S5 PLC系统上位监控的WinCC V6改造

一、项目简介

1. 本项目位于天津市西青区，华能天津杨柳青热电厂。此电厂现拥有两台套200MW发电机组及两台煤粉锅炉，是一家大型火力发电厂。

2. 项目的简要工艺：在火力发电行业中，煤经锅炉燃烧后加热汽包中的水产生蒸汽，推动汽机旋转带动发电机发电。锅炉出口的烟中含有大量粉尘颗粒，按照环保要求必须经过除尘后才能排入大气中。本电厂现在采用高压静电除尘器，利用静电吸尘然后通过震打、收集手段将灰收集到灰斗中，再经气力输灰装置输送到灰库中，供水泥行业等使用。气力输灰属于锅炉辅机部分，通常使用PLC实现其控制功能。

3. 项目当中使用的西门子自动化产品：一套S5-115U、两套S5-155U作为控制装置，控制了两台炉的全部气力输灰装置，包括气动阀门、压力变送器、温度传感器等过程控制对象。新进行的改造包括WinCC监控软件， PROFIBUS总线板卡CP5431、CP5613A2， Siemens的SimaticNet2006。

二、控制系统构成

1. 整个项目中的硬件配置、系统结构；各组成部分选择的依据。与S5PLC的通讯方式有许多种，基于Profibus的FDL、FMS等，或者基于Ethernet上都有成熟的通讯方案，我们选用的是基于Profibus的FMS方式。为了实现FMS通讯，3套AS站侧选用3块CP5431卡件分别插到S5-115U/155U的可用扩展插槽上，建立了AS站侧的Profibus接口；3台上位机监测电脑上各安装了1块CP5613A2通讯卡，从而为上位机提供了Profibus接口。使用专用的Profibus电缆及总线连接器将3套PLC与3台上位机连接到同一个Profibus网络上，建立起通讯总线的物理连接。

2. 选用Profibus网络与选用Ethernet网络相比较，主要优点是实现成本较低。在网络规模不大、通讯负荷较轻时Profibus完全能够胜任。

三、控制系统完成的功能

1. 本案例中，原有控制方式是传统的操作屏模式，在操作间设有一5000＊1200的按钮操作屏，屏上刻画出了除灰过程的设备及工艺流程图，并安装了大量的开关和按钮，当前工艺过程状态通过操作屏上的指示灯进行显示，设备、功能组的启停全部通过开关和按钮控制。为了提高控制的自动化程度，降低设备检修强度，同时为了满足控制室的搬迁要求，决定进行操作模式的改造升级，在维持原有操作屏操作的基础上，增设3台上位机，使用WinCC实现一套新的控制平台。选用WinCC是因为其灵活快速的画面组态、报警组态功能，完善的历史数据归档、曲线、报表功能，丰富的图库、脚本函数库资源。WinCC V6版本使用了SQL Server2000数据库，开放的接口，广泛的使用面更为WinCC增添了新的亮点。WinCC对OPC技术的支持与应用，使用户获得了自由扩展的接口，WinCC即可以作为标准的OPC Client使用，同时又是标准的OPC DA/HDA/A&E Server。作为标准的OPC Client，我们可以用WinCC通过添加OPC Suite来访问所有支持OPC DA接口的OPC Servers，即可以是象SimaticNet这样的Siemens自己的产品，也可以是第三方厂家产品。而作为标准的OPC DA/HDA/A&E Server，我们可以开发自己的OPC Client应用程序实现对WinCC过程数据/历史数据/报警事件数据的访问，现在较为流行的工厂SIS/MIS系统软件多数支持OPC访问接口，WinCC完全支持他们的访问。SimaticNet也是一套标准的OPC Server产品，同时它又提供了对Siemens各网络类型板卡的支持，项目中就是借助CP5613A2板卡 通过SimaticNet中的OPC Server实现与S5系列AS站之间的FMS连接，上位机中FMS连接的建立是在安装了SimaticNet后生成的PC Station中实现的，借助SimaitcNet的PC Station组态工具，将建立好的FMS连接下装到PC Station中，要注意的是所建的连接一定要与AS站上的CP5431的设置参数相一致，CP5431的设置工作是在专用软件COM5431中完成的。AS站加装CP5431板卡，对程序作相应更改并调试通过后，应能建立上位机与S5 PLC之间的数据通讯，在此调试过程中，SimaticNet提供了一个很好的OPC调试工具————OPC Scout，利用OPC Scout我们可以方便直观的浏览、连接、测试当前能够连接上的OPC数据源。当然WinCC也不甘落后，在添加了OPC驱动包后，右击此OPC驱动包并选择System Parameter，打开的窗口同样具有OPC扫描、浏览功能，利用其完美的浏览选择功能我们能快速、方便的建立我们所需要的数据标签。此项目中除了采集3套S5 PLC数据外，同时又连接了4套OMRON的小型PLC，我们采用的依然是OPC技术，选购了OMRON的SYSMAC OPC产品，用WinCC与SYSMAC建立OPC通讯，从而实现了对OMRON PLC产品的监控，更体现了WinCC对OPC的支持所带来的益处。经以上各技术点的应用，我们成功实现了对除灰系统的WinCC监控改造。

2. 项目中的难点：在项目实施过程中，遇到的最大困难是通讯响应速度问题。原有控制方式中，设备的状态显示借助指示灯的状态来实现，指示灯有两种闪烁频率，1Hz和0.5Hz。为了不改变程序中的逻辑处理部分，我们力图在WinCC画面上实现与操作屏上指示灯的同步闪烁，这就要求WinCC上的数据刷新周期要快于灯的闪烁周期。为了实现这一目的，在WinCC中的画面元素的刷新周期要一致，全部设为500ms周期；关键的设置在于CP5431的发送周期上，若将SendAll/ReceiveAll的调用安排在OB1中是不合理的，因为此项目的程序量较大，导致OB1的完全执行周期较长且不稳定，对于S5-155U/948CPU，我们选择了较快的定周期中断OB11。另外，在组态CP5431的COM5431中的数据排列顺序也要作相应考虑，力求使与显示有关的所有数据能在一个发送包中传递完毕。经过对以上几点的着重处理，最终获得了令人满意的同步显示效果。

3. 附加生产工艺当中的工艺照片。




四、项目运行

到目前为止，项目已经投入运行近一年了，系统运行很稳定，用户反应良好。

五、应用体会

通过这一项目，切身体会了WinCC的OPC接口的方便性与开放性。SimaticNet体系逻辑结构清晰，接口全面使用方便，其附带的调试工具非常实用。