曾蓉 （1968 -）

女，汉族，四川重庆人，硕士，副教授，研究领域为计算机应用技术。
基金项目：2008年重庆市电力公司科技项目（项目编号：2008渝电科技46#-16-6）




摘要：研究设计了和利时HOLLIAS-MACSV DCS与西门子SIEMENS PLC S7-300 基于OPC的网络通信方案，详述了DCS的组态设计，该方案应用于火电厂蒸汽吹灰控制系统中，将DCS与PLC构成一个可以交换信息的整体，实现了由DCS集控运行人员监控吹灰控制系统的运行，减少监控点，节约了电厂的运行成本。

关键词：OPC；DCS；PLC；网络控制

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

    分散控制系统（DCS，Distribute Control System），它综合了计算机技术、网络通信技术、软件技术、输入输出接口技术等前沿技术，因其可靠性高、功能完善、数据共享及组态方便等优点，在我国大型火电机组中得到广泛应用，并成为主流。新建机组的热工过程控制均采用分散控制系统，许多小机组也在进行DCS改造，这不但减轻了运行人员的劳动强度，而且改善了劳动条件，确保了机组安全、经济、高效的运行。

    火电厂中，一些辅助工艺如锅炉蒸汽吹灰系统的运行，与机组的安全经济运行有着密切的联系，一般采用可编程控制器（PLC）来进行控制。而DCS与PLC一般是不同的生产厂商提供的，设备具有不同的通信机制，由于不同软件中的通讯模块访问接口不尽相同，因而造成了工控软件相互之间不能通信，软件资源不能共享，数据没有实现整体管理，会使这些辅助工艺过程的控制成为“信息孤岛”。可采用OPC方式将这些系统的当前状态引入到DCS系统中，过程数据纳入DCS进行统一监视和管理，由集控运行人员集中监控，可减少监控点，节约了电厂的运行成本。

    本文将建立和利时DCS HOLLIAS-MACSV与西门子PLC S7-300基于OPC通信的网络控制系统。

2  基于OPC的DCS与PLC网络控制系统硬件方案

    OPC（OLE for Process Control，用于过程控制的对象链接与嵌入），是以微软公司的OLE/COM 和DCOM 机制作为应用程序的通信标准，采用客户——服务器结构。OPC客户程序通过接口与OPC服务器通信，间接地对现场数据进行存取。

    OPC作为硬件和软件之间的一个中间接口，使不同的客户软件能够访问任意的数据源。开发商可以开发一个高度优化的、可重用的OPC服务器访问底层的硬件，并将数据以OPC接口方式提供任何的具有OPC接口的客户端软件。

    硬件厂商为其设备开发一个通用的符合OPC规范的数据接口（即OPC Server），供其它系统读写信息，应用软件也通过OPC规范来读写硬件设备的信息（作为OPC Client）。用OPC技术可以实现全厂综合自动化，实现DCS、PLC、FCS等的无缝连接。

    OPC 的出现建立了一套符合工业控制要求的通信接口规范，它基于 Microsoft OLE（现在为ActiveX）、COM（Component Object Model）和 DCOM（Distributed Component Object Model）等技术。该技术完全支持分布式应用和异构环境下应用程序之间软件的无缝集成和互操作性，它使设备层、自动化层以及信息层之间的协同工作成为了可能，并且提供了工业自动化应用的统一数据传输平台，使异构系统之间的数据交换更为方便。

                               图1   基于OPC的DCS与PLC系统集成方案结构图

    DCS、PLC都具有OPC接口能力，采用OPC技术实现DCS与PLC系统集成的结构如图1所示。该方案具有以下主要特点：

    （1）都能将DCS数据库和PLC系统数据库在DCS中可以整合为一个数据库，完全实现在DCS上对辅助系统的监控。

    （2）DCS和SIEMENS PLC系统上位机软件组态王均基于OPC标准开发，且DCS的操作员站和PLC系统上位机均支持以太网通讯，因此易于实现。

    （3）OPC方案实际应用中可采用快速光纤以太网可保证网络的畅通和整个系统的性能，且网络拓扑结构简单，需要额外增加的设备较少。

    （4）当PLC系统发生双机热备切换时，DCS和PLC系统的通讯仍然能够正常进行，无需专门设计切换电路。

3  基于OPC的DCS与PLC集成控制系统软件设计

3.1 S7-300组态

    在燃煤锅炉运行中，受热面的积灰和结渣是不可避免的，严重积灰和结渣对于锅炉的正常运行非常不利。灰污的热阻很大，附着在受热面上将降低受热面的吸热能力，使得传热效率降低。炉膛及后续受热面传热效率降低将导致各个受热面的吸热量减少，炉膛出口以及最终的锅炉排烟温度升高，锅炉整体效率下降。一般而言，与清洁状况相比，受到污染后锅炉效率将降低1%～2.5%，排烟温度升高十几度。

    吹灰器运行后，锅炉排烟温度达到最低，锅炉效率得到最大值；随着时间推进，锅炉受热面集灰增加，锅炉排烟温度逐渐增加，效率逐渐减小。可见吹灰在锅炉运行中非常重要。积灰和结渣不仅使得受热面的吸热能力降低，而且会引起受热面表面温度过高，导致受热面金属超温和高温腐蚀，甚至出现管排爆漏。此外，较大的渣块坠落还会引发锅炉安全问题。

    蒸汽吹灰器一般装设在水冷壁、对流受热面及空气预热器处。蒸汽吹灰方式在现今我国电站锅炉和工业锅炉上应用最多，市场占有率最高。它的工作原理是：用过热蒸汽为介质，在0.8～0.2MPa（常用）的压力下，通过吹灰枪的喷嘴，直接冲击热交换器的表面，将表面的积灰去掉，防止结渣，一般能提高锅炉的热效率约1％~3％。

    蒸汽经过蒸汽门MSV进入吹灰蒸汽母管，疏水门OV通向疏水膨胀箱，用来将温度低的蒸汽排出，以免饱和蒸汽进入吹灰器损坏受热面。在开始吹灰前，应该先开启疏水门和蒸汽门，进行暖管，待吹灰母管蒸汽温度达到规定值后，再关闭疏水门，并开始进行吹灰。吹灰器投入后，启动电动机，通过减速器驱动过热吹灰器吹灰管边旋转边前进，同时开启蒸汽门。当吹灰器达到最大行程后，电动机反转，吹灰器退回到原始位置，关闭蒸汽门。

    根据吹灰系统工艺，进行吹灰系统的硬件和软件组态，下装。

3.2  WINDOWS XP操作系统的OPC通信的设置

    和利时DCS进行OPC通信方式之前进行如下设置：

    （1）“我的电脑”→“控制面板”→“管理工具”→“本地安全策略”→“安全选项”→“网络访问本地帐户的共享和安全模式” →右键“属性”→“经典”。

    （2）WINDOWS系统进行如下设置：

    “开始”→“运行”→“DCOMCNFG” →“组件服务”→“计算机”→“我的电脑”→工具栏“配置我的电脑” 按钮→“COM安全”卡→“编辑限制”和“编辑默认值”选项全部点开，各增加一个组和名称“Everyone”，Everyone的权限中“允许”全“√”。

“开始”→“运行”→“DCOMCNFG” →“组件服务”→“计算机”→“我的电脑”→“DCOM配置”中选中“Kingview.view.1”→单击右键选“属性”→“标识”选项卡→“交互式用户”，确定。

    （3）关闭所有防火墙。

    （4）DCS与PLC上位机WINDON操作系统设置为同一“网段”、同一“工作组”、用同一用户名的相同密码登陆。

3.3  组态王的组态

    PLC上位机操作站监控软件采用组态王KINGVIEW6.53。

    组态王中“工程浏览器”中“设备”增加“OPC服务器”XT88\\hollysys.MacsOPCSvr.1，并设置。

    在组态王“数据词典”中另增加DCS与PLC需要交换信息的全部变量，由于DCS客户端只能对组态王服务器的内部变量通信，故所有的PLC的变量全部要传送给组态王的内部变量。如PLC输出Q4.0在组态王数据词典为I/O变量，变量名PLC2Q40，Q40为内部变量；在组态王“文件”→“命令语言”→“应用程序命令语言”中编如下程序：

    Q40=PLC2Q40；

    ……

    这样所有PLC的输入输出可通过OPC方式与DCS交换信息。

3.4  DCS的OPC配置及编程

    （1）“OPC服务器”的安装

    安装OPC服务器目录任意，不一定与和利时软件同目录。安装\SP2\OPClient\Patch→安装补丁。

    （2）控制算法组态

    启动控制算法组态，在系统中增加需要与组态王交换信息的所有变量（如Q40）为全局变量，完成后全部编译。启动数据总控，全部联编。然后下装操作员站，下装服务器。

    （3）OPC客户端设置

    安装HOLLYSYS MACSV OPC客户端程序OPCClient，然后进行配置与调试。在组态王处于运行时，输入组态王上位机的名称或地址，刷新，找到组态王的OPC服务器“Kingview.view.1”确定。进入HollySys Clinet进行配置与调试，增加标签，将PLC中需要上传的内部变量加入。修改“点名及项名”，应该定义为与MACSV控制器算法中的全局变量相同的名称，如“PLC2Q40”等，可观察所列数据与组态王同步变量，如图2所示。

                                 图2   HollySys OPC Client变量状态

    运行“操作员在线”，蒸汽吹灰系统的实时监控画面如图3所示，图中红色状态表示正在运行的吹灰器，由S7-300控制，运行状态就显示出来，集控运行人员可掌握相关信息，进行协调运行。

                    图3   基于OPC的DCS与PLC通信的吹灰系统实时监控画面

4  总 结

    电力工业正着眼于走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染小的新型工业化道路。为适应这一发展形势的需要，机组容量的不断增大，自动化水平不断提高，所采用的控制系统和设备也越来越多。由于制造商的不同，它们各自采用自己的通信协议，形成了基于PLC、DCS、FCS并存的各种工业控制网络。因此，在实际生产现场形成了异构网络构成的监控平台，不同的监控平台，对各种不同的生产现场或同一生产现场的不同部分进行实时监控，难以互相联系和数据共享，这就是“信息孤岛”的弊端。

    利用计算机和网络技术将各辅助系统的过程数据进行统一监视和管理，并可通过网络统一的接口将辅助系统的过程数据送至DCS集控室，实现对辅助系统的监控和仍至无人值守，减少监控点，节约了电厂的运行成本。考虑到系统整体的安全性、稳定性、扩展性和经济性， 采用了OPC方式实现了和利时DCS HOLLIAS-MACSV与西门子PLC S7-300通信的网络控制系统，使集控运行人员可监控与主机运行密切相关的辅助系统的运行情况，协调操作，以达到优化运行、节能增效的良好效果。根据试验测试和实际运行，采用OPC技术，实现电厂辅机无缝集成控制，对DCS系统的稳定运行几乎没有影响，系统安全性和可靠性大大增强，大大提高了电厂自动化水平，既节约了项目成本，也为电厂减人增效创造了条件，使电厂更加适应厂网分开、竞价上网的要求。

参考文献

[1] 廖常初. S7-300/400 PLC应用技术[M]. 北京: 机械工业出版社，2008.6. 

[2] 曾蓉. 热工保护与顺序控制[M]. 北京: 中国电力出版社，2009.1.

[3] OPC国际基金会. OPC技术综述[Z] . 2001.

[4] 刘暾东等. OPC服务器软件开发及在DCS中的应用[J]. 化工自动化及仪表. 2007，34(1):46-48.

[5] 张林. 基于OPC和WEB的电厂监控系统[J].微计算机信息. 2006，10-3: 108-110.