Tools

西门子中国西门子中国

Site ExplorerSite Explorer
Close site explorer

S5 PLC系统上位监控的WinCC V6改造

蔡文礼 (大连中德控制系统有限公司, 大连市)

摘要:对大型电厂气力输灰系统的老控制系统S5-155U/115U进行上位操作的改造,加装三台控制电脑,使用Siemens优秀的工业监控软件WinCC V6扩展原有的传统大屏幕按钮/指示灯操作。运用了OPC通讯技术、采用CP5431通讯卡/ CP5613A2提供Profibus接口,借助第三方OPC Server软件访问OMRON的PLC产品。

关键词:OPC、Profibus、FMS。

This paper introduces that ….Using the WinCC, Profibus, OPC technology in a project to realize the control tasks.
Key Words: OPC、Profibus、FMS

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。