在楼宇自动化管理系统（BAS）中ControlLogix和FactoryTalk ViewSE系统的应用

王贇鹏　付友

【摘 要】楼宇自动化管理系统 （BAS） 是智能化大厦中最基本和最重要的组成部分，本文简要介绍了FactoryTalk View SE 基于 ControlLogix控制系统在大厦楼宇自控中应用三层网络架构实现对楼宇设备的自动控制和监视，EtherNet/IP， ControlNet以及DeviceNet现场总线特点及组态，Studio 5000编程软件、FactoryTalk ViewSE人机接口组态软件等基本操作。

【关键词】楼宇自动化；FactoryTalk View SE系统；ControlLogix系统；Devicenet总线；EtherNet/IP网络；ControlNet网络

【Abstract】Building automation management system （BAS） is the most basic and the most important constituent in the inteuigent buidings， this article introduced briefly the ControlLogix control system Based on the 3-tier structure model of the Web applications to realize to the building equipment's automatic control and the surveillance， The paper introduces the configuration and characteristic of the EtherNet/IP ControlNet DeviceNet bus， Studio 5000 programming software， FactoryTalk View SE Human-machine interface connection configuration software and so on elementary operation.

【Keywords】Building automation system；FactoryTalk View SE； ControlLogix system；DeviceNet bus；EtherNet/IP；ControlNet

引言

智能建筑是建筑技術与计算机信息技术相结合的产物，是信息社会的需要，也是未来建筑发展的方向。智能建筑主要由楼宇自动化系统（Buiding Automation system，缩写为BAS）、通信自动化系统（CAS）和办公自动化系统（OAS）三大系统组成。其中楼宇自动化管理系统 （BAS） 是智能化大厦中最基本和最重要的组成部分。楼宇自动化系统是利用计算机及其网络技术、自动控制技术和通信技术构建的高度自动化的综合管理和控制系统，将大楼内部各种设备连接到一个控制网络上，通过网络对其进行综合的控制，这些设备包括空调、照明设备、电梯、消防设备、安防设备等等。它确保建筑物内的舒适和安全的办公环境，同时实现高效节能的要求。

1 ControlLogix系统介绍

ControlLogix系统是罗克韦尔自动化有限公司推出的大型工业控制产品，基于模块和网络组合的模块化结构硬件平台，具备通信完成数据交换的先进信息传递模式，采用计算机标准化数据结构，使用通用的软件操作方式，具有拓展性、延伸性、兼容性、通用性等特点，使该产品的运用达到了较高的境界，是具有领先地位的工业控制系统产品。

2 ControlRogix控制系统在大厦楼宇自控中的应用

市南国际大厦是座落于贵阳市的一座综合性办公建筑。大厦分地下3层，地上28层，是一座集机电设备自控（BA）、电视监控（CCTV）、消防（FA）、门禁管理系统、室内信息发布系统、停车库管理系统等一体的综合性办公大楼，其对于智能楼宇管理系统有很高的要求，它需要对建筑内设备等进行统一管理，以致力于创造一个高效、节能、舒适、高性价比、温馨而安全的办公环境。为便于对大厦内的各种机电设备进行运行管理和节能控制，需由楼宇自控系统（BAS）系统对建筑内各种设备统一管理和监控。

主要控制内容有：1）暖通空调（冷却水泵、冷却塔、直燃式冷温水机组、循环水泵系统和新风系统）监控；2）给排水系统监控；3）低压供电系统监控；4）照明系统监控；5）送、排风系统监控；6）电梯监测；7）电能、热能量计量；具体控制方案如下图：

在上图中，本BAS系统的核心控制设备用RockwellAutomation的Alen-BradleyControlLogix控制平台，通过背板总线强大的网关功能完成信息层、控制层和设备层三个开放式的通信平台之间的自由转换，可满足顺序控制、过程控制、驱动控制以及运动控制的要求，在本项目中控制器采用L72模块，它具有高速的运算能力，很大的程序存储区域，可寻址超过128000个离散点或4000个模拟量点，可以满足对大厦楼宇控制的要求，每个控制器可以执行多个控制任务，减少了系统对控制器的数量要求，从而节省了用户的投资。系统具有很强的扩展性能，可以很容易地与多种类型的I/O接口，并兼容DH+、DHRI/O、DH485/串口等传统通信网络，使控制器与外部系统的数据交换可实现无缝连接。整个系统分为三层：现场设备层、控制层、信息命令层

2.1现场设备层

由ROCKWELL公司开发的DEVICENET现场总线与13个远程I/O节点组成，DEVICENET是CAN（ControlAreaNetwork）开放式的设备网络，它高度实现了分布控制的解决方案，基于生产者/用户方式，其特点是：堤岸 互用性多主的单一设备是可交换的，提供机动和选择。

●公共网络开放的网络提供了公共的解决方案以满足各种各样的设备网络。●节省的配线网络设备安装比传统的I/O配线节省，一根配线同时支持通信和24V电源。●低维护费用撤除或重新安装设备不需要中断其他设备的使用。它是可方便连接现场设备的网络，它的拓扑结构是比较自由的，通常是主干线及分支线组成，其拓扑结构如图所示：

主干线是整个网络的骨干，支撑所有的支线和电源。一个网络只能有一条主干线，不同结构的支线都挂在它的上面，其最大长度由电缆的类型和网络的速度决定。主干线两端必须连接终端电阻，节点可直接连接在主干线上，称为零分支，24V的直流电源挂接在主干线上，为网络所有的取用网络电流的设备供电，而无需另外铺设电源线，因此DeviceNet网络是信号网和电源网复合在一起的网络，它的电缆共有5根引线，标识为蓝色和白色的是CAN双绞信号线；标识为灰色的是信号的屏蔽线；标识为红色和黑色的是电源线。在本项目中从大厦的第28层向下至第6层，每两层楼用一个远程I/O节点，现场的数字量输入（DI）、数字量输出（DO）、模拟量输入（AI）、模拟量输出（AO）等控制点接在相应的远程I/O模块上，由远程I/O模块接收输入信号，通过DEVICENET总线将现场来的信号送至CONTROLLOGIX控制器，由控制器运算后将结果送至上位监控计算机显示或通过DEVICENET总线返回到远程节点，控制现场设备完成相应的动作。在DEVICENET网络上的节点每一个都拥有惟一站号（063）和相同的网络速率，0号一定分配给扫描器也就是1756-DNB模块，63号留给新加入的设备，其余站号可自由分配，在本项目中站号由硬件设置方法完成，通过I/O适配器模块上的组合拨轮进行设置。

2.2控制层

控制层的设備主要是CONTROLLOGIX控制平台，它由电源、机架、CPULOGIX5561、DEVICENET网络通讯模块1756-DNB组成，它是整个BAS系统的核心设备，负责运算、处理来自现场的数据，将它们送至上位机显示或者自动控制现场设备的运行。

2.2.1ControlLogix控制器（CPU）

ControlLogix处理器模块的正面如图所示。

工作方式选择钥匙开关有三个位置：RUN，REM，PROG，开关不同位置所对应的工作方式见表1。

面板上还有若干LED指示灯，指示灯有亮灭和颜色的变化表示不同状态信息。在ControlLogix处理器模块内包含了一个USB端口，利用该端口可以进行对处理器模块初始参数设置、处理器固件（FirmWare）升级、项目（程序）的上传下载等一般性的通讯任务。

2.2.2DEVICENET网络通讯模块1756-DNB

DeviceNet扫描器，作为DeviceNet主站，管理DeviceNet网络通信，并作为DeviceNet网络与控制器的接口，其主要功能是：保存设备配置参数，从设备中读取输入数据；向设备写输出数据；监控设备的运行情况；与控制器交换设备的I/O信息、状态信息等数据。

2.3信息命令层

它是一台高性能高可靠性的商用计算机与BAS系统控制软件组成的上位机，采用实时图形监控操作软件，是BAS系统的人-机界面，既可通过显示或打印各种信息来观察当前或以前的系统及其所监控各种机电设备的运行状况及数据，又可通过键盘或鼠标的操作来改变各种机电设备的运行，从而达到特定的监控要求。RSWORXFORDEVICENET网络组态软件、STUDIO5000编程软件、FACTORYTALKVIEWSE人机接口组态软件运行于其上。物业操作员通过计算机来监控大厦各种设备的运行参数，并进行相应的操作控制，它提供了各种参数的实时趋势和历史趋势，便于查看和分析设备运行情况，并提供自动报表打印功能，可根据操作员的需要进行报表输出。

在本项目中使用的ControlLogix软件系统包括集成软件开发平台Studio5000、通讯服务软件包RSLinxClassic、网络组态软件RSNetWorx。Studio5000软件是符合IEC61131-3标准的软件包，是一个包含编程、诊断、在线监控等功能的集成系统开发平台。系统的主要功能是为控制工程师和系统编程人员提供一个可以把他们的程序概念转变成一系列的程序图和定义用于快速地创建可执行程序。RSLinxClassic提供了一个贯穿整个网络的友好的用户图形界面，支持和许多不同网络上的多种设备同时进行通讯。RSNetWorx网络组态软件是用于进行组态和规划的工具，允许用户为网络创建一个图形化界面，并配置相应的参数以定义网络。又根据三层网络构架分别有三个软件：RSNetWorxforDeviceNet（用于设备网组态）、RSNetWorxforControlNet（用于控制网组态）、RSNetWorxforEtherNet/IP（用于以太网组态），其基本操作步骤如下：

1）、运行STUDIO5000编程软件，选定机架类型和目标控制器类型及所在槽号，并进行模块组态。

2）、通过RSLINX通讯软件建立计算机与控制器的连接。

3）、用RSNETWORKXFORDEVICENET软件组态Devicenet网络，进入在线连接，通过自动搜索找出DEVICENET网络上的设备，并进行网络参数的组态，将组态信息上载到DNB模块。

4）、建立数据库文件，及数据库标签

5）、用STUDIO5000编程软件编制控制程序，并下载到控制器，Local：0：I：StatusRegister.Run是指本地机架0号插槽上模块的状态寄存器运行位，Local：0：I：CommandRegister.Run是指本地机架0号插槽上模块的命令寄存器运行位，F8GGZM1YXMN是定义的一个数据标签，指F8楼公共照明1运行命令，F8GGZM1ZDZT是F8楼自动状态返回输入点，F8GGZM1TZMN公共照明1停止命令，F8GGZM1QTKZ公共照明1启停控制输出，通过以上程序实现照明的自动启停控制。

6）、用FactoryTalkViewSE软件进行编程实现监控系统所需的人机界面，该软件提供的绘图工具可生成各种图形对象或文本，还可直接使用其他绘图软件如AUTOCAD、COREDRAW等生成的对象，其提供十分友好的图形化用户界面，动画控制功能，画面丰富多采，可激活图形对象以使它反映出过程变化，为设备正常运行、操作人员集中监控提供了极大的方便。

3结束语

该系统自投用以来一直运行稳定，未出现网络故障，由于采用的DEVICENET是一个灵活、开放、全球化的工业标准通信网络，它只需一根通信电缆就能够将控制器与现场等智能化设备相连接，具有强有力的故障诊断和故障查询能力，可以带电操作，允许系统不停机的情形下更换故障设备且不会对其他设备造成影响，这种由现场总线组成的网络集成式全分布控制系统实现了彻底的分散控制，特别适合于楼宇自控系统，它可以把来自不同厂商而遵守同一协议规范的自动化设备通过现场总线网络联成系统，与传统的DCS控制系统相比节省了硬件数量与投资，提高了数据传送精度，是未来工业控制系统的发展方向。

参考文献：

[1]李凤阁，佟为明电气控制与可编程序控制器应用技术北京：机械工业出版社，2007.8

[2]邓李，ControlLogix系统实用手册北京：机械工业出版社，2008.1