摘要：對(duì)大型電廠氣力輸灰系統(tǒng)的老控制系統(tǒng)S5-155U/115U進(jìn)行上位操作的改造，加裝三臺(tái)控制電腦，使用Siemens優(yōu)秀的工業(yè)監(jiān)控軟件 WinCC V6擴(kuò)展原有的傳統(tǒng)大屏幕按鈕/指示燈操作。運(yùn)用了OPC通訊技術(shù)、采用CP5431通訊卡/ CP5613A2提供Profibus接口，借助第三方OPC Server軟件訪問(wèn)OMRON的PLC產(chǎn)品。
關(guān)鍵詞：OPC、Profibus、FMS。
This paper introduces that ….Using the WinCC, Profibus, OPC technology in a project to realize the control tasks.
Key Words: OPC、Profibus、FMS
一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介
1. 本項(xiàng)目位于天津市西青區(qū)，華能天津楊柳青熱電廠。此電廠現(xiàn)擁有兩臺(tái)套200MW發(fā)電機(jī)組及兩臺(tái)煤粉鍋爐，是一家大型火力發(fā)電廠。
2. 項(xiàng)目的簡(jiǎn)要工藝：在火力發(fā)電行業(yè)中，煤經(jīng)鍋爐燃燒后加熱汽包中的水產(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)汽機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。鍋爐出口的煙中含有大量粉塵顆粒，按照環(huán)保要求必須經(jīng)過(guò)除塵后才能排入大氣中。本電廠現(xiàn)在采用高壓靜電除塵器，利用靜電吸塵然后通過(guò)震打、收集手段將灰收集到灰斗中，再經(jīng)氣力輸灰裝置輸送到灰?guī)熘校┧嘈袠I(yè)等使用。氣力輸灰屬于鍋爐輔機(jī)部分，通常使用PLC實(shí)現(xiàn)其控制功能。
3. 項(xiàng)目當(dāng)中使用的西門子自動(dòng)化產(chǎn)品：一套S5-115U、兩套S5-155U作為控制裝置，控制了兩臺(tái)爐的全部氣力輸灰裝置，包括氣動(dòng)閥門、壓力變送器、溫度傳感器等過(guò)程控制對(duì)象。新進(jìn)行的改造包括WinCC監(jiān)控軟件， PROFIBUS總線板卡CP5431、 CP5613A2， Siemens的SimaticNet2006。
二、控制系統(tǒng)構(gòu)成
1. 整個(gè)項(xiàng)目中的硬件配置、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；各組成部分選擇的依據(jù)。與S5PLC的通訊方式有許多種，基于Profibus的FDL、FMS等，或者基于Ethernet上都有成熟的通訊方案，我們選用的是基于Profibus的FMS方式。為了實(shí)現(xiàn)FMS通訊，3套AS站側(cè)選用3塊CP5431卡件分別插到S5-115U/155U的可用擴(kuò)展插槽上，建立了AS站側(cè)的Profibus接口；3臺(tái)上位機(jī)監(jiān)測(cè)電腦上各安裝了1塊CP5613A2通訊卡，從而為上位機(jī)提供了Profibus接口。使用專用的Profibus電纜及總線連接器將3套PLC與3臺(tái)上位機(jī)連接到同一個(gè)Profibus網(wǎng)絡(luò)上，建立起通訊總線的物理連接。
2. 選用Profibus網(wǎng)絡(luò)與選用Ethernet網(wǎng)絡(luò)相比較，主要優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)成本較低。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不大、通訊負(fù)荷較輕時(shí)Profibus完全能夠勝任。
三、控制系統(tǒng)完成的功能
1. 本案例中，原有控制方式是傳統(tǒng)的操作屏模式，在操作間設(shè)有一5000＊1200的按鈕操作屏，屏上刻畫(huà)出了除灰過(guò)程的設(shè)備及工藝流程圖，并安裝了大量的開(kāi)關(guān)和按鈕，當(dāng)前工藝過(guò)程狀態(tài)通過(guò)操作屏上的指示燈進(jìn)行顯示，設(shè)備、功能組的啟停全部通過(guò)開(kāi)關(guān)和按鈕控制。為了提高控制的自動(dòng)化程度，降低設(shè)備檢修強(qiáng)度，同時(shí)為了滿足控制室的搬遷要求，決定進(jìn)行操作模式的改造升級(jí)，在維持原有操作屏操作的基礎(chǔ)上，增設(shè)3臺(tái)上位機(jī)，使用WinCC實(shí)現(xiàn)一套新的控制平臺(tái)。選用WinCC是因?yàn)槠潇`活快速的畫(huà)面組態(tài)、報(bào)警組態(tài)功能，完善的歷史數(shù)據(jù)歸檔、曲線、報(bào)表功能，豐富的圖庫(kù)、腳本函數(shù)庫(kù)資源。WinCC V6版本使用了SQL Server2000數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)放的接口，廣泛的使用面更為WinCC增添了新的亮點(diǎn)。WinCC對(duì)OPC技術(shù)的支持與應(yīng)用，使用戶獲得了自由擴(kuò)展的接口，WinCC即可以作為標(biāo)準(zhǔn)的OPC Client使用，同時(shí)又是標(biāo)準(zhǔn)的OPC DA/HDA/A&E Server。作為標(biāo)準(zhǔn)的OPC Client，我們可以用WinCC通過(guò)添加OPC Suite來(lái)訪問(wèn)所有支持OPC DA接口的OPC Servers，即可以是象 SimaticNet這樣的Siemens自己的產(chǎn)品，也可以是第三方廠家產(chǎn)品。而作為標(biāo)準(zhǔn)的OPC DA/HDA/A&E Server，我們可以開(kāi)發(fā)自己的OPC Client應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)WinCC過(guò)程數(shù)據(jù)/歷史數(shù)據(jù)/報(bào)警事件數(shù)據(jù)的訪問(wèn)，現(xiàn)在較為流行的工廠SIS/MIS系統(tǒng)軟件多數(shù)支持OPC訪問(wèn)接口，WinCC完全支持他們的訪問(wèn)。SimaticNet也是一套標(biāo)準(zhǔn)的OPC Server產(chǎn)品，同時(shí)它又提供了對(duì)Siemens各網(wǎng)絡(luò)類型板卡的支持，項(xiàng)目中就是借助CP5613A2板卡 通過(guò)SimaticNet中的OPC Server實(shí)現(xiàn)與S5系列AS站之間的FMS連接，上位機(jī)中FMS連接的建立是在安裝了SimaticNet后生成的PC Station中實(shí)現(xiàn)的，借助SimaitcNet的PC Station組態(tài)工具，將建立好的FMS連接下裝到PC Station中，要注意的是所建的連接一定要與AS站上的CP5431的設(shè)置參數(shù)相一致，CP5431的設(shè)置工作是在專用軟件COM5431中完成的。AS站加裝CP5431板卡，對(duì)程序作相應(yīng)更改并調(diào)試通過(guò)后，應(yīng)能建立上位機(jī)與S5 PLC之間的數(shù)據(jù)通訊，在此調(diào)試過(guò)程中，SimaticNet提供了一個(gè)很好的OPC調(diào)試工具————OPC Scout，利用OPC Scout我們可以方便直觀的瀏覽、連接、測(cè)試當(dāng)前能夠連接上的OPC數(shù)據(jù)源。當(dāng)然WinCC也不甘落后，在添加了OPC驅(qū)動(dòng)包后，右擊此OPC驅(qū)動(dòng)包并選擇System Parameter，打開(kāi)的窗口同樣具有OPC掃描、瀏覽功能，利用其完美的瀏覽選擇功能我們能快速、方便的建立我們所需要的數(shù)據(jù)標(biāo)簽。此項(xiàng)目中除了采集3套S5 PLC數(shù)據(jù)外，同時(shí)又連接了4套OMRON的小型PLC，我們采用的依然是OPC技術(shù)，選購(gòu)了OMRON的SYSMAC OPC產(chǎn)品，用WinCC與SYSMAC建立OPC通訊，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)OMRON PLC產(chǎn)品的監(jiān)控，更體現(xiàn)了WinCC對(duì)OPC的支持所帶來(lái)的益處。經(jīng)以上各技術(shù)點(diǎn)的應(yīng)用，我們成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)除灰系統(tǒng)的WinCC監(jiān)控改造。
2. 項(xiàng)目中的難點(diǎn)：在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，遇到的最大困難是通訊響應(yīng)速度問(wèn)題。原有控制方式中，設(shè)備的狀態(tài)顯示借助指示燈的狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)，指示燈有兩種閃爍頻率，1Hz和0.5Hz。為了不改變程序中的邏輯處理部分，我們力圖在WinCC畫(huà)面上實(shí)現(xiàn)與操作屏上指示燈的同步閃爍，這就要求WinCC上的數(shù)據(jù)刷新周期要快于燈的閃爍周期。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，在WinCC中的畫(huà)面元素的刷新周期要一致，全部設(shè)為500ms周期；關(guān)鍵的設(shè)置在于CP5431的發(fā)送周期上，若將SendAll/ReceiveAll的調(diào)用安排在OB1中是不合理的，因?yàn)榇隧?xiàng)目的程序量較大，導(dǎo)致OB1的完全執(zhí)行周期較長(zhǎng)且不穩(wěn)定，對(duì)于S5-155U/948CPU，我們選擇了較快的定周期中斷OB11。另外，在組態(tài)CP5431的COM5431中的數(shù)據(jù)排列順序也要作相應(yīng)考慮，力求使與顯示有關(guān)的所有數(shù)據(jù)能在一個(gè)發(fā)送包中傳遞完畢。經(jīng)過(guò)對(duì)以上幾點(diǎn)的著重處理，最終獲得了令人滿意的同步顯示效果。
3. 附加生產(chǎn)工藝當(dāng)中的工藝照片。
四、項(xiàng)目運(yùn)行
到目前為止，項(xiàng)目已經(jīng)投入運(yùn)行近一年了，系統(tǒng)運(yùn)行很穩(wěn)定，用戶反應(yīng)良好。
五、應(yīng)用體會(huì)
通過(guò)這一項(xiàng)目，切身體會(huì)了WinCC的OPC接口的方便性與開(kāi)放性。SimaticNet體系邏輯結(jié)構(gòu)清晰，接口全面使用方便，其附帶的調(diào)試工具非常實(shí)用。