模糊PID控制-火電廠水汽系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、I 摘摘要要在熱力發(fā)電廠中，水汽品質(zhì)是一項(xiàng)重要指標(biāo)。好的水汽品質(zhì)可以提高熱力設(shè)備的性能，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，節(jié)約能源，減少事故發(fā)生率。反之水汽品質(zhì)的失調(diào)將會(huì)給電廠的熱工設(shè)備造成不同程度的損傷，給機(jī)組的安全和電廠穩(wěn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)隱患。所以水汽采樣和化學(xué)加藥是電廠熱工過(guò)程的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)。本文根據(jù)水汽采樣和化學(xué)加藥的工藝特點(diǎn)，從硬件和控制算法兩方面著手設(shè)計(jì)熱力發(fā)電廠化學(xué)加藥控制系統(tǒng)，采用上位機(jī)和下位機(jī)相結(jié)合的系統(tǒng)。上位機(jī)用工業(yè)計(jì)算機(jī)和組態(tài)軟件構(gòu)成友好的人機(jī)界面，方便了系統(tǒng)的操作；下位機(jī)采用西門子 S7 400H PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和化學(xué)加藥控制。用工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)成管理層，負(fù)責(zé)上位機(jī)和下位機(jī)之間、本系統(tǒng)

2、和電廠其它系統(tǒng)之間的通信。現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制層，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和 PLC 間的數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)計(jì)上從上位機(jī)、下位機(jī)、以太網(wǎng)到現(xiàn)場(chǎng)總線均采用了冗余結(jié)構(gòu)，來(lái)提高監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。并把這樣的系統(tǒng)作為電廠 DCS 的子系統(tǒng)。為提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，本文研究了 DCS 的通信問(wèn)題，介紹了一些提高通信能力的方法。隨著電廠規(guī)模的日益擴(kuò)大，工藝水平的不斷提高，要求采用更新穎的控制技術(shù)來(lái)滿足工藝的需要。由于化學(xué)加藥控制系統(tǒng)的非線性、大時(shí)滯、時(shí)變的特點(diǎn)，常規(guī)的控制方法難以獲得滿意的控制效果。為了提高系統(tǒng)控制的魯棒性和自適應(yīng)能力，本課題將模糊控制引入到熱電廠化學(xué)加藥控制系統(tǒng)中。在算法方面，經(jīng)過(guò)研究決定采用參數(shù)自適應(yīng)模

3、糊 PID 自動(dòng)加藥控制代替手動(dòng)控制或是傳統(tǒng) PID 控制，并用仿真曲線來(lái)分析其動(dòng)態(tài)性能和抗擾動(dòng)能力。仿真結(jié)果表明，該策略的控制效果優(yōu)于常規(guī)的 PID 控制，它能適應(yīng)對(duì)象參數(shù)的變化，具有較強(qiáng)的魯棒性和自適應(yīng)能力。關(guān)鍵詞:現(xiàn)場(chǎng)總線；加藥；時(shí)滯系統(tǒng)；模糊 PID 控制；IIAbstractIn the thermal power plant, the parameters of water and steam of thermal system is a importance target. The good parameters of water and steam of thermal sys

4、tem can improve the performance of thermal equipment, and prolong the useful life of equipment, the using of devices, and save energy, reduce the ratio of the accidents. Contrarily, it will cause varying degrees of damage inthermal equipment of the Power Plant, and bring hidden troubles in the secur

5、e and economic running of the power plant, so, the chemical vapor sampling and Dosing is an important link for thermal power plant.On the bases of the Technological requirements of the water and steam of thermal system chemical and the dosing control system, the hardware and control algorithm is des

6、igned in the paper. In the hardware design, the upper and the hypogynous are combined in the design, the upper of the system is composed of PC and SCADA to be made of the friendly Man and Machine Interface, and it facilitates the operation of the system. The hypogynous of the system adopts Siemens S

7、7 400H PLC to collect data and to control the process of the dosing control system. Industrial Ethernet is used of the management, and sees to communication between the upper and the hypogynous or between the system and other plant systems. FCS is used of the Control layer, it sees to the data trans

8、mission between on-site equipments and PLC.In this paper, to increase the reliability of the Monitoring system, the redundant structure is used from the PC、the upper、the hypogy nous、the Ethernet to FCS. The system is looked on as the subsystem of the DCS. Many communication methods are introduced in

9、 this paper, to improve the real-time of the system.With the growing scale of power plants and with the continuous raising level of technology, it requires to update the control arithmetic. Since the chemical dosing control system of fossil power plant is characterized by nonlinearity, long time lag

10、 and variation with time, satisfying control effect can not be achieved with traditional control methods. In order to increase the robustness and self-adaptability of the chemical dosing control system in the system of dosing is designed. In this paper, fuzzy control system of dosing. In the algorit

11、hm, Fuzzy self-adaptation PID control is used instead of the traditional manual control or the traditional PID control, The dynamic performance and anti-disturbance is analyzed by simulation, Simulation results show that the control effect by this strategy is superior to that of normal PID cascade c

12、ontrol. It is featured by strong robustness and self-adaptability, and can readily accommodate itself to the objects parameter variations.IIIKEY WORDS: FCS; Dosing; time-delay system; Fuzzy self-adaptation PID ControlIV目目 錄錄摘要摘要.IABSTRACT.II第一章第一章 緒論緒論.11.1 課題研究的意義.11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢(shì).11.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容.2第二

13、章第二章 電廠水汽監(jiān)控系統(tǒng)介紹電廠水汽監(jiān)控系統(tǒng)介紹.42.1 電廠 DCS 系統(tǒng)介紹 .42.1.1DCS 系統(tǒng)簡(jiǎn)介.42.1.2 電廠控制級(jí)功能簡(jiǎn)介：.42.1.3 西門子 DCS 系統(tǒng) PCS7.42.1.4 電廠輔控網(wǎng)組成.62.2 火電廠水汽系統(tǒng).72.3 化學(xué)加藥系統(tǒng)原理.9第三章第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理及功能系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理及功能.113.1 上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì).113.1.1 上位機(jī)硬件.113.1.2 軟件設(shè)計(jì).113.1.3 利用 InTouch 軟件實(shí)現(xiàn)冗余功能.143.1.4InTouch 數(shù)據(jù)庫(kù).163.2 下位機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).173.2.1 下位機(jī)控制系統(tǒng)硬件配置.17

14、3.2.2 硬件系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì).183.3 系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)計(jì).243.4 電源設(shè)計(jì).25第四章第四章 DCS 系統(tǒng)通訊問(wèn)題研究系統(tǒng)通訊問(wèn)題研究.264.1 現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用及其安全可靠性的提高.264.1.1 現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展與應(yīng)用.264.1.2Profibus 現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議。.274.1.3 系統(tǒng)實(shí)時(shí)性研究.29V4.2 工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性問(wèn)題及解決方案。.334.2.1 工業(yè)以太網(wǎng)通信原理.334.2.2 工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性問(wèn)題的研究.35第五章第五章 化學(xué)加藥控制理論研究化學(xué)加藥控制理論研究.375.1 加藥系統(tǒng)控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立.375.1.1 控制對(duì)象選擇.375.1.2 控制對(duì)象特性分

15、析.375.1.3 建立控制模型.385.2 控制算法的確定.415.3加藥模糊控制器的建立.415.4 化學(xué)加藥參數(shù)自調(diào)整模糊 PID 控制器的設(shè)計(jì).465.5 仿真曲線.48第六章第六章 電廠化學(xué)加藥模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)電廠化學(xué)加藥模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).516.1 控制系統(tǒng)的原理與控制指標(biāo).516.1.1 控制系統(tǒng)的原理.516.1.2 自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo).526.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案.526.3 軟件實(shí)現(xiàn).57第七章第七章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望.61致致謝謝.62參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).631第第一一章章 緒緒論論1.1課課題題研研究究的的意意義義近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，生

16、產(chǎn)力不斷提高，電力作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力得到了迅速的發(fā)展。為了節(jié)省能源和保護(hù)環(huán)境，提高火力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性，大容量超臨界機(jī)組因其能源利用率高、經(jīng)濟(jì)性能好而得到快速發(fā)展，已在世界發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及計(jì)算機(jī)更新升級(jí)，先進(jìn)的控制策略、專家系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線和智能變送器的廣泛應(yīng)用，將有利于節(jié)約投資，降低能耗，便于維護(hù)和提高火電廠安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平1。熱工自動(dòng)化是火電廠不可缺少的組成部分，而熱工自動(dòng)化的水平又是現(xiàn)代火力發(fā)電技術(shù)和管理水平的綜合體現(xiàn)。這主要有兩個(gè)因素推動(dòng)，一個(gè)是 DCS，另一個(gè)是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。DCS 在電廠的普及應(yīng)用，為火電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。而協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在單元機(jī)組普

17、遍投入，使火電廠熱工自動(dòng)化達(dá)到前所未有的新高度。目前廣泛采用以微機(jī)為核心的 DCS，其可靠性很高，可依賴性強(qiáng)，可以充分發(fā)揮自動(dòng)化的功能，并取得了很好的安全和經(jīng)濟(jì)效益。在熱工自動(dòng)化系統(tǒng)采用開(kāi)放的工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程智能 I/O，有利于減少信號(hào)電纜，降低造價(jià)；應(yīng)用先進(jìn)的控制策略、專家系統(tǒng)、可充分發(fā)掘 DCS 的潛力，解決一些老大難問(wèn)題，進(jìn)一步提高電廠安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。由于火電機(jī)組越來(lái)越大，對(duì)機(jī)組熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)控制品質(zhì)的要求也隨之提高。為了保證單元機(jī)組的正常運(yùn)行以及高度的安全性、經(jīng)濟(jì)性，對(duì)單元機(jī)組的自動(dòng)化水平提出了更高的要求。由于單元機(jī)組存在著大遲延、大慣性和嚴(yán)重的非線性及擾動(dòng)頻繁等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的控制

18、方法已經(jīng)不能滿足電網(wǎng)對(duì)機(jī)組的要求，用先進(jìn)的智能化控制策略取代常規(guī)控制策略成為火電廠過(guò)程控制發(fā)展的趨勢(shì)。目前，由于現(xiàn)有的給水加藥控制系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，加藥方式多采用手動(dòng)間歇控制或是采用傳統(tǒng) PID 算法的自動(dòng)控制，工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，控制精度又不高。為提高系統(tǒng)的自動(dòng)化水平有必要研究新型的控制系統(tǒng)和控制策略，提高加藥控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、快速性和魯棒性。1.2國(guó)國(guó)內(nèi)內(nèi)外外研研究究現(xiàn)現(xiàn)狀狀及及趨趨勢(shì)勢(shì)近年來(lái)，美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)火電廠水汽監(jiān)控方面做了大量研究，提出最佳的化學(xué)2監(jiān)控管理方案仍然是核心問(wèn)題。自動(dòng)化先進(jìn)的發(fā)達(dá)國(guó)家擁有先進(jìn)的設(shè)備和控制技術(shù)，其電廠監(jiān)控自動(dòng)化水平已經(jīng)很高，但相對(duì)于快速發(fā)展的電力系統(tǒng)的要求來(lái)說(shuō)，

19、仍還有不足。在我國(guó)大容量機(jī)組的發(fā)電廠熱工系統(tǒng)發(fā)展迅速，而電氣系統(tǒng)的整體控制水平則進(jìn)展較慢，造成整個(gè)機(jī)組監(jiān)控不協(xié)調(diào)，且在監(jiān)控、管理技術(shù)上與國(guó)外水平有較大的差距?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展和發(fā)電廠設(shè)備微機(jī)化程度的提高，為以數(shù)字通信方式建立電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)提供了技術(shù)上的保證。發(fā)電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)是進(jìn)一步提高電廠自動(dòng)化水平，特別是電氣運(yùn)行管理水平的必然趨勢(shì)，采用電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)新建或改造發(fā)電廠DCS系統(tǒng)將節(jié)省可觀的投資。而且，目前我國(guó)發(fā)電廠在控制上往往采用簡(jiǎn)單的PID控制，這也使控制能力大大降低2。自九十年代以來(lái)DCS系統(tǒng)在我國(guó)開(kāi)始推廣且不斷走向成熟，為我國(guó)電廠自動(dòng)化水平的提高做出了很大的貢獻(xiàn)，同時(shí)也不斷暴

20、露出它的許多不足之處。以太網(wǎng)由于其開(kāi)放性好，應(yīng)用廣泛以及價(jià)格低廉等特點(diǎn)，被工業(yè)控制系統(tǒng)都是采用以太網(wǎng)來(lái)統(tǒng)一管理層通信，而且各種現(xiàn)場(chǎng)總線也大多開(kāi)發(fā)出以太網(wǎng)接口，因此可以說(shuō)以太網(wǎng)已經(jīng)成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主要通信標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)由于其徹底的開(kāi)放性、分散性和完全互可操作性等特點(diǎn)，工業(yè)控制大量采用它做現(xiàn)場(chǎng)控制?？偩€技術(shù)和以太網(wǎng)通訊技術(shù)作為電廠DCS系統(tǒng)的補(bǔ)充，再加上先進(jìn)的控制技術(shù)，將大大提高電廠控制自動(dòng)化水平。對(duì)照國(guó)內(nèi)外研究的情況，不難看出加藥系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向：(1)進(jìn)一步加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識(shí)，真正確立“綠色”無(wú)公害的加藥系統(tǒng)。(2)消滅化學(xué)原因的爐管漏爆事故，消滅汽輪機(jī)低壓葉片、葉輪的腐蝕

21、與積鹽，取消鍋爐化學(xué)清洗。(3)從配藥到加藥全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，真正實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無(wú)人值班。(4)針對(duì)系統(tǒng)時(shí)滯的特點(diǎn)運(yùn)用智能控制理論分析并建立智能控制系統(tǒng)。(5)充分挖掘加藥系統(tǒng)的潛力，使加藥系統(tǒng)的功能向靈活化、多元化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)與控制的一體化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化5。1.3本本文文的的主主要要研研究究?jī)?nèi)內(nèi)容容通過(guò)工作實(shí)踐和調(diào)研，并閱讀了大量的資料文獻(xiàn)，了解到目前我國(guó)熱電廠水汽采樣和化學(xué)加藥控制系統(tǒng)存在著諸多問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題本文從硬件控制結(jié)構(gòu)和控制算法兩個(gè)方面提出了解決方案。系統(tǒng)分為上、下位機(jī)兩部分。上位機(jī)部分采用工控機(jī)和組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控，這部分要對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行配置，3編輯人機(jī)界面。友好的人機(jī)界面應(yīng)

22、能實(shí)現(xiàn)以下功能：實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)信息；隨時(shí)的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)查詢；定時(shí)打印和報(bào)警專家系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)、組態(tài)軟件和工業(yè)以太網(wǎng)作 DCS 的子站的管理層。下位機(jī)選用西門子 S7-400H 的熱備冗余系統(tǒng)，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與上位機(jī)和電廠的DCS 通信，用 Profibus 總線擴(kuò)展三個(gè)遠(yuǎn)方從站，控制現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)的采集和化學(xué)加藥。同時(shí)還要研究現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集和傳輸、DCS 中現(xiàn)場(chǎng)總線的通信問(wèn)題和冗余系統(tǒng)的容錯(cuò)問(wèn)題8。針對(duì)化學(xué)加藥系統(tǒng)的大時(shí)滯的特點(diǎn)，本文將模糊自適應(yīng) PID 控制應(yīng)用于化學(xué)加藥系統(tǒng)，代替手動(dòng)加藥系統(tǒng)和傳統(tǒng)的 PID 控制，由于目前的各種先進(jìn)的控制理論在電廠的化學(xué)加藥系統(tǒng)中應(yīng)用都處在研究階段，本文將給出其仿真曲

23、線說(shuō)明其可行性。因此，本論文研究的是一種利用總線系統(tǒng)做現(xiàn)場(chǎng)控制，以以太網(wǎng)系統(tǒng)做監(jiān)控管理，結(jié)合 DCS 系統(tǒng)再加上先進(jìn)的模糊控制技術(shù)，由現(xiàn)場(chǎng)控制層、監(jiān)控層和企業(yè)管理層組成的先進(jìn)完整的電廠水質(zhì)監(jiān)控管理系統(tǒng)9。4第第二二章章 電電廠廠水水汽汽監(jiān)監(jiān)控控系系統(tǒng)統(tǒng)介介紹紹2.1電電廠廠DCS系系統(tǒng)統(tǒng)介介紹紹2.1.1DCS 系系統(tǒng)統(tǒng)簡(jiǎn)簡(jiǎn)介介DCS 是分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System)的簡(jiǎn)稱，國(guó)內(nèi)一般習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個(gè)由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT

24、)和控制(Control)等 4C 技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活、組態(tài)方便。DCS 的構(gòu)成方式十分靈活，可由專用的管理計(jì)算機(jī)站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場(chǎng)控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成，也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和可編程控制器構(gòu)成。處于底層的過(guò)程控制級(jí)一般由分散的現(xiàn)場(chǎng)控制站、數(shù)據(jù)采集站等就地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，并通過(guò)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級(jí)計(jì)算機(jī)。生產(chǎn)監(jiān)控級(jí)對(duì)來(lái)自過(guò)程控制級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中操作管理，如各種優(yōu)化計(jì)算、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、故障診斷、顯示報(bào)警等 10。2.1.2 電電廠廠控控制制級(jí)級(jí)功功能能簡(jiǎn)簡(jiǎn)介介：廠級(jí)管理工作站的功能：管理全廠的運(yùn)行自動(dòng)化。即全廠經(jīng)濟(jì)管

25、理(EDC)；自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)；自動(dòng)電壓控制(AVC)；事故分析及事故處理；歷史數(shù)據(jù)保存及檢索管理；系統(tǒng)授權(quán)管理；運(yùn)行報(bào)表打印等。操作員工作站 操作員工作站是全廠集中監(jiān)視和控制的中心及人機(jī)接口，用來(lái)實(shí)現(xiàn)熱電廠的實(shí)時(shí)圖形顯示、各種事件的發(fā)布、各種報(bào)表顯示、報(bào)警和復(fù)歸的顯示、系統(tǒng)自診斷信息的顯示、設(shè)備的實(shí)時(shí)控制操作和調(diào)節(jié)、系統(tǒng)配置等各種操作處理。操作員工作站還作為廠級(jí)管理工作站部分功能的備用。工程師工作站 工程師站除具有程序開(kāi)發(fā)、調(diào)試以及培訓(xùn)仿真等功能外，并兼有操作員工作站的全部功能，還作為操作員工作站的冷備用。通訊處理站的 通信處理機(jī)站是電廠監(jiān)控系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的輸入/輸出接口 ，可與廣域網(wǎng)

26、連接，僅允許電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)向生產(chǎn)管理系統(tǒng)單向傳輸數(shù)據(jù)和信息，通信介質(zhì)為屏蔽電纜。電話語(yǔ)音報(bào)警處理站 電話語(yǔ)音報(bào)警處理站主要負(fù)責(zé)語(yǔ)音、電話報(bào)警。打印處理站 處理電廠控制級(jí)的文件打印任務(wù)14。2 2. .1 1. .3 3 西西門門子子DCS 系統(tǒng) P PC CS S7 7西門子 DCS 系統(tǒng)在熱電廠的控制中占有絕對(duì)的統(tǒng)治地位，PCS7 是西門子新一代過(guò)程控制系統(tǒng)。隨著工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)工業(yè)自動(dòng)5化過(guò)程控制系統(tǒng)的可靠性、復(fù)雜性、功能的完善性、系統(tǒng)的可維護(hù)性、人機(jī)界面的友好性、數(shù)據(jù)的可分析可管理性等各個(gè)方面都提出了愈來(lái)愈高的要求。工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展方向是：

27、系統(tǒng)之間的橫向數(shù)據(jù)交換日益增加；系統(tǒng)與管理層和現(xiàn)場(chǎng)儀表級(jí)的數(shù)據(jù)交換日益增加；現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用越來(lái)越廣泛；廠商的產(chǎn)品日益開(kāi)放，通過(guò)OPC、SQL 等技術(shù)使得不同系統(tǒng)之間的準(zhǔn)確、高速、大量的數(shù)據(jù)交換得以實(shí)現(xiàn)；全集成，一體化的解決方案。因此，傳統(tǒng)的 DCS 系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足 90 年代自動(dòng)化過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求，SIMATIC PCS7 過(guò)程控制系統(tǒng)就是在這種形勢(shì)下開(kāi)發(fā)的新一代過(guò)程控制系統(tǒng)。PCS7 是一個(gè)全集成的、結(jié)構(gòu)完整、功能完善、面向整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的過(guò)程控制系統(tǒng)。SIMATIC PCS7 是西門子公司結(jié)合最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)，在西門子公司S5，S7 系列可編程控制器及 TELEPER

28、M 系列集散系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，面向所有過(guò)程控制應(yīng)用場(chǎng)合的先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)。SIMATIC PCS7 是基于全集成自動(dòng)化思想的系統(tǒng)，其集成的核心是統(tǒng)一的過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)和唯一的數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件，所有的系統(tǒng)信息都存儲(chǔ)于一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中而且只需輸入一次，這樣就大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體性和信息的準(zhǔn)確性。SIMATIC PCS7 的通訊系統(tǒng)采用的是工業(yè)以太網(wǎng)和 PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線。工業(yè)以太網(wǎng)用于系統(tǒng)站之間的數(shù)據(jù)通訊， SIMATICPCS7 采用符合 IEC61131-3 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的編程軟件和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備庫(kù)，提供連續(xù)控制、順序控制及高級(jí)編程語(yǔ)言?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備庫(kù)提供大量的常用的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息及功能塊，可大大簡(jiǎn)化組態(tài)工作，縮短工

29、程周期。SIMATICPCS7 具有 ODBC、OLE 等標(biāo)準(zhǔn)接口，并且應(yīng)用以太網(wǎng)、PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線等開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)。 6圖 2-1 SIMATIC PCS7 系統(tǒng)圖2.1.4 電廠輔控網(wǎng)組成電廠水汽采樣和化學(xué)加藥包含在電廠輔控網(wǎng)系統(tǒng)之中。所以下面介紹一下電廠的輔控網(wǎng)系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)和工程輔助車間集中監(jiān)控網(wǎng)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱輔控網(wǎng)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及 PLC 控制技術(shù)的日益成熟，所有輔控系統(tǒng)均可進(jìn)入全廠輔助網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在集控室內(nèi)完全監(jiān)控操作，大大提高了自動(dòng)化水平，更好的提高了全廠的效率。全廠輔助網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)將電廠的全部輔機(jī)控制系統(tǒng)，包括輸煤程控系統(tǒng)、化學(xué)水程控系統(tǒng)、除灰除渣程控系統(tǒng)、凈水

30、站程控系統(tǒng)、循環(huán)水加藥控制系統(tǒng)、制氫站程控系統(tǒng)、空壓機(jī)程控系統(tǒng)、燃油泵房程控系統(tǒng)、污水程控系統(tǒng)等等集成為一體化的控制網(wǎng)絡(luò)，在一個(gè)控制室進(jìn)行集中監(jiān)視與控制，形成與 DCS 并列的第二個(gè)綜合控制系統(tǒng)。輔助網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是一套由 PLC 組成的分散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，采用國(guó)際先進(jìn)、安全可靠、廣泛采用的西門子 PCS7 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用優(yōu)質(zhì)、靈活的控制軟件，系統(tǒng)基于 WINDOWS 操作平臺(tái)，強(qiáng)化了實(shí)時(shí)性和可擴(kuò)展性。網(wǎng)絡(luò)方案如下：1、采用多模光纜冗余通訊解決電廠各輔控系統(tǒng)距離遠(yuǎn)的問(wèn)題；2、采用冗余千兆核心交換機(jī)中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，組建冗余網(wǎng)絡(luò)； 3、采用專用服務(wù)器，冗余數(shù)據(jù)服務(wù)器以及專業(yè)歷史服務(wù)器，保證輔網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速

31、度，保證歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全。圖 2-2 為全廠輔控網(wǎng)系統(tǒng)圖。7圖 2-2 全廠輔控網(wǎng)系統(tǒng)圖2.2火火電電廠廠水水汽汽系系統(tǒng)統(tǒng)在火電廠的熱力系統(tǒng)中，水和蒸汽作為工作介質(zhì)完成能量的傳遞與轉(zhuǎn)換。水在火力發(fā)電過(guò)程中主要有兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng):一是熱力循環(huán)系統(tǒng)；二是冷卻循環(huán)系統(tǒng)。在熱力循環(huán)系統(tǒng)中水在鍋爐中吸收燃料燃燒產(chǎn)生的熱能，變成高溫高壓蒸汽，蒸汽被傳送到絕熱汽輪機(jī)中，同時(shí)冷卻循環(huán)水將汽輪機(jī)輸出部分冷卻，這樣就形成了很大的壓力差，蒸汽膨脹做功，推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。做過(guò)功的低溫低壓蒸汽在凝汽器中冷凝為水，再與鍋爐補(bǔ)充水一起重新送回鍋爐。國(guó)產(chǎn) 600MW 超臨界鍋爐的

32、典型水汽流程是：給水省煤氣螺旋水冷壁垂直水冷壁汽水分離器頂棚和包覆過(guò)熱器低溫過(guò)熱器屏式過(guò)熱器高溫過(guò)熱器集器聯(lián)箱。水汽采樣流程圖如圖 2-3 所示:8圖 2-3 大型機(jī)組的水汽循環(huán)系統(tǒng)水汽采樣控制系統(tǒng)工藝如下：首先在取樣點(diǎn)來(lái)的樣水進(jìn)入高溫高壓架，高溫高壓的樣水經(jīng)過(guò)冷卻裝置冷卻進(jìn)入取樣架，取樣架上溫度巡檢儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)樣水的溫度，樣水經(jīng)過(guò)人工取樣架到達(dá)人工取樣盤（這里有恒溫裝置，保證樣水檢測(cè)時(shí)各參數(shù)穩(wěn)定） ，傳感器測(cè)試產(chǎn)生的 4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳遞給現(xiàn)場(chǎng)儀表顯示數(shù)據(jù)，并將信號(hào)傳遞給數(shù)據(jù)采集模塊。下位機(jī)通過(guò)管理網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和電廠的 DCS 系統(tǒng)。采樣完畢，將廢液從排污口排放出去。熱

33、電廠水汽采樣的功能與作用如下表 2-1 所示：表 2-1 大型機(jī)組的水汽系統(tǒng)化學(xué)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置采樣點(diǎn)部位測(cè)定參數(shù)主要作用凝汽器熱井陽(yáng)離子電導(dǎo)監(jiān)測(cè)凝汽器泄漏電導(dǎo)率或鈉、二氧化硅監(jiān)測(cè)凝汽器泄漏，監(jiān)測(cè)水質(zhì)溶氧監(jiān)測(cè)熱井氧氣裝置的運(yùn)行和空氣泄漏情況凝結(jié)水泵出口pH 值監(jiān)測(cè)為降低凝汽器腐蝕而添加的氨或其它堿性添加劑的量凝結(jié)水處理設(shè)備出口電導(dǎo)率、鈉、二氧化硅pH 值監(jiān)視凝結(jié)水處理設(shè)備運(yùn)行工況和出水水質(zhì)9除氧器入口電導(dǎo)率、pH 值和溶氧監(jiān)測(cè)水質(zhì)以及監(jiān)測(cè)空氣漏入凝結(jié)水除氧器出口溶氧監(jiān)測(cè)除氧器的運(yùn)行省煤器入口(高壓加熱器出口)電導(dǎo)率、pH 值、鈉、二氧化硅、聯(lián)氨監(jiān)測(cè)給水水質(zhì)和加氨量，間接指示轉(zhuǎn)移到給水中的腐蝕產(chǎn)物電

34、導(dǎo)率、鈉監(jiān)測(cè)爐水品質(zhì)，決定排污二氧化硅保證蒸汽品質(zhì)汽包下部(爐水)pH 值和磷酸根控制爐水 pH 值，防腐蝕、硅酸鹽水解及劣化蒸汽品質(zhì)，監(jiān)控加藥量汽包上部電導(dǎo)率、鈉、二氧化硅監(jiān)督雜質(zhì)攜帶和爐水起泡情況主蒸汽管電導(dǎo)率、鈉、二氧化硅監(jiān)督蒸汽品質(zhì)，指示鍋爐腐蝕速度低壓加熱器疏水出口電導(dǎo)率、鈉、二氧化硅、pH監(jiān)測(cè)水質(zhì)發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水電導(dǎo)率監(jiān)測(cè)水質(zhì)污染循環(huán)冷卻水pH 值監(jiān)督硫酸或鹽酸添加量除鹽水箱出口電導(dǎo)率或鈉、二氧化硅監(jiān)測(cè)水質(zhì)污染本系統(tǒng)的取樣點(diǎn)及監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有：凝結(jié)水泵出口：陽(yáng)電導(dǎo)率表、溶氧表、PH 表、比電導(dǎo)率表、鈉表除氧器入口：PH 表、陽(yáng)電導(dǎo)率表、比電導(dǎo)率表、溶氧表除氧器出口： 溶氧表省煤器入口： PH

35、 表、陽(yáng)電導(dǎo)率表、硅表、比電導(dǎo)率表、溶氧表過(guò)熱蒸汽(左、右側(cè))：陽(yáng)電導(dǎo)率表、比電導(dǎo)率表、硅表、鈉表、PH 表分離器貯水箱出口： 陽(yáng)電導(dǎo)率表再熱蒸汽(左、右側(cè))：陽(yáng)電導(dǎo)率表疏水泵出口：陽(yáng)電導(dǎo)率表高壓加熱器疏水：比電導(dǎo)率表閉式除鹽水：PH 表、比電導(dǎo)率表發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水：PH 表、比電導(dǎo)率表凝汽器補(bǔ)充水：比電導(dǎo)率表2.3化化學(xué)學(xué)加加藥藥系系統(tǒng)統(tǒng) 原原理理化學(xué)水處理是發(fā)電廠的重要環(huán)節(jié)，只有對(duì)水進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬艋幚砗蛧?yán)格的監(jiān)督汽水質(zhì)量，才能防止造成熱力設(shè)備的結(jié)垢、腐蝕，避免爆管事故；才能防止過(guò)熱器和汽輪機(jī)的積鹽，而這些問(wèn)題必須通過(guò)對(duì)給水進(jìn)行加藥來(lái)解決。10化學(xué)加藥的方法很多，加不同的藥劑用不同的控制方法，常

36、見(jiàn)的有雙泵單控和三泵雙控，三泵雙控控制比較復(fù)雜但是控制效果好，下面以三泵雙控的控制方法為例介紹加藥的工作原理。原理圖如圖 2-4 所示。母母管管母母管管閥閥閥閥閥閥閥閥閥閥閥閥閥閥閥閥閥閥監(jiān)監(jiān)測(cè)測(cè)器器監(jiān)監(jiān)測(cè)測(cè)器器泵泵1泵泵2泵泵3閥閥閥閥閥閥閥閥閥閥閥閥閥閥計(jì)計(jì)量量箱箱計(jì)計(jì)量量箱箱變變頻頻控控制制箱箱排排廢廢圖 2-4 加藥系統(tǒng)原理圖加藥工藝：加藥的過(guò)程是，先從溶液罐中取出藥液加到計(jì)量箱中，同時(shí)向計(jì)量箱中加入水，并且不斷攪拌使其均勻（當(dāng)液位超過(guò)高低限位時(shí)報(bào)警） ?；旌纤幰褐杏蓚鞲衅鳈z測(cè)其藥液濃度，并以此為條件控制加藥液和加水的比例。配好的藥液經(jīng)過(guò)閥門和計(jì)量泵打到需要加藥的部位。計(jì)量泵兩用一備，

37、通常中間的作為備用，當(dāng)有泵出現(xiàn)故障時(shí)，中間泵自動(dòng)切入工作。加藥過(guò)程分手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方法，手動(dòng)加藥需要人為控制加藥的泵和閥門；而自動(dòng)加藥則不同，經(jīng)采集系統(tǒng)采集上來(lái)的數(shù)據(jù)，由控制單元對(duì)其進(jìn)行處理，結(jié)果反映采樣點(diǎn)的各種物質(zhì)的含量情況，并以此作為一個(gè)加藥控制信號(hào)，另一個(gè)控制信號(hào)是凝結(jié)水流量計(jì)給出的 4-20mA 信號(hào)，兩個(gè)信號(hào)與加藥泵連鎖控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加藥。本系統(tǒng)加藥項(xiàng)目有：氨液加藥裝置單元系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行并具備就地手動(dòng)控制功能。給水流量計(jì)和省煤器11入口比導(dǎo)電度表產(chǎn)生的 420 mA 信號(hào)，作為控制給水加氨系統(tǒng)的控制信號(hào)；給水及凝結(jié)水聯(lián)氨加藥系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行并具備就地手動(dòng)控制功能。由凝結(jié)水處理裝置出口母

38、管氧表(安裝于汽水取樣架)或凝結(jié)水流量表送出 420mA 模擬信號(hào)與加氨泵聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)。給水及凝結(jié)水加氧系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行并具備就地手動(dòng)控制功能。給水和凝結(jié)水流量計(jì)及給水和凝結(jié)水的氧含量表產(chǎn)生的 420mA 作為加氧系統(tǒng)的控制信號(hào)。閉式冷卻水加藥系統(tǒng)手動(dòng)運(yùn)行?？諝忸A(yù)熱器清洗加堿系統(tǒng)手動(dòng)運(yùn)行。12第第三三章章 系系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)原原理理及及功功能能3.1上上位位機(jī)機(jī)系系統(tǒng)統(tǒng) 設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)運(yùn)行操作和監(jiān)視全部在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)。在上位機(jī) LCD 上不僅能顯示泵、閥門等系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、過(guò)程參數(shù)、報(bào)警等，還可以進(jìn)行各運(yùn)行方式的選擇和切換，進(jìn)行自動(dòng)程控操作，同時(shí)還具有模擬量參數(shù)顯示、棒狀圖顯示、聲光報(bào)警、打印制

39、表等功能。3.1.1 上上位位機(jī)機(jī)硬硬件件工控機(jī)：與其他類型的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主計(jì)算機(jī)相比較，它構(gòu)成簡(jiǎn)單、開(kāi)放性好、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。由于工控機(jī)自身的這些特點(diǎn)，在過(guò)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集中得到了廣泛應(yīng)用。本套系統(tǒng)就地上位機(jī)硬件構(gòu)成如下：上位機(jī)選用工控機(jī)（日本 CONTEC）：CPU： P4/2.4G硬盤：160G內(nèi)存：512M顯卡：獨(dú)立網(wǎng)卡：10/100M 自適應(yīng)網(wǎng)卡光驅(qū)：DVD ROM顯示器選用 LCD（韓國(guó)三星） 21 英寸；打印機(jī)選用 HP A3 黑白激光打印機(jī)。3.1.2 軟軟件件設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)軟件設(shè)計(jì)包括：界面編輯，工業(yè)組態(tài)，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)三部分?？刂葡到y(tǒng)采用正版 Wonderware 公司

40、 InTouch V9.5 軟件包進(jìn)行監(jiān)控組態(tài)，以滿足全廠輔控網(wǎng)的要求。Wonderware 公司的 InTouch HMI 軟件，可用于可視化和工業(yè)過(guò)程控制，它提供了無(wú)比的易用性和易于配置的圖形。同以往的版本相比，9.5 版本功能顯著的增強(qiáng)，可以大大地提高運(yùn)行和工作的效率。通過(guò)使用其強(qiáng)大的向?qū)Ш托碌腤onderware 智能符號(hào)使用戶可以快速創(chuàng)建并部署客戶化的應(yīng)用程序，連接并傳遞實(shí)時(shí)信息。InTouch 應(yīng)用靈活，可以確保 InTouch 應(yīng)用程序滿足客戶目前的需求，并可根據(jù)將來(lái)的需求進(jìn)行擴(kuò)展，同時(shí)還能保留原來(lái)的工程投資和成果19。InTouch 軟件對(duì)系統(tǒng)的硬件要求為：最低：P3-400M

41、HZ/ 256MB RAM/ 2G 可用硬盤空間；推薦：1.2GP3 或更高主頻，512 內(nèi)存。對(duì)操作系統(tǒng)的要求是： Win2000SP3/WinXP SP1上位機(jī)界面由多個(gè)畫面組成，分別實(shí)現(xiàn)不同功能。主要分以下幾部分。系統(tǒng)設(shè)置，13工礦流程圖，加藥系統(tǒng)圖，報(bào)表，曲線和報(bào)警等。下面介紹幾個(gè)主要畫面的功能。1、 系統(tǒng)設(shè)置在系統(tǒng)配置選項(xiàng)下有注銷、系統(tǒng)登陸、密碼修改等功能。點(diǎn)擊“系統(tǒng)設(shè)置”選項(xiàng)，出現(xiàn)下拉菜單如圖 31 所示：即可點(diǎn)出各畫面。 圖 31 系統(tǒng)設(shè)置菜單工控機(jī)啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)進(jìn)入組態(tài)運(yùn)行畫面，如果沒(méi)有登陸操作人員不可以更改參數(shù)和隨意退出，系統(tǒng)設(shè)有不同的使用權(quán)限，只有上級(jí)權(quán)限允許后，下級(jí)操作員才可

42、以登陸。 在系統(tǒng)配置中還有“原始參數(shù)設(shè)置”和“報(bào)警設(shè)置”選項(xiàng)，由于下位機(jī)傳送上來(lái)的數(shù)據(jù)是連續(xù)的機(jī)器數(shù)，不能直觀的反映測(cè)量的參數(shù)是工作狀態(tài)，所以要設(shè)定變量的原始值，如圖32，將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)（一般為 0-5V 或 4-20mA） 。工程值為監(jiān)測(cè)儀表的儀表量程，工作人員可以直觀查看各測(cè)試點(diǎn)儀表顯示情況。參數(shù)設(shè)置完成后要設(shè)置各變量的報(bào)警限。報(bào)警限要根據(jù)工藝要求進(jìn)行設(shè)置，其數(shù)量級(jí)為工程值。原始參數(shù)設(shè)置和報(bào)警設(shè)置通常是在程序開(kāi)發(fā)建立歷史數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)配置的，運(yùn)行時(shí)就不能隨時(shí)改變參數(shù)的設(shè)置，要想改變參數(shù)，需要停止程序的運(yùn)行重新進(jìn)入開(kāi)發(fā)狀態(tài)。設(shè)計(jì)在線參數(shù)設(shè)置可以使參數(shù)修改方便簡(jiǎn)潔，可以在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)即可設(shè)置參數(shù)

43、，有修改權(quán)限要求，必須是專業(yè)管理者。14圖 32 原始參數(shù)設(shè)置畫面報(bào)警查詢畫面可以顯示報(bào)警的時(shí)間、變量和報(bào)警的性質(zhì)。如圖 3-3 所示，既可以實(shí)時(shí)顯示報(bào)警情況也可以查詢歷史記錄。報(bào)警查詢有助于查找故障發(fā)生點(diǎn)和分析故障發(fā)生原因，總結(jié)故障易發(fā)生處，做好防范工作。圖 3-3 報(bào)警查詢畫面本系統(tǒng)還有實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線畫面，實(shí)時(shí)曲線實(shí)時(shí)地顯示變量值的變化情況，歷史曲線可以查詢不同時(shí)間的參數(shù)軌跡?？梢噪S時(shí)查詢曲線，設(shè)置顯示的時(shí)間范圍和數(shù)值的分辨率，分析各參數(shù)工作情況。并可以定時(shí)或手動(dòng)打印曲線。15圖 3-4 實(shí)時(shí)曲線在線數(shù)據(jù)分實(shí)時(shí)顯示報(bào)表和歷史報(bào)表查詢，實(shí)時(shí)顯示報(bào)表可以實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)采集的工作參數(shù)，并顯示各

44、參數(shù)是否工作在指標(biāo)范圍內(nèi)，歷史報(bào)表查詢可以查詢?nèi)我鈺r(shí)刻的歷史數(shù)據(jù)，還具有定時(shí)和手動(dòng)打印報(bào)表的功能。圖 3-5 實(shí)時(shí)曲線16在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：(1) 為了確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼＿M(jìn)行，維護(hù)人員應(yīng)盡量保證工控機(jī)的開(kāi)機(jī)率，如發(fā)生故障，應(yīng)盡量避免人為的關(guān)機(jī)和復(fù)位。(2) 歷史數(shù)據(jù)丟失出現(xiàn)這種故障一般是由于操作員不小心更改了主機(jī)的系統(tǒng)時(shí)鐘導(dǎo)致。(3) 歷史數(shù)據(jù)不記錄磁盤空間滿，歷史數(shù)據(jù)停止記錄。當(dāng)用戶清理磁盤后，重新啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，此時(shí)歷史數(shù)據(jù)開(kāi)始記錄。(4) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不刷新由于采集器死機(jī)，關(guān)閉采集器電源，重新啟動(dòng)即可。3.1.3 利利用用InTouch 軟軟件件實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)冗冗余余功功能能由于本

45、文設(shè)計(jì)采用了上位機(jī)的冗余結(jié)構(gòu)，下面介紹 InTouch 冗余系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。在InTouch 應(yīng)用程序的腳本中，利用 IOSetAccessName 函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)冗余功能。 1、函數(shù)的語(yǔ)法和用法：語(yǔ)法：IOSetAccessName（AccessName，NodeName，ApplicationName，TopicName） ；2、實(shí)現(xiàn)方法InTouch 軟件利用函數(shù) IOSetAccessName 實(shí)現(xiàn)冗余的方法，如圖 3-6 所示。建立I/O Server 訪問(wèn)名AccessName建立指向冗余設(shè)備的訪問(wèn)名（NodeName）建立標(biāo)記點(diǎn)建立函數(shù)表達(dá)式檢查標(biāo)記名狀態(tài)NY建立標(biāo)記點(diǎn)的判斷表達(dá)式圖3

46、-6利用函數(shù)IOSetAccessName 實(shí)現(xiàn)冗余的方法如果系統(tǒng)有兩臺(tái)操作管理站，機(jī)器名分別是 PC1 和 PC2，分別運(yùn)行同樣版本但不同 License 的 InTouch 軟件，每個(gè) InTouch 都帶有各自的 I/O Server，并設(shè) I/O 17Server 的應(yīng)用程序名字都是 MBenet，函數(shù)使用方法如下：(1)要在每一個(gè) InTouch 應(yīng)用軟件里面都建立一個(gè)訪問(wèn)名來(lái)訪問(wèn)各自的 I/O Server，假設(shè)兩臺(tái) InTouch 的訪問(wèn)名的名字和內(nèi)容都是一樣，名字是 AccessMB，節(jié)點(diǎn)名是本地機(jī)器名，應(yīng)用程序名是 MBenet，主題名是 MBTopic（假設(shè) MBTopic

47、 已在I/O Server 建立） 。(2)在每一個(gè) InTouch 再建立一個(gè)訪問(wèn)名，訪問(wèn)名的名字和內(nèi)容也都是一樣的，名字都是 MBStatus，節(jié)點(diǎn)名里面填寫互為對(duì)方的機(jī)器名，應(yīng)用程序都填寫 View，主題名都填寫 IOStatus，協(xié)議選 SuiltLink。(3)在每一個(gè) InTouch 的標(biāo)記名字典中建立一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，名字都是 CheckMBStatus （其實(shí)這個(gè)名字可以隨意） 、類型都是 I/O 離散、它的訪問(wèn)名都挑選 MBStatus、項(xiàng)目名都是 AccessMB。3、函數(shù)運(yùn)行檢查：運(yùn)行 InTouch，測(cè)試已建立的這個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的值，如果以上設(shè)置都是正確的話，將會(huì)看到這個(gè)點(diǎn)的值都是

48、“1”或者“On” ，表示連通。此時(shí)可隨意關(guān)閉其中一臺(tái)機(jī)器的I/O Server，若關(guān)閉 PC1 的 I/O Server，PC2 上的這個(gè)點(diǎn)的值將變成“0” 或者“Off”，表示斷開(kāi)。此時(shí)，即可利用這個(gè)點(diǎn)（CheckMBStatus） 來(lái)實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)操作管理站的互為冗余了。換而言之，當(dāng) PC1 的 I/O Server 斷開(kāi)，PC2 的這個(gè)點(diǎn)（CheckMBStatus） 的值就會(huì)置“0” ，連通時(shí)即置“1” ，反之亦然。在每一臺(tái)操作管理站的 InTouch 應(yīng)用程序的腳本中都同樣的建立判斷語(yǔ)句。3.1.4InTouch 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫(kù)庫(kù)InTouch SQL Access Manager 附加程序

49、設(shè)計(jì)用于方便地傳輸數(shù)據(jù)，它可以實(shí)現(xiàn)本地歷史數(shù)據(jù)庫(kù)和 SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)傳遞，還可以實(shí)現(xiàn)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的連接。InTouch SQL Access 產(chǎn)品由 SQL Access Manager 程序與 SQL 函數(shù)組成。SQL Access Manager 程序用于創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)列，并將它們和 InTouch 標(biāo)記名字典中的標(biāo)記名相關(guān)聯(lián)。將數(shù)據(jù)庫(kù)列與 InTouch 數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)記名關(guān)聯(lián)起來(lái)的過(guò)程被稱作“綁定” 。通過(guò)將 InTouch 數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)記名與數(shù)據(jù)庫(kù)列綁定起來(lái)，SQL Access Manager 便可直接操作數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。18圖 3-7 變量綁定圖通過(guò)在InTouch QuickS

50、cript中執(zhí)行SQLConnect() 函數(shù)，可連接MicrosoftSQL Server，Oracle ，Microsoft Access。函數(shù)結(jié)構(gòu)為：SQLConnect（ConnectionId，=；attribute=；） ；InTouch 使用 SQL 函數(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行交互。這些函數(shù)是標(biāo)準(zhǔn) InTouch QuickScript 函數(shù)的擴(kuò)展，可用在任何腳本中。它們可供您選擇、修改、插入或刪除選擇訪問(wèn)的表格中的記錄。SQL 函數(shù)的一般格式如下：SQLFunction（Parameter1， Parameter2，）SQL Access Manager 是一套兼容 ODBC 的

51、應(yīng)用程序，只要提供了相應(yīng)的 ODBC 驅(qū)動(dòng)程序，它可以同任何數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行通信。在使用 ODBC 驅(qū)動(dòng)程序之前，必須通過(guò)“Microsoft ODBC 管理器”程序?qū)λM(jìn)行配置，以便設(shè)置兼容 ODBC 的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的鏈接21。3.2下下位位機(jī)機(jī)PLC控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)3.2.1 下下位位機(jī)機(jī)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)硬硬件件配配置置從性價(jià)比和技術(shù)成熟的角度考慮，本文設(shè)計(jì)下位機(jī)控制系統(tǒng)可編程序控制器（PLC）所有硬件選用 SIEMENS 公司標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。系統(tǒng)中所有模件均為接插式的，便于更換。機(jī)柜內(nèi)提供 I/O 總量的 15做備用，同時(shí)在插槽上還留有擴(kuò)充 20I/O 的余19地。這樣方便擴(kuò)展功

52、能，對(duì)于損壞的端子能及時(shí)更換?？刂葡到y(tǒng)采用 PLC 加就地上位機(jī)并接入電廠輔控網(wǎng)的分級(jí)控制結(jié)構(gòu)方式。兩臺(tái)機(jī)組取樣系統(tǒng)和兩臺(tái)機(jī)組加藥系統(tǒng)采用一套冗余的 PLC?？稍诰偷乜刂剖覂?nèi)通過(guò)上位機(jī)對(duì)加藥取樣系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)也可在集中控制室內(nèi)通過(guò)電廠輔控網(wǎng)操作員站對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。該控制系統(tǒng)上位機(jī)和 PLC 之間通過(guò)以太網(wǎng)接口進(jìn)行通訊。PLC 通過(guò) I/O 模件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。S7-400 自動(dòng)化系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)。它所具有的模板的擴(kuò)展和配置功能使其能夠按照每個(gè)不同的需求靈活組合。一個(gè)系統(tǒng)包括：電源模板，中央處理單元（CPU） ，各種信號(hào)模板（SM） 、通訊模板（CP） 、功能模板（FM） 、接口模板

53、(IM)。 SIMATIC S7-400 最多有 21 個(gè)擴(kuò)展單元（EU）都可以連接到中央控制器（CC） ，擴(kuò)展方式主要有以下幾種：通過(guò)接口模板連接（IM） ；集中式擴(kuò)展；用 EU 進(jìn)行分布式擴(kuò)展；用 ET 200 進(jìn)行遠(yuǎn)程擴(kuò)展。主要功能有：高速指令處理 、用戶友好的參數(shù)設(shè)置、口令保護(hù)、系統(tǒng)功能、控制方式及硬件配置23。圖 3-8 西門子硬件圖同時(shí)為了增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，保護(hù) PLC 系統(tǒng)硬件。所有模擬量和開(kāi)關(guān)量的I/O 模件裝有隔離裝置，通道之間提供 1500V 以上的有效隔離值。為了提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，應(yīng)該設(shè)置足夠容量的存儲(chǔ)器，本套裝置存儲(chǔ)器有 40的備用量。另外所有通信線，信號(hào)線和電源

54、和 PLC 模塊均接地線，這樣既提高了保護(hù)作用又增加了抗干擾能力。保證 PLC 系統(tǒng)能在高的電氣噪聲，無(wú)線電波干擾和振動(dòng)環(huán)境下連續(xù)運(yùn)行。并所有在可編程控制器系統(tǒng)中的硬件能夠在環(huán)境溫度2060，相對(duì)濕度為20595（不結(jié)露）的范圍內(nèi)連續(xù)運(yùn)行。3.2.2 硬硬件件系系統(tǒng)統(tǒng)的的冗冗余余設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)一、冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)所有設(shè)備都采用冗余結(jié)構(gòu)是不必要也是不經(jīng)濟(jì)的，為了提高系統(tǒng)的可靠性，集散控制系統(tǒng)在重要設(shè)備及對(duì)全系統(tǒng)有影響的公共設(shè)備上常采用冗余結(jié)構(gòu)。冗余結(jié)構(gòu)常采用同步運(yùn)轉(zhuǎn)、待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、后退運(yùn)轉(zhuǎn)及多級(jí)操作等冗余方式。同步運(yùn)轉(zhuǎn)方式：它是讓兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的裝置以相同的方式同步運(yùn)轉(zhuǎn)，輸入相同的信號(hào)，進(jìn)行相同的處理，然后對(duì)

55、輸出進(jìn)行比較，如果輸出保持一致則系統(tǒng)正常運(yùn)行。兩臺(tái)運(yùn)行系統(tǒng)稱為雙重系統(tǒng)，成本較高，適應(yīng)用于要求可靠性極高的場(chǎng)合。待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式：它是采用后備設(shè)備組成 1：1 或 N：1 備用系統(tǒng)。平時(shí)后備設(shè)備處于準(zhǔn)備狀態(tài)，一旦運(yùn)行中設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，能立即啟動(dòng)后備使其運(yùn)轉(zhuǎn)。由于后備設(shè)備處于待機(jī)工作狀態(tài)故又稱熱后備系統(tǒng)。這種冗余方式中需要有一個(gè)監(jiān)視器和指揮裝置，處在故障發(fā)生狀態(tài)時(shí)，處理軟件和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移等操作，還需相應(yīng)程序自動(dòng)切入備用設(shè)備，使其運(yùn)轉(zhuǎn)。集散控制系統(tǒng)中通信常采用 1：1 備用待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式。而多路控制器等過(guò)程控制裝置常采用 N:1 備用方式，N 的數(shù)值與制造廠產(chǎn)品特性有關(guān)24。在集散控制系統(tǒng)中，同步運(yùn)轉(zhuǎn)方式

56、和待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式用的較多，而后退運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)方式和多級(jí)操作方式用的較少。本套系統(tǒng)采用待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式即雙機(jī)熱備冗余。使用高可靠性的可編程控制器的目的是為了減少生產(chǎn)損失，不管是故障帶來(lái)的損失還是維修工作引起的損失，停工的成本越高越需要容錯(cuò)系統(tǒng)。系統(tǒng)的高投入會(huì)很快被避免的生產(chǎn)損失所補(bǔ)償。西門子PCS7冗余系統(tǒng)分軟冗余和硬冗余，軟冗余和硬冗余所要求的軟件和硬件類型都不同，性能也不相同。從實(shí)現(xiàn)的方式上對(duì)比：1）軟冗余是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，也就是是西門子的 SWR 軟件包；硬冗余，則是使用CPU417H；414H；412H 來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于 PLC 本身的操作系統(tǒng)及硬件設(shè)置上均不同，硬冗余的同步機(jī)理為事件同步。2）硬冗余的兩

57、個(gè)熱備系統(tǒng)必須使用相同的 PLC；軟冗余的兩個(gè)暖被（？）系統(tǒng)可以使用不同的 PLC。3）硬冗余的同步鏈路采用同步模塊和光纖，有長(zhǎng)距，短距兩種；軟冗余則使用MPI，DP（CP343-5,CP443-5）和 IE（CP3431，CP4431） ，程序內(nèi)部調(diào)用的是xsend/xrcv、AGsend/rcv 以及 Bsend/rcv。從性能上來(lái)對(duì)比：211）冗余的層級(jí)：軟冗余無(wú)法進(jìn)行 IO 冗余；IO 冗余僅能在硬冗余里實(shí)現(xiàn)。此外，Ylink 僅能在硬冗余中實(shí)現(xiàn)。2）系統(tǒng)切換的時(shí)間：硬冗余 PLC 無(wú)切換時(shí)間，因?yàn)槌绦蛲瑫r(shí)在兩個(gè) CPU 里運(yùn)行，硬冗余里成為主動(dòng)切換；被動(dòng)切換，也就是從站切換的時(shí)間10

58、0ms；對(duì)于軟冗余，冗余程序僅在主 CPU 內(nèi)執(zhí)行，備用 CPU 僅執(zhí)行非冗余段程序，切換時(shí)為整個(gè)系統(tǒng)的切換。切換時(shí)間取決于同步鏈路的類型，速率和同步數(shù)據(jù)量的大小，DP 從站的多少，多為秒級(jí)。切換時(shí)，軟冗余系統(tǒng)中 DP 從站的接口模板或 DP 鏈路故障均會(huì)造成主備 CPU 的切換，而引起整個(gè)系統(tǒng)的切換；而在硬冗余中，從站的故障不會(huì)造成主備 CPU 的切換。3）信息的丟失：CPU 間的切換可能導(dǎo)致部分信息，如報(bào)警信息的丟失，因?yàn)閳?bào)警在當(dāng)前激活的主 CPU 中進(jìn)行處理。所以，軟冗余系統(tǒng)中會(huì)存在信息的丟失；而硬冗余系統(tǒng)中，由于 CPU 間為事件同步的方式，且切換無(wú)時(shí)間，保證了信息不會(huì)丟失，也就是硬冗

59、余中所說(shuō)的平滑切換。從上面的分析可知，西門子硬冗余與軟冗余相比，硬冗余的操作更方便，功能更強(qiáng)大，所以本套系統(tǒng)采用西門子硬冗余組件20。S7-400 H 是典型的西門子 PCS7 硬冗余。硬冗余軟件要求: 1 套 STEP7 編程軟件（V5.2 或更高） ，硬件要求：S7-400 H 系列的 CPU。相對(duì)于軟冗余，硬件冗余系統(tǒng)切換速度快，主備 CPU 中的數(shù)據(jù)和事件保證完全一致，適于高可靠性應(yīng)用場(chǎng)合，成本較高。本套系統(tǒng)采用硬冗余結(jié)構(gòu)。根據(jù)本系統(tǒng)系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)有以太網(wǎng)冗余、電源冗余、CPU 冗余，總線冗余， 而 I/O 單元使用單通道切換式 I/O，故硬件冗余系統(tǒng)所需器件如下:1個(gè)安裝機(jī)架UR2

60、-H2個(gè)電源模板PS 407 10A2個(gè)容錯(cuò) CPU CPU 414-4H 和 CPU 417-4H4個(gè)同步化子模板2根光纜2個(gè)以太網(wǎng)模塊一個(gè)ET 200M 分布式I/O 設(shè)備的底板總線上插有2個(gè)IM 153-2必備的附件如PROFIBUS 屏蔽電纜等。本文設(shè)計(jì)的冗余系統(tǒng)原理圖如圖3-9所示。操作員站打印機(jī)打印機(jī)操作員站工業(yè)以太網(wǎng)光纖443-1 443-1CPU0SP0(S7-414H)CPU1SP1(S7-414H)PROFIBUS-DPPROFIBUS-DPI/OI/OI/OI/OI/OI/OET2000MET2000M遠(yuǎn)程I/O遠(yuǎn)程I/O交換機(jī)1交換機(jī)2圖 3-9 冗余系統(tǒng)圖S7-400