曾蓉 （1968 -）

女，漢族，四川重慶人，碩士，副教授，研究領(lǐng)域?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。
基金項(xiàng)目：2008年重慶市電力公司科技項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2008渝電科技46#-16-6）




摘要：研究設(shè)計(jì)了和利時(shí)HOLLIAS-MACSV DCS與西門子SIEMENS PLC S7-300 基于OPC的網(wǎng)絡(luò)通信方案，詳述了DCS的組態(tài)設(shè)計(jì)，該方案應(yīng)用于火電廠蒸汽吹灰控制系統(tǒng)中，將DCS與PLC構(gòu)成一個(gè)可以交換信息的整體，實(shí)現(xiàn)了由DCS集控運(yùn)行人員監(jiān)控吹灰控制系統(tǒng)的運(yùn)行，減少監(jiān)控點(diǎn)，節(jié)約了電廠的運(yùn)行成本。

關(guān)鍵詞：OPC；DCS；PLC；網(wǎng)絡(luò)控制

Abstract: This paper studies and designs the communication scheme of HOLLIAS—MACSV distributed control system(DCS) and SIEMENS programmable logic controller(PLC) based on OPC . Configuration specification of DCS and applications in soot 
blow control system of power plant are also described in this paper. DCS and PLC 
are designed as a whole, which can exchange information, and achieve monitoring of 
the soot blow control system of power plant with fewer monitoring points and less 
cost, by operation of DCS.

Key words: OPC; DCS; PLC; Network Control

1  引言

    分散控制系統(tǒng)（DCS，Distribute Control System），它綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、軟件技術(shù)、輸入輸出接口技術(shù)等前沿技術(shù)，因其可靠性高、功能完善、數(shù)據(jù)共享及組態(tài)方便等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)大型火電機(jī)組中得到廣泛應(yīng)用，并成為主流。新建機(jī)組的熱工過(guò)程控制均采用分散控制系統(tǒng)，許多小機(jī)組也在進(jìn)行DCS改造，這不但減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且改善了勞動(dòng)條件，確保了機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)、高效的運(yùn)行。

    火電廠中，一些輔助工藝如鍋爐蒸汽吹灰系統(tǒng)的運(yùn)行，與機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著密切的聯(lián)系，一般采用可編程控制器（PLC）來(lái)進(jìn)行控制。而DCS與PLC一般是不同的生產(chǎn)廠商提供的，設(shè)備具有不同的通信機(jī)制，由于不同軟件中的通訊模塊訪問(wèn)接口不盡相同，因而造成了工控軟件相互之間不能通信，軟件資源不能共享，數(shù)據(jù)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)整體管理，會(huì)使這些輔助工藝過(guò)程的控制成為“信息孤島”。可采用OPC方式將這些系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)引入到DCS系統(tǒng)中，過(guò)程數(shù)據(jù)納入DCS進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)視和管理，由集控運(yùn)行人員集中監(jiān)控，可減少監(jiān)控點(diǎn)，節(jié)約了電廠的運(yùn)行成本。

    本文將建立和利時(shí)DCS HOLLIAS-MACSV與西門子PLC S7-300基于OPC通信的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。

2  基于OPC的DCS與PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)硬件方案

    OPC（OLE for Process Control，用于過(guò)程控制的對(duì)象鏈接與嵌入），是以微軟公司的OLE/COM 和DCOM 機(jī)制作為應(yīng)用程序的通信標(biāo)準(zhǔn)，采用客戶——服務(wù)器結(jié)構(gòu)。OPC客戶程序通過(guò)接口與OPC服務(wù)器通信，間接地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行存取。

    OPC作為硬件和軟件之間的一個(gè)中間接口，使不同的客戶軟件能夠訪問(wèn)任意的數(shù)據(jù)源。開(kāi)發(fā)商可以開(kāi)發(fā)一個(gè)高度優(yōu)化的、可重用的OPC服務(wù)器訪問(wèn)底層的硬件，并將數(shù)據(jù)以O(shè)PC接口方式提供任何的具有OPC接口的客戶端軟件。

    硬件廠商為其設(shè)備開(kāi)發(fā)一個(gè)通用的符合OPC規(guī)范的數(shù)據(jù)接口（即OPC Server），供其它系統(tǒng)讀寫信息，應(yīng)用軟件也通過(guò)OPC規(guī)范來(lái)讀寫硬件設(shè)備的信息（作為OPC Client）。用OPC技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)全廠綜合自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)DCS、PLC、FCS等的無(wú)縫連接。

    OPC 的出現(xiàn)建立了一套符合工業(yè)控制要求的通信接口規(guī)范，它基于 Microsoft OLE（現(xiàn)在為ActiveX）、COM（Component Object Model）和 DCOM（Distributed Component Object Model）等技術(shù)。該技術(shù)完全支持分布式應(yīng)用和異構(gòu)環(huán)境下應(yīng)用程序之間軟件的無(wú)縫集成和互操作性，它使設(shè)備層、自動(dòng)化層以及信息層之間的協(xié)同工作成為了可能，并且提供了工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，使異構(gòu)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換更為方便。

                               圖1   基于OPC的DCS與PLC系統(tǒng)集成方案結(jié)構(gòu)圖

    DCS、PLC都具有OPC接口能力，采用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)DCS與PLC系統(tǒng)集成的結(jié)構(gòu)如圖1所示。該方案具有以下主要特點(diǎn)：

    （1）都能將DCS數(shù)據(jù)庫(kù)和PLC系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)在DCS中可以整合為一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，完全實(shí)現(xiàn)在DCS上對(duì)輔助系統(tǒng)的監(jiān)控。

    （2）DCS和SIEMENS PLC系統(tǒng)上位機(jī)軟件組態(tài)王均基于OPC標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)，且DCS的操作員站和PLC系統(tǒng)上位機(jī)均支持以太網(wǎng)通訊，因此易于實(shí)現(xiàn)。

    （3）OPC方案實(shí)際應(yīng)用中可采用快速光纖以太網(wǎng)可保證網(wǎng)絡(luò)的暢通和整個(gè)系統(tǒng)的性能，且網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，需要額外增加的設(shè)備較少。

    （4）當(dāng)PLC系統(tǒng)發(fā)生雙機(jī)熱備切換時(shí)，DCS和PLC系統(tǒng)的通訊仍然能夠正常進(jìn)行，無(wú)需專門設(shè)計(jì)切換電路。

3  基于OPC的DCS與PLC集成控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 S7-300組態(tài)

    在燃煤鍋爐運(yùn)行中，受熱面的積灰和結(jié)渣是不可避免的，嚴(yán)重積灰和結(jié)渣對(duì)于鍋爐的正常運(yùn)行非常不利。灰污的熱阻很大，附著在受熱面上將降低受熱面的吸熱能力，使得傳熱效率降低。爐膛及后續(xù)受熱面?zhèn)鳠嵝式档蛯?dǎo)致各個(gè)受熱面的吸熱量減少，爐膛出口以及最終的鍋爐排煙溫度升高，鍋爐整體效率下降。一般而言，與清潔狀況相比，受到污染后鍋爐效率將降低1%～2.5%，排煙溫度升高十幾度。

    吹灰器運(yùn)行后，鍋爐排煙溫度達(dá)到最低，鍋爐效率得到最大值；隨著時(shí)間推進(jìn)，鍋爐受熱面集灰增加，鍋爐排煙溫度逐漸增加，效率逐漸減小。可見(jiàn)吹灰在鍋爐運(yùn)行中非常重要。積灰和結(jié)渣不僅使得受熱面的吸熱能力降低，而且會(huì)引起受熱面表面溫度過(guò)高，導(dǎo)致受熱面金屬超溫和高溫腐蝕，甚至出現(xiàn)管排爆漏。此外，較大的渣塊墜落還會(huì)引發(fā)鍋爐安全問(wèn)題。

    蒸汽吹灰器一般裝設(shè)在水冷壁、對(duì)流受熱面及空氣預(yù)熱器處。蒸汽吹灰方式在現(xiàn)今我國(guó)電站鍋爐和工業(yè)鍋爐上應(yīng)用最多，市場(chǎng)占有率最高。它的工作原理是：用過(guò)熱蒸汽為介質(zhì)，在0.8～0.2MPa（常用）的壓力下，通過(guò)吹灰槍的噴嘴，直接沖擊熱交換器的表面，將表面的積灰去掉，防止結(jié)渣，一般能提高鍋爐的熱效率約1％~3％。

    蒸汽經(jīng)過(guò)蒸汽門MSV進(jìn)入吹灰蒸汽母管，疏水門OV通向疏水膨脹箱，用來(lái)將溫度低的蒸汽排出，以免飽和蒸汽進(jìn)入吹灰器損壞受熱面。在開(kāi)始吹灰前，應(yīng)該先開(kāi)啟疏水門和蒸汽門，進(jìn)行暖管，待吹灰母管蒸汽溫度達(dá)到規(guī)定值后，再關(guān)閉疏水門，并開(kāi)始進(jìn)行吹灰。吹灰器投入后，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)過(guò)熱吹灰器吹灰管邊旋轉(zhuǎn)邊前進(jìn)，同時(shí)開(kāi)啟蒸汽門。當(dāng)吹灰器達(dá)到最大行程后，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，吹灰器退回到原始位置，關(guān)閉蒸汽門。

    根據(jù)吹灰系統(tǒng)工藝，進(jìn)行吹灰系統(tǒng)的硬件和軟件組態(tài)，下裝。

3.2  WINDOWS XP操作系統(tǒng)的OPC通信的設(shè)置

    和利時(shí)DCS進(jìn)行OPC通信方式之前進(jìn)行如下設(shè)置：

    （1）“我的電腦”→“控制面板”→“管理工具”→“本地安全策略”→“安全選項(xiàng)”→“網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)本地帳戶的共享和安全模式” →右鍵“屬性”→“經(jīng)典”。

    （2）WINDOWS系統(tǒng)進(jìn)行如下設(shè)置：

    “開(kāi)始”→“運(yùn)行”→“DCOMCNFG” →“組件服務(wù)”→“計(jì)算機(jī)”→“我的電腦”→工具欄“配置我的電腦” 按鈕→“COM安全”卡→“編輯限制”和“編輯默認(rèn)值”選項(xiàng)全部點(diǎn)開(kāi)，各增加一個(gè)組和名稱“Everyone”，Everyone的權(quán)限中“允許”全“√”。

“開(kāi)始”→“運(yùn)行”→“DCOMCNFG” →“組件服務(wù)”→“計(jì)算機(jī)”→“我的電腦”→“DCOM配置”中選中“Kingview.view.1”→單擊右鍵選“屬性”→“標(biāo)識(shí)”選項(xiàng)卡→“交互式用戶”，確定。

    （3）關(guān)閉所有防火墻。

    （4）DCS與PLC上位機(jī)WINDON操作系統(tǒng)設(shè)置為同一“網(wǎng)段”、同一“工作組”、用同一用戶名的相同密碼登陸。

3.3  組態(tài)王的組態(tài)

    PLC上位機(jī)操作站監(jiān)控軟件采用組態(tài)王KINGVIEW6.53。

    組態(tài)王中“工程瀏覽器”中“設(shè)備”增加“OPC服務(wù)器”XT88\\hollysys.MacsOPCSvr.1，并設(shè)置。

    在組態(tài)王“數(shù)據(jù)詞典”中另增加DCS與PLC需要交換信息的全部變量，由于DCS客戶端只能對(duì)組態(tài)王服務(wù)器的內(nèi)部變量通信，故所有的PLC的變量全部要傳送給組態(tài)王的內(nèi)部變量。如PLC輸出Q4.0在組態(tài)王數(shù)據(jù)詞典為I/O變量，變量名PLC2Q40，Q40為內(nèi)部變量；在組態(tài)王“文件”→“命令語(yǔ)言”→“應(yīng)用程序命令語(yǔ)言”中編如下程序：

    Q40=PLC2Q40；

    ……

    這樣所有PLC的輸入輸出可通過(guò)OPC方式與DCS交換信息。

3.4  DCS的OPC配置及編程

    （1）“OPC服務(wù)器”的安裝

    安裝OPC服務(wù)器目錄任意，不一定與和利時(shí)軟件同目錄。安裝\SP2\OPClient\Patch→安裝補(bǔ)丁。

    （2）控制算法組態(tài)

    啟動(dòng)控制算法組態(tài)，在系統(tǒng)中增加需要與組態(tài)王交換信息的所有變量（如Q40）為全局變量，完成后全部編譯。啟動(dòng)數(shù)據(jù)總控，全部聯(lián)編。然后下裝操作員站，下裝服務(wù)器。

    （3）OPC客戶端設(shè)置

    安裝HOLLYSYS MACSV OPC客戶端程序OPCClient，然后進(jìn)行配置與調(diào)試。在組態(tài)王處于運(yùn)行時(shí)，輸入組態(tài)王上位機(jī)的名稱或地址，刷新，找到組態(tài)王的OPC服務(wù)器“Kingview.view.1”確定。進(jìn)入HollySys Clinet進(jìn)行配置與調(diào)試，增加標(biāo)簽，將PLC中需要上傳的內(nèi)部變量加入。修改“點(diǎn)名及項(xiàng)名”，應(yīng)該定義為與MACSV控制器算法中的全局變量相同的名稱，如“PLC2Q40”等，可觀察所列數(shù)據(jù)與組態(tài)王同步變量，如圖2所示。

                                 圖2   HollySys OPC Client變量狀態(tài)

    運(yùn)行“操作員在線”，蒸汽吹灰系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面如圖3所示，圖中紅色狀態(tài)表示正在運(yùn)行的吹灰器，由S7-300控制，運(yùn)行狀態(tài)就顯示出來(lái)，集控運(yùn)行人員可掌握相關(guān)信息，進(jìn)行協(xié)調(diào)運(yùn)行。

                    圖3   基于OPC的DCS與PLC通信的吹灰系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面

4  總 結(jié)

    電力工業(yè)正著眼于走出一條科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染小的新型工業(yè)化道路。為適應(yīng)這一發(fā)展形勢(shì)的需要，機(jī)組容量的不斷增大，自動(dòng)化水平不斷提高，所采用的控制系統(tǒng)和設(shè)備也越來(lái)越多。由于制造商的不同，它們各自采用自己的通信協(xié)議，形成了基于PLC、DCS、FCS并存的各種工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。因此，在實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)形成了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的監(jiān)控平臺(tái)，不同的監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)各種不同的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)或同一生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的不同部分進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，難以互相聯(lián)系和數(shù)據(jù)共享，這就是“信息孤島”的弊端。

    利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將各輔助系統(tǒng)的過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)視和管理，并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一的接口將輔助系統(tǒng)的過(guò)程數(shù)據(jù)送至DCS集控室，實(shí)現(xiàn)對(duì)輔助系統(tǒng)的監(jiān)控和仍至無(wú)人值守，減少監(jiān)控點(diǎn)，節(jié)約了電廠的運(yùn)行成本。考慮到系統(tǒng)整體的安全性、穩(wěn)定性、擴(kuò)展性和經(jīng)濟(jì)性， 采用了OPC方式實(shí)現(xiàn)了和利時(shí)DCS HOLLIAS-MACSV與西門子PLC S7-300通信的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，使集控運(yùn)行人員可監(jiān)控與主機(jī)運(yùn)行密切相關(guān)的輔助系統(tǒng)的運(yùn)行情況，協(xié)調(diào)操作，以達(dá)到優(yōu)化運(yùn)行、節(jié)能增效的良好效果。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試和實(shí)際運(yùn)行，采用OPC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電廠輔機(jī)無(wú)縫集成控制，對(duì)DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行幾乎沒(méi)有影響，系統(tǒng)安全性和可靠性大大增強(qiáng)，大大提高了電廠自動(dòng)化水平，既節(jié)約了項(xiàng)目成本，也為電廠減人增效創(chuàng)造了條件，使電廠更加適應(yīng)廠網(wǎng)分開(kāi)、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的要求。

參考文獻(xiàn)

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