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曾蓉 （1968 -）

女，漢族，四川重慶人，碩士，副教授，研究領域為計算機應用技術。
基金項目：2008年重慶市電力公司科技項目（項目編號：2008渝電科技46#-16-6）




摘要：研究設計了和利時HOLLIAS-MACSV DCS與西門子SIEMENS PLC S7-300 基于OPC的網(wǎng)絡通信方案，詳述了DCS的組態(tài)設計，該方案應用于火電廠蒸汽吹灰控制系統(tǒng)中，將DCS與PLC構成一個可以交換信息的整體，實現(xiàn)了由DCS集控運行人員監(jiān)控吹灰控制系統(tǒng)的運行，減少監(jiān)控點，節(jié)約了電廠的運行成本。

關鍵詞：OPC；DCS；PLC；網(wǎng)絡控制

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），它綜合了計算機技術、網(wǎng)絡通信技術、軟件技術、輸入輸出接口技術等前沿技術，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，在我國大型火電機組中得到廣泛應用，并成為主流。新建機組的熱工過程控制均采用分散控制系統(tǒng)，許多小機組也在進行DCS改造，這不但減輕了運行人員的勞動強度，而且改善了勞動條件，確保了機組安全、經濟、高效的運行。

    火電廠中，一些輔助工藝如鍋爐蒸汽吹灰系統(tǒng)的運行，與機組的安全經濟運行有著密切的聯(lián)系，一般采用可編程控制器（PLC）來進行控制。而DCS與PLC一般是不同的生產廠商提供的，設備具有不同的通信機制，由于不同軟件中的通訊模塊訪問接口不盡相同，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)沒有實現(xiàn)整體管理，會使這些輔助工藝過程的控制成為“信息孤島”。可采用OPC方式將這些系統(tǒng)的當前狀態(tài)引入到DCS系統(tǒng)中，過程數(shù)據(jù)納入DCS進行統(tǒng)一監(jiān)視和管理，由集控運行人員集中監(jiān)控，可減少監(jiān)控點，節(jié)約了電廠的運行成本。

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

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

    OPC（OLE for Process Control，用于過程控制的對象鏈接與嵌入），是以微軟公司的OLE/COM 和DCOM 機制作為應用程序的通信標準，采用客戶——服務器結構。OPC客戶程序通過接口與OPC服務器通信，間接地對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行存取。

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

    硬件廠商為其設備開發(fā)一個通用的符合OPC規(guī)范的數(shù)據(jù)接口（即OPC Server），供其它系統(tǒng)讀寫信息，應用軟件也通過OPC規(guī)范來讀寫硬件設備的信息（作為OPC Client）。用OPC技術可以實現(xiàn)全廠綜合自動化，實現(xiàn)DCS、PLC、FCS等的無縫連接。

    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。該技術完全支持分布式應用和異構環(huán)境下應用程序之間軟件的無縫集成和互操作性，它使設備層、自動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)自動化應用的統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸平臺，使異構系統(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)集成方案結構圖

    DCS、PLC都具有OPC接口能力，采用OPC技術實現(xiàn)DCS與PLC系統(tǒng)集成的結構如圖1所示。該方案具有以下主要特點：

    （1）都能將DCS數(shù)據(jù)庫和PLC系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫在DCS中可以整合為一個數(shù)據(jù)庫，完全實現(xiàn)在DCS上對輔助系統(tǒng)的監(jiān)控。

    （2）DCS和SIEMENS PLC系統(tǒng)上位機軟件組態(tài)王均基于OPC標準開發(fā)，且DCS的操作員站和PLC系統(tǒng)上位機均支持以太網(wǎng)通訊，因此易于實現(xiàn)。

    （3）OPC方案實際應用中可采用快速光纖以太網(wǎng)可保證網(wǎng)絡的暢通和整個系統(tǒng)的性能，且網(wǎng)絡拓撲結構簡單，需要額外增加的設備較少。

    （4）當PLC系統(tǒng)發(fā)生雙機熱備切換時，DCS和PLC系統(tǒng)的通訊仍然能夠正常進行，無需專門設計切換電路。

3  基于OPC的DCS與PLC集成控制系統(tǒng)軟件設計

3.1 S7-300組態(tài)

    在燃煤鍋爐運行中，受熱面的積灰和結渣是不可避免的，嚴重積灰和結渣對于鍋爐的正常運行非常不利。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е赂鱾€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。

    吹灰器運行后，鍋爐排煙溫度達到最低，鍋爐效率得到最大值；隨著時間推進，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。可見吹灰在鍋爐運行中非常重要。積灰和結渣不僅使得受熱面的吸熱能力降低，而且會引起受熱面表面溫度過高，導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引發(fā)鍋爐安全問題。

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

    蒸汽經過蒸汽門MSV進入吹灰蒸汽母管，疏水門OV通向疏水膨脹箱，用來將溫度低的蒸汽排出，以免飽和蒸汽進入吹灰器損壞受熱面。在開始吹灰前，應該先開啟疏水門和蒸汽門，進行暖管，待吹灰母管蒸汽溫度達到規(guī)定值后，再關閉疏水門，并開始進行吹灰。吹灰器投入后，啟動電動機，通過減速器驅動過熱吹灰器吹灰管邊旋轉邊前進，同時開啟蒸汽門。當吹灰器達到最大行程后，電動機反轉，吹灰器退回到原始位置，關閉蒸汽門。

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

3.2  WINDOWS XP操作系統(tǒng)的OPC通信的設置

    和利時DCS進行OPC通信方式之前進行如下設置：

    （1）“我的電腦”→“控制面板”→“管理工具”→“本地安全策略”→“安全選項”→“網(wǎng)絡訪問本地帳戶的共享和安全模式” →右鍵“屬性”→“經典”。

    （2）WINDOWS系統(tǒng)進行如下設置：

    “開始”→“運行”→“DCOMCNFG” →“組件服務”→“計算機”→“我的電腦”→工具欄“配置我的電腦” 按鈕→“COM安全”卡→“編輯限制”和“編輯默認值”選項全部點開，各增加一個組和名稱“Everyone”，Everyone的權限中“允許”全“√”。

“開始”→“運行”→“DCOMCNFG” →“組件服務”→“計算機”→“我的電腦”→“DCOM配置”中選中“Kingview.view.1”→單擊右鍵選“屬性”→“標識”選項卡→“交互式用戶”，確定。

    （3）關閉所有防火墻。

    （4）DCS與PLC上位機WINDON操作系統(tǒng)設置為同一“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“設備”增加“OPC服務器”XT88\\hollysys.MacsOPCSvr.1，并設置。

    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客戶端只能對組態(tài)王服務器的內部變量通信，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為內部變量；在組態(tài)王“文件”→“命令語言”→“應用程序命令語言”中編如下程序：

    Q40=PLC2Q40；

    ……

    這樣所有PLC的輸入輸出可通過OPC方式與DCS交換信息。

3.4  DCS的OPC配置及編程

    （1）“OPC服務器”的安裝

    安裝OPC服務器目錄任意，不一定與和利時軟件同目錄。安裝\SP2\OPClient\Patch→安裝補丁。

    （2）控制算法組態(tài)

    啟動控制算法組態(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。啟動數(shù)據(jù)總控，全部聯(lián)編。然后下裝操作員站，下裝服務器。

    （3）OPC客戶端設置

    安裝HOLLYSYS MACSV OPC客戶端程序OPCClient，然后進行配置與調試。在組態(tài)王處于運行時，輸入組態(tài)王上位機的名稱或地址，刷新，找到組態(tài)王的OPC服務器“Kingview.view.1”確定。進入HollySys Clinet進行配置與調試，增加標簽，將PLC中需要上傳的內部變量加入。修改“點名及項名”，應該定義為與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)

    運行“操作員在線”，蒸汽吹灰系統(tǒng)的實時監(jiān)控畫面如圖3所示，圖中紅色狀態(tài)表示正在運行的吹灰器，由S7-300控制，運行狀態(tài)就顯示出來，集控運行人員可掌握相關信息，進行協(xié)調運行。

                    圖3   基于OPC的DCS與PLC通信的吹灰系統(tǒng)實時監(jiān)控畫面

4  總 結

    電力工業(yè)正著眼于走出一條科技含量高、經濟效益好、資源消耗低、環(huán)境污染小的新型工業(yè)化道路。為適應這一發(fā)展形勢的需要，機組容量的不斷增大，自動化水平不斷提高，所采用的控制系統(tǒng)和設備也越來越多。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。因此，在實際生產現(xiàn)場形成了異構網(wǎng)絡構成的監(jiān)控平臺，不同的監(jiān)控平臺，對各種不同的生產現(xiàn)場或同一生產現(xiàn)場的不同部分進行實時監(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。

    利用計算機和網(wǎng)絡技術將各輔助系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一監(jiān)視和管理，并可通過網(wǎng)絡統(tǒng)一的接口將輔助系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù)送至DCS集控室，實現(xiàn)對輔助系統(tǒng)的監(jiān)控和仍至無人值守，減少監(jiān)控點，節(jié)約了電廠的運行成本。考慮到系統(tǒng)整體的安全性、穩(wěn)定性、擴展性和經濟性， 采用了OPC方式實現(xiàn)了和利時DCS HOLLIAS-MACSV與西門子PLC S7-300通信的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，使集控運行人員可監(jiān)控與主機運行密切相關的輔助系統(tǒng)的運行情況，協(xié)調操作，以達到優(yōu)化運行、節(jié)能增效的良好效果。根據(jù)試驗測試和實際運行，采用OPC技術，實現(xiàn)電廠輔機無縫集成控制，對DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定運行幾乎沒有影響，系統(tǒng)安全性和可靠性大大增強，大大提高了電廠自動化水平，既節(jié)約了項目成本，也為電廠減人增效創(chuàng)造了條件，使電廠更加適應廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)的要求。

參考文獻

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