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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的網絡通信方案，詳述了DCS的組態設計，該方案應用于火電廠蒸汽吹灰控制系統中，將DCS與PLC構成一個可以交換信息的整體，實現了由DCS集控運行人員監控吹灰控制系統的運行，減少監控點，節約了電廠的運行成本。

關鍵詞：OPC；DCS；PLC；網絡控制

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（DCS，Distribute Control System），它綜合了計算機技術、網絡通信技術、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、數據共享及組態方便等優點，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，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的運行，與機組的安全經濟運行有著密切的聯系，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，數據沒有實現整體管理，會使這些輔助工藝過程的控制成為“信息孤島”。可采用OPC方式將這些系統的當前狀態引入到DCS系統中，過程數據納入DCS進行統一監視和管理，由集控運行人員集中監控，可減少監控點，節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通信的網絡控制系統。

2  基于OPC的DCS與PLC網絡控制系統硬件方案

    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，間接地對現場數據進行存取。

    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據源。開發商可以開發一個高度優化的、可重用的OPC服務器訪問底層的硬件，并將數據以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一個通用的符合OPC規范的數據接口（即OPC Server），供其它系統讀寫信息，應用軟件也通過OPC規范來讀寫硬件設備的信息（作為OPC Client）。用OPC技術可以實現全廠綜合自動化，實現DCS、PLC、FCS等的無縫連接。

    OPC 的出現建立了一套符合工業控制要求的通信接口規范，它基于 Microsoft OLE（現在為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同工作成為了可能，并且提供了工業自動化應用的統一數據傳輸平臺，使異構系統之間的數據交換更為方便。

                               圖1   基于OPC的DCS與PLC系統集成方案結構圖

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

    （1）都能將DCS數據庫和PLC系統數據庫在DCS中可以整合為一個數據庫，完全實現在DCS上對輔助系統的監控。

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

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

    （4）當PLC系統發生雙機熱備切換時，DCS和PLC系統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集成控制系統軟件設計

3.1 S7-300組態

    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。爐膛及后續受熱面傳熱效率降低將導致各個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，甚至出現管排爆漏。此外，較大的渣塊墜落還會引發鍋爐安全問題。

    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。蒸汽吹灰方式在現今我國電站鍋爐和工業鍋爐上應用最多，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。

    根據吹灰系統工藝，進行吹灰系統的硬件和軟件組態，下裝。

3.2  WINDOWS XP操作系統的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操作系統設置為同一“網段”、同一“工作組”、用同一用戶名的相同密碼登陸。

3.3  組態王的組態

    PLC上位機操作站監控軟件采用組態王KINGVIEW6.53。

    組態王中“工程瀏覽器”中“設備”增加“OPC服務器”XT88\\hollysys.MacsOPCSvr.1，并設置。

    在組態王“數據詞典”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王的內部變量。如PLC輸出Q4.0在組態王數據詞典為I/O變量，變量名PLC2Q40，Q40為內部變量；在組態王“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

    啟動控制算法組態，在系統中增加需要與組態王交換信息的所有變量（如Q40）為全局變量，完成后全部編譯。啟動數據總控，全部聯編。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。在組態王處于運行時，輸入組態王上位機的名稱或地址，刷新，找到組態王的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，可觀察所列數據與組態王同步變量，如圖2所示。

                                 圖2   HollySys OPC Client變量狀態

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

                    圖3   基于OPC的DCS與PLC通信的吹灰系統實時監控畫面

4  總 結

    電力工業正著眼于走出一條科技含量高、經濟效益好、資源消耗低、環境污染小的新型工業化道路。為適應這一發展形勢的需要，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議，形成了基于PLC、DCS、FCS并存的各種工業控制網絡。因此，在實際生產現場形成了異構網絡構成的監控平臺，不同的監控平臺，對各種不同的生產現場或同一生產現場的不同部分進行實時監控，難以互相聯系和數據共享，這就是“信息孤島”的弊端。

    利用計算機和網絡技術將各輔助系統的過程數據進行統一監視和管理，并可通過網絡統一的接口將輔助系統的過程數據送至DCS集控室，實現對輔助系統的監控和仍至無人值守，減少監控點，節約了電廠的運行成本。考慮到系統整體的安全性、穩定性、擴展性和經濟性， 采用了OPC方式實現了和利時DCS HOLLIAS-MACSV與西門子PLC S7-300通信的網絡控制系統，使集控運行人員可監控與主機運行密切相關的輔助系統的運行情況，協調操作，以達到優化運行、節能增效的良好效果。根據試驗測試和實際運行，采用OPC技術，實現電廠輔機無縫集成控制，對DCS系統的穩定運行幾乎沒有影響，系統安全性和可靠性大大增強，大大提高了電廠自動化水平，既節約了項目成本，也為電廠減人增效創造了條件，使電廠更加適應廠網分開、競價上網的要求。

參考文獻

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