研華通用風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)WPMS

1、研華通用風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)WPMS(SCADA)什么是SCADA？一、SCADA簡(jiǎn)介    SCADA是Supervisory Control And Data Acquisition的英文縮寫，國內(nèi)流行叫法為監(jiān)控組態(tài)軟件。從字面上講，它不是完整的控制系統(tǒng)，而是位于控制設(shè)備之上，側(cè)重于管理的純軟件。SCADA所接的控制設(shè)備通常是PLC（可編程控制器），也可以是智能表，板卡等。   早期的SCADA運(yùn)行于DOS,UNIX，VMS?，F(xiàn)在多數(shù)運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)中，有的可以運(yùn)行在Linux系統(tǒng)。SCADA不只是應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)

2、域，如鋼鐵、電力、化工，還廣泛用于食品，醫(yī)藥、建筑、科研等行業(yè)。其連接的I/O通道數(shù)從幾十到幾萬不等。下面就其結(jié)構(gòu)、功能、接口、開發(fā)工具等方面予以介紹。   二、SCADA體系結(jié)構(gòu)   1硬件結(jié)構(gòu)   通常SCADA系統(tǒng)分為兩個(gè)層面，即客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)。服務(wù)器與硬件設(shè)備通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理何運(yùn)算。而客戶用于人機(jī)交互，如用文字、動(dòng)畫顯示現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)，并可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)、閥門進(jìn)行操作。近年來又出現(xiàn)一個(gè)層面，通過Web發(fā)布在Internat上進(jìn)行監(jiān)控，可以認(rèn)為這是一種“超遠(yuǎn)程客戶”。  &#

3、160;硬件設(shè)備（如PLC）一般既可以通過點(diǎn)到點(diǎn)方式連接，也可以以總線方式連接到服務(wù)器上。點(diǎn)到點(diǎn)連接一般通過串口（RS232），總線方式可以是RS485，以太網(wǎng)等連接方式?？偩€方式與點(diǎn)到點(diǎn)方式區(qū)別主要在于：點(diǎn)到點(diǎn)是一對(duì)一，而總線方式是一對(duì)多，或多對(duì)多。   在一個(gè)系統(tǒng)中可以只有一個(gè)服務(wù)器，也可以有多個(gè)，客戶也可以一個(gè)或多個(gè)。只有一個(gè)服務(wù)器和一個(gè)客戶的，并且二者運(yùn)行在同一臺(tái)機(jī)器上的就是通常所說的單機(jī)版。服務(wù)器之間，服務(wù)器與客戶之間一般通過以太網(wǎng)互連，有些場(chǎng)合（如安全性考慮或距離較遠(yuǎn)）也通過串口、電話撥號(hào)或GPRS方式相連。2軟件體系結(jié)構(gòu)SCADA有很多任務(wù)組成，每個(gè)

4、任務(wù)完成特定的功能。位于一個(gè)或多個(gè)機(jī)器上的服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理（如量程轉(zhuǎn)換、濾波、報(bào)警檢查、計(jì)算、事件記錄、歷史存儲(chǔ)、執(zhí)行用戶腳本等）。服務(wù)器間可以相互通訊。有些系統(tǒng)將服務(wù)器進(jìn)一步單獨(dú)劃分成若干專門服務(wù)器，如報(bào)警服務(wù)器，記錄服務(wù)器，歷史服務(wù)器，登錄服務(wù)器等。各服務(wù)器邏輯上作為統(tǒng)一整體，但物理上可能放置在不同的機(jī)器上。分類劃分的好處是可以將多個(gè)服務(wù)器的各種數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理、分工協(xié)作，缺點(diǎn)是效率低，局部故障可能影響整個(gè)系統(tǒng)。典型的硬件配置圖如下：    3通信    （1）內(nèi)部通信   

5、; 客戶與服務(wù)器間以及服務(wù)器與服務(wù)器間一般有三種通信形式，請(qǐng)求式，訂閱式與廣播式。請(qǐng)求式：客戶周期性向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，然后服務(wù)器為客戶準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，傳送給客戶。    訂閱式：客戶向服務(wù)器注冊(cè)所關(guān)心數(shù)據(jù)，服務(wù)器記錄每個(gè)用戶關(guān)心的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)變化通知相應(yīng)的用戶。    廣播式：當(dāng)數(shù)據(jù)的變化時(shí)，服務(wù)器向所有客戶發(fā)出通知。    （2）與I/O設(shè)備通信    1） 通信模式    設(shè)備驅(qū)

6、動(dòng)程序與I/O設(shè)備通訊一般采用請(qǐng)求式，大多數(shù)設(shè)備都支持這種通訊方式，當(dāng)然也有的設(shè)備支持主動(dòng)發(fā)送方式。主動(dòng)發(fā)送方式即I/O設(shè)備在數(shù)據(jù)改變時(shí)主動(dòng)向外界報(bào)告數(shù)據(jù)。有的設(shè)備也支持訂閱式通信。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)該能夠支持各種通信模式。    2） 通信協(xié)議    通信協(xié)議即與設(shè)備間的會(huì)話格式，可以理解為一種簡(jiǎn)單的交流語言。這些語言有一定的地方性，尤其是國產(chǎn)的PLC，智能儀表。常見的協(xié)議有Modbus, Profibus等。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序必須為每種協(xié)議編制相應(yīng)的代碼。開發(fā)一設(shè)備驅(qū)動(dòng)一般為15周，這要根據(jù)協(xié)議的復(fù)雜程度決定。

7、軟件商一般將該部分做成標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)包，用戶可以自己開發(fā)。    服務(wù)器可同時(shí)帶有多個(gè)不同種類的驅(qū)動(dòng)程序，這樣服務(wù)器就可以同時(shí)跟多種設(shè)備進(jìn)行通信。    （3）與外界通信    為了效率，服務(wù)器上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)一般都以私有格式存放，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)駐留在內(nèi)存中，而歷史數(shù)據(jù)保存在磁盤中，事件記錄也可能以私有格式保存在磁盤中，但有些軟件可以將其直接存放到關(guān)系數(shù)據(jù)庫（如Ms SQL Server，ORACLE）中。由于無論采用直接方式還是ODBC與關(guān)系數(shù)據(jù)庫通訊，速度都是比較慢的，所以不可

8、能將快速變化的數(shù)據(jù)都存放到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。那么服務(wù)器內(nèi)這些私有格式的數(shù)據(jù)是如何與外界聯(lián)系的呢，下面簡(jiǎn)要說明。    SCADA通過多種方式與外界通信。如OPC，一般都會(huì)提供OPC客戶端，用來與設(shè)備廠家提供的OPC服務(wù)器進(jìn)行通訊。因?yàn)镺PC有微軟內(nèi)定的標(biāo)準(zhǔn)，所以O(shè)PC客戶端無需修改就可以與各家提供的OPC服務(wù)器進(jìn)行通訊?，F(xiàn)在國外的硬件廠商大多都能提供OPC服務(wù)器，而國內(nèi)的硬件廠商確很少。SCADA供應(yīng)商一般也會(huì)提供自己的OPC服務(wù)器，以便別人通過OPC訪問自己，這樣也實(shí)現(xiàn)了不同SCADA間的互聯(lián)。此外還有其他的一些通訊手段，如：  

9、60; ODBC，第三方程序通過ODBC訪問歷史數(shù)據(jù)，事件記錄等。    API接口：可以在編程環(huán)境（如VB,VC）中使用該接口。    OLE控件：可以在各種編程環(huán)境下使用，也可以嵌入到支持OLE包容器的程序中，如Ms Word。    DDE：微軟的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換協(xié)議。    三、整體構(gòu)架    由服務(wù)器，客戶端構(gòu)成了SCADA C/S結(jié)構(gòu)，由服務(wù)器，Web服務(wù)器，Web客戶構(gòu)成了SC

10、ADA B/S結(jié)構(gòu)。服務(wù)器配置在不同的機(jī)器上，甚至不同的操作系統(tǒng)平臺(tái)上，彼此分工協(xié)作，形成統(tǒng)一整體，構(gòu)成了SCADA的分布式體系結(jié)構(gòu)。    為了增加系統(tǒng)的可靠性，服務(wù)器端允許雙機(jī)熱備，重要場(chǎng)合可以一機(jī)多備。服務(wù)器雙機(jī)熱備一般是將兩臺(tái)機(jī)器配置相同，一臺(tái)作為主站，另一臺(tái)機(jī)器作為副站，主站完成服務(wù)器的正常工作，另一臺(tái)與其同步。當(dāng)主站故障時(shí)，副站接替主站的工作。主站與副站是相對(duì)的，可互換的。雙機(jī)熱備包含I/O通道的熱備。 由于多個(gè)客戶可以同時(shí)訪問一個(gè)服務(wù)器端，所以客戶端本來就是多重的。    一個(gè)系統(tǒng)中，可以有

11、多個(gè)服務(wù)器，每個(gè)服務(wù)器可帶有多個(gè)I/O設(shè)備?？蛻舳丝梢栽L問一臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器。Web服務(wù)器可以作為多個(gè)服務(wù)器的代理，將Web客戶與各服務(wù)器連接起來。    四、內(nèi)部組織概述    1服務(wù)器內(nèi)部組織    服務(wù)器包括過程數(shù)據(jù)庫，I/O驅(qū)動(dòng)，Web服務(wù)器等。服務(wù)器的核心是過程數(shù)據(jù)庫，下面對(duì)其內(nèi)部組織加以介紹。    過程數(shù)據(jù)庫是由完成各種特定功能的算法塊組成，這些算法塊也被稱為“內(nèi)部儀表”或“虛擬儀表”，更常用的稱呼是“點(diǎn)”。 &#

12、160;  點(diǎn)是組成過程數(shù)據(jù)庫的基本單位，點(diǎn)分為很多類型，每種類型的點(diǎn)完成一定的功能，如模擬I/O點(diǎn)，專門用于對(duì)模擬I/O進(jìn)行處理，PID點(diǎn)完成PID控制運(yùn)算等。點(diǎn)由各種參數(shù)組成，不同的點(diǎn)有不同的參數(shù)，如模擬I/O點(diǎn)有NAME，PV，LO，HI等參數(shù)?？梢韵胂簏c(diǎn)類型相當(dāng)于關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的表結(jié)構(gòu)，參數(shù)相當(dāng)于字段。與表結(jié)構(gòu)不同的是，每種點(diǎn)類型有特定的內(nèi)部處理算法，參數(shù)間存在內(nèi)定的聯(lián)系，如LO是PV的低限報(bào)警值，PV低于LO將產(chǎn)生低限報(bào)警，報(bào)警檢查是點(diǎn)的內(nèi)置功能，不需要編寫另外的程序來實(shí)現(xiàn)。    參數(shù)是組成數(shù)據(jù)庫的最小單位。一般地，一個(gè)點(diǎn)只

13、有一個(gè)參數(shù)與外界相連，通常稱其為測(cè)量值（PV）。其他參數(shù)作為PV的輔助參數(shù)，如LO為PV的低限報(bào)警限值，HI為PV的高限報(bào)警限值，SP為PV的目標(biāo)值等。有的系統(tǒng)允許一個(gè)點(diǎn)有多個(gè)參數(shù)與外界相連。    點(diǎn)的測(cè)量值（PV）通常與控制器（如PLC）的輸入/輸出通道相連。PV值代表I/O量的大小或狀態(tài)。    按照裝置或場(chǎng)地可以將點(diǎn)邏輯的劃分為區(qū)域或單元。一般區(qū)域包括單元。    2人機(jī)界面內(nèi)部組織    人機(jī)界面由很多窗口組成，窗口包含圖形和

14、文字。文字和圖形可動(dòng)態(tài)變化。如文字可顯示現(xiàn)場(chǎng)I/O量的大小，圖形的顏色變化表示現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)量的改變等。    同時(shí)顯示的窗口一般只有一個(gè)，窗口間可以互相連接、跳轉(zhuǎn)，也可以設(shè)立菜單或?qū)ｉT的窗口負(fù)責(zé)窗口間的切換。    人機(jī)界面開發(fā)環(huán)境中提供了各種繪畫工具，如畫矩形、橢圓、文字、位圖等工具。同時(shí)提供了動(dòng)畫連接手段，使圖形、文字等與現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)變化則畫面上圖形顏色、位置等也相應(yīng)改變，通過觀察畫面上的圖形文字就可以知曉現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)，并稱這種圖形文字與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系為“動(dòng)畫鏈接”?？梢允止さ睦L制各種工藝對(duì)象，如罐、閥

15、門、泵等。為了方便使用人機(jī)界面開發(fā)環(huán)境都提供了現(xiàn)成的小圖形，稱之為“子圖”。在子圖中可以找到各種現(xiàn)成的圖形，如各種形狀的閥門。有的子圖還與特定的動(dòng)畫連接捆綁，更加方便使用。    趨勢(shì)圖人機(jī)界面不可缺少的組成部分。趨勢(shì)圖以曲線的形式顯示過程數(shù)據(jù)庫中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)。一般實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)分別在不同的趨勢(shì)圖中顯示。一幅趨勢(shì)圖中通常最多顯示八條曲線，曲線可以放大、滾動(dòng)。趨勢(shì)筆可以在開發(fā)環(huán)境中定義，也可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)指定。    報(bào)表是人機(jī)界面的重要組成部分。開發(fā)環(huán)境提供專門的報(bào)表生成工具，方便的形成各種報(bào)表。報(bào)表中的

16、數(shù)據(jù)可以有瞬時(shí)值、歷史值、統(tǒng)計(jì)值。還可以讓報(bào)表定時(shí)打印。另外還可以利用SCADA的Excel插件，用Ms Excel生成報(bào)表。    此外，在人機(jī)界面中還有許多其它種類的組件，如XY曲線、報(bào)警瀏覽、總貌等。另外人機(jī)界面幾乎都是OLE容器，可以嵌入OLE對(duì)象，或ActiveX控件。    五、重要功能    1過程報(bào)警    過程報(bào)警是過程數(shù)據(jù)庫的基本功能。報(bào)警是對(duì)測(cè)量值的范圍、變化速度的預(yù)警。報(bào)警包括限值報(bào)警，變化率報(bào)警，偏差報(bào)警，異常

17、報(bào)警等。更復(fù)雜的報(bào)警可以通過對(duì)測(cè)量值進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，然后對(duì)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行報(bào)警檢查而產(chǎn)生。發(fā)生報(bào)警后，操作員可以通過報(bào)警畫面對(duì)報(bào)警進(jìn)行“確認(rèn)”，“確認(rèn)”就是告訴系統(tǒng)我知道了發(fā)生的事，以免系統(tǒng)再次提醒。報(bào)警信息，報(bào)警確認(rèn)信息，報(bào)警恢復(fù)（報(bào)警消除）等信息都可以被系統(tǒng)自動(dòng)記錄下來。報(bào)警按照重要程度可分為多個(gè)優(yōu)先級(jí)，如低級(jí)、高級(jí)、緊急。    報(bào)警發(fā)生時(shí)系統(tǒng)可以通過多種方式通知用戶，如彈出報(bào)警窗、發(fā)出聲響，甚至可以發(fā)送短信或電子郵件。至于使用哪種方式，用戶可以自由指定。    2歷史存儲(chǔ)   

18、60;對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可以進(jìn)行歷史存儲(chǔ)。歷史數(shù)據(jù)對(duì)于生產(chǎn)狀況分析、實(shí)現(xiàn)先進(jìn)/優(yōu)化控制、以及生產(chǎn)事故分析非常重要，所以將重要的工藝數(shù)據(jù)都會(huì)進(jìn)行長期歷史保存。為了節(jié)省存儲(chǔ)介質(zhì)空間，對(duì)保存的數(shù)據(jù)使用壓縮保存。常用的保存方式有周期性保存和變化保存（數(shù)據(jù)只有變化到一定程度才保存）。    3腳本語言    除了固定格式的功能，如點(diǎn)內(nèi)部處理（能夠完成幾種固定形式的功能，如量程轉(zhuǎn)換、報(bào)警檢查、PID運(yùn)算），動(dòng)畫連接（能夠完成幾種固定形式的動(dòng)畫，如顏色、位置改變）等，SCADA還允許用戶定義特殊的邏輯、運(yùn)算，這是通過SCADA的內(nèi)置編程語言實(shí)現(xiàn)的。SCADA的提供的編程環(huán)境有的是內(nèi)嵌VBA編譯器，有的是自定義的類似BASIC或類似C語言的編譯器。無論是哪種編程環(huán)境SCADA都要提供很多訪問自身數(shù)據(jù)的屬性、方法，以便在編程環(huán)境中與SCADA系統(tǒng)交互。這種內(nèi)置的編程語言經(jīng)常稱作“動(dòng)作”，現(xiàn)在更多的稱呼是“腳本”。這里的腳本與Excel中的“宏”類似。通過腳本用戶可以自由擴(kuò)展系統(tǒng)功能。    腳本與一般編程語言類似，在腳本中提供多種運(yùn)算操作（如賦值、數(shù)學(xué)運(yùn)