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1、集中控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計 集中控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計 2015/02/05 《自動化博覽雜志》2014年第十二期 1中央集中控制系統(tǒng)設計方案 1.1優(yōu)化設計優(yōu)化設計的主要設計內容：在中央控制室增加4臺計算機，其中2臺采用WinCC監(jiān)控軟件，實現(xiàn)對二區(qū)所有控制系統(tǒng)的數據采集，兩臺互為備用。為保證系統(tǒng)安全運行，第三臺計算機采用Facview監(jiān)控軟件，整合所有MACS3系統(tǒng)數據，第四臺計算機采用AdvanTrol_Pro監(jiān)控軟件，整合所有浙大中控系統(tǒng)數據。整個數據傳輸網絡采用星型

2、結構，中央控制室增加網絡機柜1臺，并改造利用原有網絡機柜。數據發(fā)布與管理網銜接：為最大限度保證中央集中控制系統(tǒng)與管理網銜接的安全性，本設計從硬件、軟件兩個方面入手。硬件方面：首先增加一臺數據鏡像web服務器和一臺數據采集服務器，將中央集中控制系統(tǒng)WinCC數據服務器中數據庫系統(tǒng)內的數據采集到數據采集服務器，在數據鏡像WEB服務器和數據采集服務器之間設置物理隔離裝置，然后在數據鏡像WEB服務器上進行數據發(fā)布到管理網。軟件方面：在數據服務器上安裝單獨開發(fā)的OPC通信軟件實現(xiàn)WinCC數據服務器和鏡像服務器之間的通信，同時在數據采集服務器和數據鏡像WEB服務器上安裝UNIX操作系統(tǒng)，使其區(qū)別于Win

3、CC數據服務器的WINDOWS操作系統(tǒng)，造成病毒因操作系統(tǒng)不同而失效?，F(xiàn)場控制系統(tǒng)應用情況見表1。 1.2系統(tǒng)特點電源安全管理：采用30kVAUPS提供中央控制室設備供電，包括網絡機柜設備供電、視頻網絡設備供電、視頻監(jiān)控LED電子屏供電、中控室計算機供電等。網絡統(tǒng)一：原控制系統(tǒng)網絡復雜，控制系統(tǒng)網絡獨立，互相之間不能進行數據通訊，就需要對原來的控制系統(tǒng)網絡進行整改規(guī)劃，建立一個統(tǒng)一的互相之間能進行數據通訊的大型網絡。網絡采用工業(yè)交換機及光纖通訊，網絡通訊快速穩(wěn)定，數據流暢。數據庫統(tǒng)一：采用SQL大型數據庫，數據存儲量大，歷史數據查詢方便。監(jiān)控軟件統(tǒng)一：實現(xiàn)所有生產控制系統(tǒng)的整合，方便后期控制

4、系統(tǒng)數據更新，方便維護人員維護。中央集中控制：可以及時查詢生產信息，方便生產調度及時協(xié)調各個生產工序的生產產量和生產運行情況。 2網絡通信協(xié)議及配置 監(jiān)控系統(tǒng)的網絡化是監(jiān)控系統(tǒng)今后發(fā)展的主要方向，通過以太網對分散在不同地點的運行設備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數據采集、設備控制、測量、參數調節(jié)以及各類信號報警等功能。該網絡是開放式多主站SIMATIC通信系統(tǒng)管理單元級網絡，主要用于大量數據的高速傳送以及網絡節(jié)點間經由網關的便利通信。SIMATICNET是西門子公司一款基于OPC技術的自動化控制方案實現(xiàn)軟件，支持多種通信協(xié)議，廣泛應用于各類分布式自動化系統(tǒng)中?，F(xiàn)場操作員站和中控室操作員站之間基于O

5、PC技術的通信通過該軟件進行配置實現(xiàn)，其中現(xiàn)場操作員站配置成OPC服務器，通過OPC標準接口和中控室操作員站實現(xiàn)通信。另外中控室操作員站可以直接通過以太網訪問現(xiàn)場PLC系統(tǒng)工作站，從而實現(xiàn)客戶端與S7-300／400系列PLC間的通信。 2.1網絡通信及硬件配置集中控制系統(tǒng)網絡通訊最大的特點是每一套PLC要和三至四臺操作員站通訊，而中央控制室里的操作員站要和多套PLC通訊。由于現(xiàn)場控制系統(tǒng)比較多，而且控制系統(tǒng)網絡通訊限制，本集中控制系統(tǒng)分為三套獨立網絡通訊結構，一套控制系統(tǒng)為和利時控制系統(tǒng)集中整合，第二套為浙大中控控制系統(tǒng)集中整合，第三套為所有PLC控制系統(tǒng)集中整合。集中控制系統(tǒng)整合后要求原

6、來PLC控制系統(tǒng)都要實現(xiàn)以太網通訊，通訊協(xié)議為TCP/IP。原來各生產崗位主控室操作員站不做大的更改，所有控制系統(tǒng)都通過光纖通訊到集中控制室，保證通訊快速安全。PLC控制系統(tǒng)、原崗位操作員站、集中控制室工作站的IP地址都統(tǒng)一到同一個網段，IP地址重新調整統(tǒng)一編排，保證IP地址不沖突數據傳輸通訊順暢。整體網絡結構配置如圖1所示。 2.2OPC通信DCOM配置OPC技術依賴于微軟的COM和DCOM在自動化的硬件和軟件之間進行數據交換，如果不能正常建立OPC的連接或者是不能成功地傳輸OPC數據，可能與DCOM配置問題有關。下面講述如何正確配置DCOM的步驟并保證安全。DCOM配置并建立可靠的DCO

7、M通訊包括下列步驟：（1）移除Windows安全；（2）建立相互能識別的用戶帳號；（3）配置系統(tǒng)寬泛的DCOM設置；（4）配置Server特殊的DCOM設置；（5）恢復Windows安全。OPC客戶端連接OPC服務器有兩種方式：本地連接和遠程連接。連接本地(即本機)OPC服務器時，不需要對OPC服務器進行任何配置。連接遠程(即非本機)OPC服務器時，需要對OPC服務器進行一系列的配置。當OPC服務器設置好DCOM后，OPC客戶端這臺機器不設置DCOM組件可以直接連接OPC服務器讀取數據。 3中央集中控制系統(tǒng)監(jiān)控實現(xiàn) 監(jiān)控組態(tài)軟件不僅有監(jiān)控和數據采集功能，而且有組態(tài)、開發(fā)和開放功能。西門子公

8、司的WinCC運行于個人計算機環(huán)境，可以與多種自動化設備及控制軟件集成，具有豐富的設置項目、可視窗口和菜單選項，使用方式靈活，功能齊全。用戶在其友好的界面下進行組態(tài)、編程和數據管理，可形成所需的操作畫面、監(jiān)視畫面、控制畫面、報警畫面、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線和打印報表等。它為操作者提供了圖文并茂、形象直觀的操作環(huán)境，不僅縮短了軟件設計周期，而且提高了工作效率。WinCC的另一個特點在于其整體開放性，它可以方便地與各種軟件和用戶程序組合在一起，建立友好的人機界面，滿足實際需要。用戶也可將WinCC作為系統(tǒng)擴展的基礎，通過開放式接口，開發(fā)其自身需要的應用系統(tǒng)。 3.1變量管理組態(tài)WinCC的變

9、量系統(tǒng)是變量管理器。WinCC使用變量管理器來組態(tài)變量。變量管理器對項目所使用的變量和通訊驅動程序進行管理。WinCC與自動化控制系統(tǒng)問的通訊依靠通訊驅動程序來實現(xiàn)；自動化控制系統(tǒng)與winCC工程間的數據交換通過過程變量來完成。WinCC的變量按照功能主要分為外部變量、內部變量、系統(tǒng)變量三種類型。（1）外部變量：由外部過程為其提供變量值的變量，稱為WinCC的外部變量，也稱為過程變量。每一個外部變量都屬于特定的過程驅動程序和通道單元，并屬于一個通道連接。相關的變量將在該通訊驅動程序的目錄結構中創(chuàng)建。外部變量的最大數目由授權限制。（2）內部變量：過程沒有為其提供變量值的變量，稱為內部變量。內部變

10、量沒有對應的過程驅動程序和通道單元，不需要建立相應的通道連接。內部變量在“內部變量”目錄中創(chuàng)建。所組態(tài)的內部變量的數目不受限制。（3）系統(tǒng)變量：WinCC提供了一些預定義的中間變量，稱為系統(tǒng)變量。每個系統(tǒng)變量均有明確的意義，可以提供現(xiàn)成的功能，一般用以表示運行系統(tǒng)的狀態(tài)。系統(tǒng)變量由WinCC自動創(chuàng)建，組態(tài)人員不能創(chuàng)建系統(tǒng)變量，但可使用由WinCC創(chuàng)建的系統(tǒng)變量。系統(tǒng)變量可以在整個工程的腳本和畫面中使用。 3.2圖形組態(tài)編輯圖形編輯器是一種用于創(chuàng)建過程畫面的面向矢量的作圖程序。也可以使用包含樣式庫中的眾多的圖形對象來創(chuàng)建復雜的過程畫面。可以通過動作編程將動態(tài)添加到單個圖形對象上。系統(tǒng)上位機畫面

11、上主要有工藝主流程、實時趨勢、實時報警顯示、報表打印、退出系統(tǒng)等功能畫面。為了使系統(tǒng)畫面美觀，操作簡單，畫畫反映的信息量大，在本系統(tǒng)中對PLC的數據采集大都是通過變量的直接連接來完成的，數據顯示使用了WinCC智能對象中的輸入輸出域，通過組態(tài)對話框連接變量。畫面之聞的切換大都通過VBS腳本來實現(xiàn)。 3.3報警記錄組態(tài)在WinCC中，報警記錄編輯器負責消息的采集和歸檔，包括過程、預加工、表達式、確認及歸檔等消息的采集功能，消息系統(tǒng)給操作員提供了關于操作狀態(tài)和過程故障狀態(tài)的信息。在組態(tài)期間，可對過程中應觸發(fā)消息進行定義，這個事件可以是設置自動化系統(tǒng)中的某個特定位，也可以是過程值超出預定義的限制值

12、。系統(tǒng)可用畫面和聲音的形式報告記錄消息事件，還可以用電子和書面的形式歸檔。報警可以通知操作員在生產過程中發(fā)生的故障和錯誤消息，用于及早警告臨界狀態(tài)，并避免停機或縮短停機。報警記錄分為兩個組件：組態(tài)系統(tǒng)和運行系統(tǒng)。報警記錄的組態(tài)系統(tǒng)為報警記錄編輯器。報警記錄定義顯示何種報警、報警的內容、報警的時間、日期。使用報警記錄組態(tài)系統(tǒng)可對報警消息進行組態(tài)，以便將其以期望的形式顯示在運行系統(tǒng)中。運行系統(tǒng)主要負責過程值的監(jiān)控、控制報警輸出、管理報警確認。實時報警畫面可以監(jiān)視故障的發(fā)生時間。報警記錄作用：系統(tǒng)運行后可以隨時查看報警信息，在監(jiān)控軟件的常用菜單欄中可以看到報警信息產生的警示信息，如果警示信息產生，可

13、以切換到報警菜單欄及時查看設備報警信息，首先對報警設備進行檢查，檢查后對報警信息進行確認，可以對報警設備及時進行處理，防止延誤生產或者生產事故的發(fā)生。 3.4歷史數據歸檔及查詢過程值歸檔的是采集、處理和歸檔工業(yè)現(xiàn)場的過程數據。以這種方法獲得的過程數據可用于獲取與設備的操作狀態(tài)有關的管理和技術標準。在運行系統(tǒng)中，采集并處理將被歸檔的過程值，然后將其存儲在歸檔數據庫中。在運行系統(tǒng)中可以以表格或趨勢的形式輸出當前過程值或已歸檔過程值，也可將所歸檔的過程值作為記錄打印輸出。歸檔系統(tǒng)負責運行狀態(tài)下的過程值歸檔。歸檔系統(tǒng)首先將過程值暫存于運行數據庫，然后寫到歸檔數據庫中。變量記錄是用來從運行過程中采集數

14、據并準備將它們顯示和歸檔。WinCC使用變量記錄組件來組態(tài)過程值的歸檔，可選擇組態(tài)過程值歸檔和壓縮歸檔，定義采集和歸檔周期，并選擇想要歸檔的過程值。變量記錄歸檔作用：變量記錄運行后可以查詢實時數據信息和歷史數據信息，歷史趨勢記錄一般可以選擇查看最近幾小時后者最近幾天內的信息，如果變量記錄保存周期夠長硬盤存儲量夠大，甚至還可以查詢最近幾個月內某個時間段的歷史數據信息。 4生產調度管理網數據采集與發(fā)布 4.1數據采集服務器本系統(tǒng)實現(xiàn)將氧化鋁廠二區(qū)生產控制網與辦公局域網的連接，使授權人員能夠登陸服務器，實時瀏覽生產數據，進行生產管理。在生產控制網配置數據導入服務器，負責接入采集的生產運行數據，通

15、過物理隔離裝置與另一側的鏡像服務器通信；在局域網側的WEB鏡像服務器能保持與數據服務器的一致，并能作為WEB服務器對局域網用戶發(fā)布；兩服務器中間加設物理隔離裝置，保證每時每刻的數據訪問是單向的，從物理鏈路上隔斷非法訪問。在生產控制網（WinCC）和辦公局域網之間加設專用隔離裝置，供經授權的局域網用戶實時瀏覽生產數據。物理隔離網關實現(xiàn)內網與外網的物理隔離，同時又能進行數據交換。控制網和管理網數據如圖2所示。在內網（生產控制網）配置的數據服務器負責接入WinCC采集的生產運行數據，并兼作Web服務器，通過物理隔離裝置與另一側的鏡像服務器通信；在辦公局域網側的鏡像服務器收到并轉發(fā)由局域網用戶發(fā)來的數

16、據訪問請求給內側的數據服務器，并把返回的訪問結果送給局域網用戶；兩服務器中間加設物理隔離裝置，保證每時每刻的數據訪問是單向的，辦公局域網側對生產控制網側是只能返回8個字節(jié)的數據，從物理鏈路上隔斷非法訪問；為保證鏡像服務器的安全，與辦公局域網網之間加配防火墻，做訪問審計。 4.2數據鏡像WEB服務器WEB服務是InduviewSCADA系統(tǒng)將實時監(jiān)視和數據查詢功能延拓至系統(tǒng)之外的有效方式。WEB服務基于因特網的B/S瀏覽技術。依賴此技術建立的網頁畫面，可供各種連網計算機友好方便地訪問，對客戶端沒有任何特殊要求。瀏覽器實現(xiàn)功能如下：（1）顯示實時刷新的生產工藝圖，圖形的風格與操作員工作站完全一致

17、，用戶瀏覽圖形的權限可以定制。（2）熱點調圖功能：通過鼠標點擊即可方便地在不同圖形之間靈活切換。（3）圖形的層、面切換功能：剝離用戶不關心的層、面上的圖形，使目標圖形的顯示更清楚、直觀。（4）圖形的縮放、拖動功能：方便大幅面圖形的瀏覽。（5）圖形循環(huán)自動播放功能：按照指定時間間隔循環(huán)播放用戶指定的圖形列表。（6）顯示實時刷新的棒圖、曲線圖，支持對歷史曲線查詢。（7）歷史事項查詢功能：可以查詢指定時間段內事項。（8）查詢某個時段用戶訪問的日志。（9）連接超時自動斷開功能：查看實時系統(tǒng)用戶超過指定的時間不操作，系統(tǒng)間自動斷開該用戶與服務器的連接，以減少服務器性能的無謂的損耗。 5結語 中央集中

18、控制系統(tǒng)經過4年多的運行，保證了系統(tǒng)運行穩(wěn)定，生產安全可靠，調度管理協(xié)調方便，系統(tǒng)可擴展性等特點。該系統(tǒng)已經成為中國鋁業(yè)系統(tǒng)一個樣板工程。中央集中控制系統(tǒng)，實現(xiàn)及時采集各種控制系統(tǒng)的數據，并與管理網系統(tǒng)實現(xiàn)無縫連接，溝通了管理網系統(tǒng)與過程控制系統(tǒng)之間的聯(lián)系，消除了企業(yè)中存在的信息孤島現(xiàn)象，使得企業(yè)中的信息暢通無阻，能幫助企業(yè)降低生產成本，提高產品的質量和產量，最終提高企業(yè)的整體運營效率，獲取最大經濟效益。綜上所述，建立中央集中控制系統(tǒng)，將可極大提高勞動生產率，系統(tǒng)的自動化程度及運行的可靠性和實時性，有效地解決生產中的很多問題，如減少生產過程中的突發(fā)故障，縮短生產準備時間和搶修時間，減少工人的勞動強度等，為氧化鋁廠創(chuàng)造可觀的經濟效益和社會效益，達到降本、增效的目的。 作者：邱田迎林杰單位：山東齊韻有色冶金工程設計院 上一個文章： 沒有了下一個文章： 乙烯裂解爐先進控制系統(tǒng)的開發(fā)