《電子技術(shù)應(yīng)用》
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S5 PLC系統(tǒng)上位監(jiān)控的WinCC V6改造
蔡文禮
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: PLC|PAC PLC WINCC 西門子
Abstract:
Key words :

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CP5431CP5613A2, SiemensSimaticNet2006。

  

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ProfibusFDL、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ProfibusFMS方式。為了實(shí)現(xiàn)FMS通訊,3AS站側(cè)選用3CP5431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1CP5613A2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3PLC3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SimaitcNetPC 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3S5  PLC數(shù)據(jù)外,同時(shí)又連接了4OMRON的小型PLC,我們采用的依然是OPC技術(shù),選購(gòu)了OMRONSYSMAC OPC產(chǎn)品,用WinCCSYSMAC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,1Hz0.5Hz。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)CP5431COM5431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。

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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WinCCOPC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。

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