調(diào)用SFB104更改PN口IP地址。功能塊SFB104中的參數(shù)REQ用來啟動(dòng)IP地址更改，上升沿有效。參數(shù)LADDR是網(wǎng)絡(luò)接口診斷地址，地址值在硬件配置時(shí)自動(dòng)分配，數(shù)值為#7FE。CONF_DB是配置數(shù)據(jù)塊接口參數(shù)，要設(shè)置的IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)地址等參數(shù)都存儲(chǔ)在此數(shù)據(jù)塊中。標(biāo)志參數(shù)中包括完成標(biāo)志、正在更改IP標(biāo)志、出錯(cuò)標(biāo)志、參數(shù)狀態(tài)和錯(cuò)誤狀態(tài)等。程序調(diào)用SFB104更改IP地址時(shí)通過觸摸屏按鍵啟動(dòng)，更改IP過程中CPU和從站模塊會(huì)出現(xiàn)短暫的報(bào)錯(cuò)，但不影響CPU運(yùn)行。圖4是功能塊調(diào)用程序。

表1　UDT65結(jié)構(gòu)參數(shù)定義

圖4　程序調(diào)用SFB104

2.3通信過程實(shí)現(xiàn)

2.3.1建立連接

TCP/IP網(wǎng)絡(luò)編程必須使用Socket，Siemens PLC實(shí)現(xiàn)開放式TCP/IP通信使用功能塊FB65負(fù)責(zé)建立Socket，并建立PLC客戶端和服務(wù)器之間的通信連接。使用功能塊FB65前必須建立一個(gè)UDT65數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于說明建立的連接的屬性，表1是UDT65結(jié)構(gòu)參數(shù)定義。功能塊FB65使用上升沿啟動(dòng)遠(yuǎn)程連接過程，參數(shù)ID必須與UDT65中指定的參數(shù)一致，DONE參數(shù)表示連接是否建立完成，BUSY參數(shù)表示正在建立連接，ERROR參數(shù)和STATUS參數(shù)可以查看錯(cuò)誤和參數(shù)狀態(tài)，連接參數(shù)CONNECT是包含UDT65數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)塊（表1）。圖5是調(diào)用FB65建立連接的程序。

圖5　調(diào)用FB65建立連接

2.3.2數(shù)據(jù)發(fā)送

通信連接標(biāo)志建立之后，啟動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送過程，數(shù)據(jù)發(fā)送調(diào)用功能塊FB63。FB63功能塊使用脈沖上升沿啟動(dòng)發(fā)送過程，同時(shí)功能塊提供了發(fā)送完成標(biāo)志、正在發(fā)送標(biāo)志、發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志。FB63功能塊的接口參數(shù)中ID必須和連接參數(shù)中的ID相同，數(shù)據(jù)長度參數(shù)是功能塊一次性發(fā)送數(shù)據(jù)的總長度，不能超過CPU類型允許的數(shù)據(jù)長度。功能塊的接口參數(shù)DATA是ANY類新的參數(shù)，可以使用此類型定義數(shù)據(jù)接口地址和傳送數(shù)據(jù)長度。使用功能塊進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送過程每10秒發(fā)送一次，通過檢測BUSY標(biāo)志判斷是否發(fā)送完成，由于數(shù)據(jù)是連續(xù)發(fā)送的，程序中可以不使用發(fā)送完成標(biāo)志和錯(cuò)誤標(biāo)志。圖6是數(shù)據(jù)接收程序。

圖6　數(shù)據(jù)接收程序

2.3.3數(shù)據(jù)接收

數(shù)據(jù)發(fā)送成功之后開始準(zhǔn)備接收遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接收調(diào)用功能塊FB64。FB64功能塊使用ON標(biāo)志沿啟動(dòng)接收過程，可以使程序始終處于接收狀態(tài)。FB64功能塊提供的接收完成標(biāo)志NDR、正在接收標(biāo)志BUSY、接收錯(cuò)誤標(biāo)志ERROR。FB64功能塊的接口參數(shù)中ID必須和連接參數(shù)中的ID相同，接收數(shù)據(jù)長度參數(shù)是功能塊接收數(shù)據(jù)的總長度，功能塊的接口參數(shù)DATA是ANY類新的參數(shù)，可以使用此類型定義接收數(shù)據(jù)地址接口和接收數(shù)據(jù)長度。在接收過程中通過檢測標(biāo)志判斷接收狀態(tài)。圖7是數(shù)據(jù)接收程序。

圖6　數(shù)據(jù)接收程序

2.3.4斷開連接

在實(shí)際運(yùn)行過程中用戶網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)變動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)堵塞、網(wǎng)絡(luò)斷線等多種情況，出現(xiàn)這些情況后根據(jù)Socket通信原理原有的連接不能進(jìn)行通信，PLC客戶端必須重新發(fā)起連接，在建立新連接之前必須斷開原有連接，清除原通信Socket，斷開連接使用功能塊FB66。

3 結(jié)論

使用Siemens PLC開放式TCP通信可以方便地實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)功能，遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)功能在中央空調(diào)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程維護(hù)和能耗管理方面有著重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。目前遠(yuǎn)大非電中央空調(diào)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)使用固定IP 地址較多，聯(lián)網(wǎng)容易，但在實(shí)際應(yīng)用中聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)受到用戶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響仍存在很多問題，比如動(dòng)態(tài)IP聯(lián)網(wǎng)、代理服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)和使用權(quán)限登錄的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)聯(lián)網(wǎng)，完全由PLC處理存在一定的難度，這些問題需要增加其他聯(lián)網(wǎng)設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)。

[1]西門子公司.SIEMENS SIMATIC S7 高級(jí)編程.

[2]西門子公司.使用Open Communication wizard建立開放式ISO-ON-TCP通信.

[3]夏建華.西門子開放式IE通訊在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].可編程控制器與工廠自動(dòng)化，2007（2）.

[4]崔堅(jiān).西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)詳解.

TP3

A

1674-6708（2016）171-0262-03

李宇軒，工程師，研究方向?yàn)楣I(yè)控制總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。張曉清，湖南工程學(xué)院。