集中控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

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1、集中控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 集中控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)方案 1.1優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：在中央控制室增加4臺計(jì)算機(jī)，其中2臺采用WinCC監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)對二區(qū)所有控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，兩臺互為備用。為保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，第三臺計(jì)算機(jī)采用Facview監(jiān)控軟件，整合所有MACS3系統(tǒng)數(shù)據(jù)，第四臺計(jì)算機(jī)采用AdvanTrol_Pro監(jiān)控軟件，整合所有浙大中控系統(tǒng)數(shù)據(jù)。整個數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)采用星型

2、結(jié)構(gòu)，中央控制室增加網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜1臺，并改造利用原有網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜。數(shù)據(jù)發(fā)布與管理網(wǎng)銜接：為最大限度保證中央集中控制系統(tǒng)與管理網(wǎng)銜接的安全性，本設(shè)計(jì)從硬件、軟件兩個方面入手。硬件方面：首先增加一臺數(shù)據(jù)鏡像web服務(wù)器和一臺數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，將中央集中控制系統(tǒng)WinCC數(shù)據(jù)服務(wù)器中數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，在數(shù)據(jù)鏡像WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)采集服務(wù)器之間設(shè)置物理隔離裝置，然后在數(shù)據(jù)鏡像WEB服務(wù)器上進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布到管理網(wǎng)。軟件方面：在數(shù)據(jù)服務(wù)器上安裝單獨(dú)開發(fā)的OPC通信軟件實(shí)現(xiàn)WinCC數(shù)據(jù)服務(wù)器和鏡像服務(wù)器之間的通信，同時在數(shù)據(jù)采集服務(wù)器和數(shù)據(jù)鏡像WEB服務(wù)器上安裝UNIX操作系統(tǒng)，使其區(qū)別于Win

3、CC數(shù)據(jù)服務(wù)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(yīng)用情況見表1。 1.2系統(tǒng)特點(diǎn)電源安全管理：采用30kVAUPS提供中央控制室設(shè)備供電，包括網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜設(shè)備供電、視頻網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電、視頻監(jiān)控LED電子屏供電、中控室計(jì)算機(jī)供電等。網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一：原控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立，互相之間不能進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，就需要對原來的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整改規(guī)劃，建立一個統(tǒng)一的互相之間能進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的大型網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)交換機(jī)及光纖通訊，網(wǎng)絡(luò)通訊快速穩(wěn)定，數(shù)據(jù)流暢。數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一：采用SQL大型數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)存儲量大，歷史數(shù)據(jù)查詢方便。監(jiān)控軟件統(tǒng)一：實(shí)現(xiàn)所有生產(chǎn)控制系統(tǒng)的整合，方便后期控制

4、系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新，方便維護(hù)人員維護(hù)。中央集中控制：可以及時查詢生產(chǎn)信息，方便生產(chǎn)調(diào)度及時協(xié)調(diào)各個生產(chǎn)工序的生產(chǎn)產(chǎn)量和生產(chǎn)運(yùn)行情況。 2網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議及配置 監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化是監(jiān)控系統(tǒng)今后發(fā)展的主要方向，通過以太網(wǎng)對分散在不同地點(diǎn)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等功能。該網(wǎng)絡(luò)是開放式多主站SIMATIC通信系統(tǒng)管理單元級網(wǎng)絡(luò)，主要用于大量數(shù)據(jù)的高速傳送以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間經(jīng)由網(wǎng)關(guān)的便利通信。SIMATICNET是西門子公司一款基于OPC技術(shù)的自動化控制方案實(shí)現(xiàn)軟件，支持多種通信協(xié)議，廣泛應(yīng)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(shù)的通信通過該軟件進(jìn)行配置實(shí)現(xiàn)，其中現(xiàn)場操作員站配置成OPC服務(wù)器，通過OPC標(biāo)準(zhǔn)接口和中控室操作員站實(shí)現(xiàn)通信。另外中控室操作員站可以直接通過以太網(wǎng)訪問現(xiàn)場PLC系統(tǒng)工作站，從而實(shí)現(xiàn)客戶端與S7-300／400系列PLC間的通信。 2.1網(wǎng)絡(luò)通信及硬件配置集中控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊最大的特點(diǎn)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(wǎng)絡(luò)通訊限制，本集中控制系統(tǒng)分為三套獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)，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(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通訊，通訊協(xié)議為TCP/IP。原來各生產(chǎn)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(wǎng)段，IP地址重新調(diào)整統(tǒng)一編排，保證IP地址不沖突數(shù)據(jù)傳輸通訊順暢。整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)配置如圖1所示。 2.2OPC通信DCOM配置OPC技術(shù)依賴于微軟的COM和DCOM在自動化的硬件和軟件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，可能與DCOM配置問題有關(guān)。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(shè)置；（4）配置Server特殊的DCOM設(shè)置；（5）恢復(fù)Windows安全。OPC客戶端連接OPC服務(wù)器有兩種方式：本地連接和遠(yuǎn)程連接。連接本地(即本機(jī))OPC服務(wù)器時，不需要對OPC服務(wù)器進(jìn)行任何配置。連接遠(yuǎn)程(即非本機(jī))OPC服務(wù)器時，需要對OPC服務(wù)器進(jìn)行一系列的配置。當(dāng)OPC服務(wù)器設(shè)置好DCOM后，OPC客戶端這臺機(jī)器不設(shè)置DCOM組件可以直接連接OPC服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)。 3中央集中控制系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)現(xiàn) 監(jiān)控組態(tài)軟件不僅有監(jiān)控和數(shù)據(jù)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(yùn)行于個人計(jì)算機(jī)環(huán)境，可以與多種自動化設(shè)備及控制軟件集成，具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目、可視窗口和菜單選項(xiàng)，使用方式靈活，功能齊全。用戶在其友好的界面下進(jìn)行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)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(shí)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(shè)計(jì)周期，而且提高了工作效率。WinCC的另一個特點(diǎn)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(jī)界面，滿足實(shí)際需要。用戶也可將WinCC作為系統(tǒng)擴(kuò)展的基礎(chǔ)，通過開放式接口，開發(fā)其自身需要的應(yīng)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(xiàng)目所使用的變量和通訊驅(qū)動程序進(jìn)行管理。WinCC與自動化控制系統(tǒng)問的通訊依靠通訊驅(qū)動程序來實(shí)現(xiàn)；自動化控制系統(tǒng)與winCC工程間的數(shù)據(jù)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(nèi)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(qū)動程序和通道單元，并屬于一個通道連接。相關(guān)的變量將在該通訊驅(qū)動程序的目錄結(jié)構(gòu)中創(chuàng)建。外部變量的最大數(shù)目由授權(quán)限制。（2）內(nèi)部變量：過程沒有為其提供變量值的變量，稱為內(nèi)部變量。內(nèi)部變

10、量沒有對應(yīng)的過程驅(qū)動程序和通道單元，不需要建立相應(yīng)的通道連接。內(nèi)部變量在“內(nèi)部變量”目錄中創(chuàng)建。所組態(tài)的內(nèi)部變量的數(shù)目不受限制。（3）系統(tǒng)變量：WinCC提供了一些預(yù)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(yùn)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(fù)雜的過程畫面?？梢酝ㄟ^動作編程將動態(tài)添加到單個圖形對象上。系統(tǒng)上位機(jī)畫面

11、上主要有工藝主流程、實(shí)時趨勢、實(shí)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(shù)據(jù)采集大都是通過變量的直接連接來完成的，數(shù)據(jù)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(shí)現(xiàn)。 3.3報警記錄組態(tài)在WinCC中，報警記錄編輯器負(fù)責(zé)消息的采集和歸檔，包括過程、預(yù)加工、表達(dá)式、確認(rèn)及歸檔等消息的采集功能，消息系統(tǒng)給操作員提供了關(guān)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(yīng)觸發(fā)消息進(jìn)行定義，這個事件可以是設(shè)置自動化系統(tǒng)中的某個特定位，也可以是過程值超出預(yù)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(chǎn)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(jī)或縮短停機(jī)。報警記錄分為兩個組件：組態(tài)系統(tǒng)和運(yùn)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(nèi)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(jìn)行組態(tài)，以便將其以期望的形式顯示在運(yùn)行系統(tǒng)中。運(yùn)行系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)過程值的監(jiān)控、控制報警輸出、管理報警確認(rèn)。實(shí)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(yùn)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(chǎn)生的警示信息，如果警示信息產(chǎn)生，可

13、以切換到報警菜單欄及時查看設(shè)備報警信息，首先對報警設(shè)備進(jìn)行檢查，檢查后對報警信息進(jìn)行確認(rèn)，可以對報警設(shè)備及時進(jìn)行處理，防止延誤生產(chǎn)或者生產(chǎn)事故的發(fā)生。 3.4歷史數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。以這種方法獲得的過程數(shù)據(jù)可用于獲取與設(shè)備的操作狀態(tài)有關(guān)的管理和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在運(yùn)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(shù)據(jù)庫中。在運(yùn)行系統(tǒng)中可以以表格或趨勢的形式輸出當(dāng)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(fù)責(zé)運(yùn)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(yùn)行數(shù)據(jù)庫，然后寫到歸檔數(shù)據(jù)庫中。變量記錄是用來從運(yùn)行過程中采集數(shù)

14、據(jù)并準(zhǔn)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?dú)w檔的過程值。變量記錄歸檔作用：變量記錄運(yùn)行后可以查詢實(shí)時數(shù)據(jù)信息和歷史數(shù)據(jù)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(nèi)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(nèi)某個時間段的歷史數(shù)據(jù)信息。 4生產(chǎn)調(diào)度管理網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與發(fā)布 4.1數(shù)據(jù)采集服務(wù)器本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)將氧化鋁廠二區(qū)生產(chǎn)控制網(wǎng)與辦公局域網(wǎng)的連接，使授權(quán)人員能夠登陸服務(wù)器，實(shí)時瀏覽生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行生產(chǎn)管理。在生產(chǎn)控制網(wǎng)配置數(shù)據(jù)導(dǎo)入服務(wù)器，負(fù)責(zé)接入采集的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，通

15、過物理隔離裝置與另一側(cè)的鏡像服務(wù)器通信；在局域網(wǎng)側(cè)的WEB鏡像服務(wù)器能保持與數(shù)據(jù)服務(wù)器的一致，并能作為WEB服務(wù)器對局域網(wǎng)用戶發(fā)布；兩服務(wù)器中間加設(shè)物理隔離裝置，保證每時每刻的數(shù)據(jù)訪問是單向的，從物理鏈路上隔斷非法訪問。在生產(chǎn)控制網(wǎng)（WinCC）和辦公局域網(wǎng)之間加設(shè)專用隔離裝置，供經(jīng)授權(quán)的局域網(wǎng)用戶實(shí)時瀏覽生產(chǎn)數(shù)據(jù)。物理隔離網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)的物理隔離，同時又能進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。控制網(wǎng)和管理網(wǎng)數(shù)據(jù)如圖2所示。在內(nèi)網(wǎng)（生產(chǎn)控制網(wǎng)）配置的數(shù)據(jù)服務(wù)器負(fù)責(zé)接入WinCC采集的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并兼作Web服務(wù)器，通過物理隔離裝置與另一側(cè)的鏡像服務(wù)器通信；在辦公局域網(wǎng)側(cè)的鏡像服務(wù)器收到并轉(zhuǎn)發(fā)由局域網(wǎng)用戶發(fā)來的數(shù)

16、據(jù)訪問請求給內(nèi)側(cè)的數(shù)據(jù)服務(wù)器，并把返回的訪問結(jié)果送給局域網(wǎng)用戶；兩服務(wù)器中間加設(shè)物理隔離裝置，保證每時每刻的數(shù)據(jù)訪問是單向的，辦公局域網(wǎng)側(cè)對生產(chǎn)控制網(wǎng)側(cè)是只能返回8個字節(jié)的數(shù)據(jù)，從物理鏈路上隔斷非法訪問；為保證鏡像服務(wù)器的安全，與辦公局域網(wǎng)網(wǎng)之間加配防火墻，做訪問審計(jì)。 4.2數(shù)據(jù)鏡像WEB服務(wù)器WEB服務(wù)是InduviewSCADA系統(tǒng)將實(shí)時監(jiān)視和數(shù)據(jù)查詢功能延拓至系統(tǒng)之外的有效方式。WEB服務(wù)基于因特網(wǎng)的B/S瀏覽技術(shù)。依賴此技術(shù)建立的網(wǎng)頁畫面，可供各種連網(wǎng)計(jì)算機(jī)友好方便地訪問，對客戶端沒有任何特殊要求。瀏覽器實(shí)現(xiàn)功能如下：（1）顯示實(shí)時刷新的生產(chǎn)工藝圖，圖形的風(fēng)格與操作員工作站完全一致

17、，用戶瀏覽圖形的權(quán)限可以定制。（2）熱點(diǎn)調(diào)圖功能：通過鼠標(biāo)點(diǎn)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(guān)心的層、面上的圖形，使目標(biāo)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(shí)時刷新的棒圖、曲線圖，支持對歷史曲線查詢。（7）歷史事項(xiàng)查詢功能：可以查詢指定時間段內(nèi)事項(xiàng)。（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(shí)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(wù)器的連接，以減少服務(wù)器性能的無謂的損耗。 5結(jié)語 中央集中

18、控制系統(tǒng)經(jīng)過4年多的運(yùn)行，保證了系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，生產(chǎn)安全可靠，調(diào)度管理協(xié)調(diào)方便，系統(tǒng)可擴(kuò)展性等特點(diǎn)。該系統(tǒng)已經(jīng)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(shí)現(xiàn)及時采集各種控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并與管理網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫連接，溝通了管理網(wǎng)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(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，最終提高企業(yè)的整體運(yùn)營效率，獲取最大經(jīng)濟(jì)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(chǎn)率，系統(tǒng)的自動化程度及運(yùn)行的可靠性和實(shí)時性，有效地解決生產(chǎn)中的很多問題，如減少生產(chǎn)過程中的突發(fā)故障，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間和搶修時間，減少工人的勞動強(qiáng)度等，為氧化鋁廠創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，達(dá)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(shè)計(jì)院 上一個文章： 沒有了下一個文章： 乙烯裂解爐先進(jìn)控制系統(tǒng)的開發(fā)