集中控制系统的优化设计范文

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《自动化博览杂志》2014年第十二期

1中央集中控制系统设计方案

1.1优化设计优化设计的主要设计内容：在中央控制室增加4台计算机，其中2台采用WinCC监控软件，实现对二区所有控制系统的数据采集，两台互为备用。为保证系统安全运行，第三台计算机采用Facview监控软件，整合所有MACS3系统数据，第四台计算机采用AdvanTrol_Pro监控软件，整合所有浙大中控系统数据。整个数据传输网络采用星型结构，中央控制室增加网络机柜1台，并改造利用原有网络机柜。数据与管理网衔接：为最大限度保证中央集中控制系统与管理网衔接的安全性，本设计从硬件、软件两个方面入手。硬件方面：首先增加一台数据镜像web服务器和一台数据采集服务器，将中央集中控制系统WinCC数据服务器中数据库系统内的数据采集到数据采集服务器，在数据镜像WEB服务器和数据采集服务器之间设置物理隔离装置，然后在数据镜像WEB服务器上进行数据到管理网。软件方面：在数据服务器上安装单独开发的OPC通信软件实现WinCC数据服务器和镜像服务器之间的通信，同时在数据采集服务器和数据镜像WEB服务器上安装UNIX操作系统，使其区别于WinCC数据服务器的WINDOWS操作系统，造成病毒因操作系统不同而失效。现场控制系统应用情况见表1。

1.2系统特点电源安全管理：采用30kVAUPS提供中央控制室设备供电，包括网络机柜设备供电、视频网络设备供电、视频监控LED电子屏供电、中控室计算机供电等。网络统一：原控制系统网络复杂，控制系统网络独立，互相之间不能进行数据通讯，就需要对原来的控制系统网络进行整改规划，建立一个统一的互相之间能进行数据通讯的大型网络。网络采用工业交换机及光纤通讯，网络通讯快速稳定，数据流畅。数据库统一：采用SQL大型数据库，数据存储量大，历史数据查询方便。监控软件统一：实现所有生产控制系统的整合，方便后期控制系统数据更新，方便维护人员维护。中央集中控制：可以及时查询生产信息，方便生产调度及时协调各个生产工序的生产产量和生产运行情况。

2网络通信协议及配置

监控系统的网络化是监控系统今后发展的主要方向，通过以太网对分散在不同地点的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等功能。该网络是开放式多主站SIMATIC通信系统管理单元级网络，主要用于大量数据的高速传送以及网络节点间经由网关的便利通信。SIMATICNET是西门子公司一款基于OPC技术的自动化控制方案实现软件，支持多种通信协议，广泛应用于各类分布式自动化系统中。现场操作员站和中控室操作员站之间基于OPC技术的通信通过该软件进行配置实现，其中现场操作员站配置成OPC服务器，通过OPC标准接口和中控室操作员站实现通信。另外中控室操作员站可以直接通过以太网访问现场PLC系统工作站，从而实现客户端与S7-300／400系列PLC间的通信。

2.1网络通信及硬件配置集中控制系统网络通讯最大的特点是每一套PLC要和三至四台操作员站通讯，而中央控制室里的操作员站要和多套PLC通讯。由于现场控制系统比较多，而且控制系统网络通讯限制，本集中控制系统分为三套独立网络通讯结构，一套控制系统为和利时控制系统集中整合，第二套为浙大中控控制系统集中整合，第三套为所有PLC控制系统集中整合。集中控制系统整合后要求原来PLC控制系统都要实现以太网通讯，通讯协议为TCP/IP。原来各生产岗位主控室操作员站不做大的更改，所有控制系统都通过光纤通讯到集中控制室，保证通讯快速安全。PLC控制系统、原岗位操作员站、集中控制室工作站的IP地址都统一到同一个网段，IP地址重新调整统一编排，保证IP地址不冲突数据传输通讯顺畅。整体网络结构配置如图1所示。

2.2OPC通信DCOM配置OPC技术依赖于微软的COM和DCOM在自动化的硬件和软件之间进行数据交换，如果不能正常建立OPC的连接或者是不能成功地传输OPC数据，可能与DCOM配置问题有关。下面讲述如何正确配置DCOM的步骤并保证安全。DCOM配置并建立可靠的DCOM通讯包括下列步骤：（1）移除Windows安全；（2）建立相互能识别的用户帐号；（3）配置系统宽泛的DCOM设置；（4）配置Server特殊的DCOM设置；（5）恢复Windows安全。OPC客户端连接OPC服务器有两种方式：本地连接和远程连接。连接本地(即本机)OPC服务器时，不需要对OPC服务器进行任何配置。连接远程(即非本机)OPC服务器时，需要对OPC服务器进行一系列的配置。当OPC服务器设置好DCOM后，OPC客户端这台机器不设置DCOM组件可以直接连接OPC服务器读取数据。

3中央集中控制系统监控实现

监控组态软件不仅有监控和数据采集功能，而且有组态、开发和开放功能。西门子公司的WinCC运行于个人计算机环境，可以与多种自动化设备及控制软件集成，具有丰富的设置项目、可视窗口和菜单选项，使用方式灵活，功能齐全。用户在其友好的界面下进行组态、编程和数据管理，可形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表等。它为操作者提供了图文并茂、形象直观的操作环境，不仅缩短了软件设计周期，而且提高了工作效率。WinCC的另一个特点在于其整体开放性，它可以方便地与各种软件和用户程序组合在一起，建立友好的人机界面，满足实际需要。用户也可将WinCC作为系统扩展的基础，通过开放式接口，开发其自身需要的应用系统。

3.1变量管理组态WinCC的变量系统是变量管理器。WinCC使用变量管理器来组态变量。变量管理器对项目所使用的变量和通讯驱动程序进行管理。WinCC与自动化控制系统问的通讯依靠通讯驱动程序来实现；自动化控制系统与winCC工程间的数据交换通过过程变量来完成。WinCC的变量按照功能主要分为外部变量、内部变量、系统变量三种类型。（1）外部变量：由外部过程为其提供变量值的变量，称为WinCC的外部变量，也称为过程变量。每一个外部变量都属于特定的过程驱动程序和通道单元，并属于一个通道连接。相关的变量将在该通讯驱动程序的目录结构中创建。外部变量的最大数目由授权限制。（2）内部变量：过程没有为其提供变量值的变量，称为内部变量。内部变量没有对应的过程驱动程序和通道单元，不需要建立相应的通道连接。内部变量在“内部变量”目录中创建。所组态的内部变量的数目不受限制。（3）系统变量：WinCC提供了一些预定义的中间变量，称为系统变量。每个系统变量均有明确的意义，可以提供现成的功能，一般用以表示运行系统的状态。系统变量由WinCC自动创建，组态人员不能创建系统变量，但可使用由WinCC创建的系统变量。系统变量可以在整个工程的脚本和画面中使用。

3.2图形组态编辑图形编辑器是一种用于创建过程画面的面向矢量的作图程序。也可以使用包含样式库中的众多的图形对象来创建复杂的过程画面。可以通过动作编程将动态添加到单个图形对象上。系统上位机画面上主要有工艺主流程、实时趋势、实时报警显示、报表打印、退出系统等功能画面。为了使系统画面美观，操作简单，画画反映的信息量大，在本系统中对PLC的数据采集大都是通过变量的直接连接来完成的，数据显示使用了WinCC智能对象中的输入输出域，通过组态对话框连接变量。画面之闻的切换大都通过VBS脚本来实现。

3.3报警记录组态在WinCC中，报警记录编辑器负责消息的采集和归档，包括过程、预加工、表达式、确认及归档等消息的采集功能，消息系统给操作员提供了关于操作状态和过程故障状态的信息。在组态期间，可对过程中应触发消息进行定义，这个事件可以是设置自动化系统中的某个特定位，也可以是过程值超出预定义的限制值。系统可用画面和声音的形式报告记录消息事件，还可以用电子和书面的形式归档。报警可以通知操作员在生产过程中发生的故障和错误消息，用于及早警告临界状态，并避免停机或缩短停机。报警记录分为两个组件：组态系统和运行系统。报警记录的组态系统为报警记录编辑器。报警记录定义显示何种报警、报警的内容、报警的时间、日期。使用报警记录组态系统可对报警消息进行组态，以便将其以期望的形式显示在运行系统中。运行系统主要负责过程值的监控、控制报警输出、管理报警确认。实时报警画面可以监视故障的发生时间。报警记录作用：系统运行后可以随时查看报警信息，在监控软件的常用菜单栏中可以看到报警信息产生的警示信息，如果警示信息产生，可以切换到报警菜单栏及时查看设备报警信息，首先对报警设备进行检查，检查后对报警信息进行确认，可以对报警设备及时进行处理，防止延误生产或者生产事故的发生。

3.4历史数据归档及查询过程值归档的是采集、处理和归档工业现场的过程数据。以这种方法获得的过程数据可用于获取与设备的操作状态有关的管理和技术标准。在运行系统中，采集并处理将被归档的过程值，然后将其存储在归档数据库中。在运行系统中可以以表格或趋势的形式输出当前过程值或已归档过程值，也可将所归档的过程值作为记录打印输出。归档系统负责运行状态下的过程值归档。归档系统首先将过程值暂存于运行数据库，然后写到归档数据库中。变量记录是用来从运行过程中采集数据并准备将它们显示和归档。WinCC使用变量记录组件来组态过程值的归档，可选择组态过程值归档和压缩归档，定义采集和归档周期，并选择想要归档的过程值。变量记录归档作用：变量记录运行后可以查询实时数据信息和历史数据信息，历史趋势记录一般可以选择查看最近几小时后者最近几天内的信息，如果变量记录保存周期够长硬盘存储量够大，甚至还可以查询最近几个月内某个时间段的历史数据信息。

4生产调度管理网数据采集与

4.1数据采集服务器本系统实现将氧化铝厂二区生产控制网与办公局域网的连接，使授权人员能够登陆服务器，实时浏览生产数据，进行生产管理。在生产控制网配置数据导入服务器，负责接入采集的生产运行数据，通过物理隔离装置与另一侧的镜像服务器通信；在局域网侧的WEB镜像服务器能保持与数据服务器的一致，并能作为WEB服务器对局域网用户；两服务器中间加设物理隔离装置，保证每时每刻的数据访问是单向的，从物理链路上隔断非法访问。在生产控制网（WinCC）和办公局域网之间加设专用隔离装置，供经授权的局域网用户实时浏览生产数据。物理隔离网关实现内网与外网的物理隔离，同时又能进行数据交换。控制网和管理网数据如图2所示。在内网（生产控制网）配置的数据服务器负责接入WinCC采集的生产运行数据，并兼作Web服务器，通过物理隔离装置与另一侧的镜像服务器通信；在办公局域网侧的镜像服务器收到并转发由局域网用户发来的数据访问请求给内侧的数据服务器，并把返回的访问结果送给局域网用户；两服务器中间加设物理隔离装置，保证每时每刻的数据访问是单向的，办公局域网侧对生产控制网侧是只能返回8个字节的数据，从物理链路上隔断非法访问；为保证镜像服务器的安全，与办公局域网网之间加配防火墙，做访问审计。

4.2数据镜像WEB服务器WEB服务是InduviewSCADA系统将实时监视和数据查询功能延拓至系统之外的有效方式。WEB服务基于因特网的B/S浏览技术。依赖此技术建立的网页画面，可供各种连网计算机友好方便地访问，对客户端没有任何特殊要求。浏览器实现功能如下：（1）显示实时刷新的生产工艺图，图形的风格与操作员工作站完全一致，用户浏览图形的权限可以定制。（2）热点调图功能：通过鼠标点击即可方便地在不同图形之间灵活切换。（3）图形的层、面切换功能：剥离用户不关心的层、面上的图形，使目标图形的显示更清楚、直观。（4）图形的缩放、拖动功能：方便大幅面图形的浏览。（5）图形循环自动播放功能：按照指定时间间隔循环播放用户指定的图形列表。（6）显示实时刷新的棒图、曲线图，支持对历史曲线查询。（7）历史事项查询功能：可以查询指定时间段内事项。（8）查询某个时段用户访问的日志。（9）连接超时自动断开功能：查看实时系统用户超过指定的时间不操作，系统间自动断开该用户与服务器的连接，以减少服务器性能的无谓的损耗。

5结语

中央集中控制系统经过4年多的运行，保证了系统运行稳定，生产安全可靠，调度管理协调方便，系统可扩展性等特点。该系统已经成为中国铝业系统一个样板工程。中央集中控制系统，实现及时采集各种控制系统的数据，并与管理网系统实现无缝连接，沟通了管理网系统与过程控制系统之间的联系，消除了企业中存在的信息孤岛现象，使得企业中的信息畅通无阻，能帮助企业降低生产成本，提高产品的质量和产量，最终提高企业的整体运营效率，获取最大经济效益。综上所述，建立中央集中控制系统，将可极大提高劳动生产率，系统的自动化程度及运行的可靠性和实时性，有效地解决生产中的很多问题，如减少生产过程中的突发故障，缩短生产准备时间和抢修时间，减少工人的劳动强度等，为氧化铝厂创造可观的经济效益和社会效益，达到降本、增效的目的。

作者：邱田迎林杰单位：山东齐韵有色冶金工程设计院