1 應(yīng)用背景
哈爾濱市一熱網(wǎng)工程改造項(xiàng)目包括集中供熱熱源廠三臺熱水爐和8個換熱站，總供熱面積94萬平方米。最遠(yuǎn)的換熱站距離熱源廠2公里。
2 客戶需求
數(shù)據(jù)采集：監(jiān)控系統(tǒng)能夠采集到包括換熱站和熱源鍋爐房在內(nèi)的所有運(yùn)行參數(shù)，將之存儲在數(shù)據(jù)庫中，并能按一定方式查詢。
實(shí)時監(jiān)視：通過實(shí)時顯示運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備狀況來監(jiān)視換熱站和熱源鍋爐的運(yùn)行狀況。
控制功能：熱源鍋爐的燃燒控制、定壓自動補(bǔ)水控制、設(shè)備安全聯(lián)鎖控制，換熱站二次供水溫度控制、氣候補(bǔ)償控制，自動補(bǔ)水控制，換熱站獨(dú)立工作和遠(yuǎn)程控制。
3 解決方案
監(jiān)控中心設(shè)在熱源鍋爐房，上位機(jī)由3臺IBM商用計算機(jī)組成（2臺操作員站，1臺工程師站），內(nèi)裝英文版Win2000操作系統(tǒng)，配備一臺行式網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)，以打印報警信息和報表。控制設(shè)備采用GE公司的DCS系統(tǒng)，其中硬件控制器選用的是PA30和9030系列I/O模塊，軟件采用OpenprocessTM。換熱站的控制器由Versamax系列PLC和觸摸屏組成。各個換熱站和熱源廠之間通過光纜連接，整個網(wǎng)絡(luò)的傳輸數(shù)據(jù)（包括熱源廠內(nèi)的上位機(jī)和下位機(jī)設(shè)備）采用以太網(wǎng)通訊協(xié)議。
熱源廠內(nèi)每臺鍋爐都設(shè)有設(shè)有后備手操屏，以保證控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，運(yùn)行人員可以進(jìn)行應(yīng)急操作以及切換到手動狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行。
每個換熱站中設(shè)有光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和控制箱，結(jié)點(diǎn)處設(shè)有100M Switch HUB。控制箱設(shè)有就地和遠(yuǎn)程控制轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)換到遠(yuǎn)程控制時，可以接受監(jiān)控中心的指令和參數(shù)設(shè)定，真正做到無人職守的換熱站。光纜環(huán)型敷設(shè)可保證通訊更加可靠。
熱源廠和換熱站的控制器中存有當(dāng)?shù)氐貐^(qū)的供熱曲線，實(shí)現(xiàn)熱源出水溫度和換熱站二次供水溫度的氣候補(bǔ)償控制。換熱站的供熱曲線可以遠(yuǎn)程修正。
4 系統(tǒng)組態(tài)
系統(tǒng)的監(jiān)控軟件采用GE公司的DCS軟件。包括PLC編程軟件ME 2.6和OpenprocessTM 7.10，上位機(jī)組態(tài)軟件Cimplicity HMI 6.0。ME 2.6對PLC進(jìn)行硬件設(shè)置和梯形圖編程，OpenprocessTM 7.10對PLC進(jìn)行策略圖編程。
4．1 配置PLC硬件
在用OpenprocessTM 7.10進(jìn)行控制算法編程之前，要先在ME中配置PLC，包括CPU和I/O模塊。主要是通訊端口配置，通訊協(xié)議選擇，I/O地址分配，以及PLC的其他工作特性設(shè)置。
4．2 在Openprocess中編程
Openprocess的編程環(huán)境（Designer Workbench）界面非常簡潔，類似Windows的資源管理器。整個界面分三部分：上面是主菜單，下面是左右并列的兩個窗口，左面的是項(xiàng)目目錄窗口，按樹形目錄形式顯示一個項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)，右面的內(nèi)容窗口詳細(xì)顯示左面被選項(xiàng)的內(nèi)容。
Openprocess編程是以回路為基礎(chǔ)的，形式類似組態(tài)，操作方法以鼠標(biāo)拖放為主。
4．2．1 定義標(biāo)簽
標(biāo)簽的定義、查找、更改和刪除的操作簡便靈活。
對于現(xiàn)場的實(shí)際信號，要創(chuàng)建與之對應(yīng)的標(biāo)簽名。標(biāo)簽名的內(nèi)容很詳細(xì)，包括名稱、描述、工程值范圍、工程單位、信號類型、信號量程、制造商信息、報警信息、級別、死區(qū)、高限、低限等。定義好的標(biāo)簽一起分配I/O地址。系統(tǒng)會自動將標(biāo)簽分類，只顯示與模塊類型相同的標(biāo)簽，便于選擇。
4．2．2 策略圖編程
主要的控制算法的編程是在策略圖完成的。策略圖編輯窗口分以下幾部分：菜單、工具條、圖塊庫和畫圖區(qū)。圖塊庫中包含豐富的功能圖塊，包括基本的數(shù)學(xué)、邏輯計算模塊，PLC內(nèi)存訪問模塊，操作面板模塊，時間功能塊，其他的如PID、順序控制等復(fù)雜的功能塊。每個功能塊都有各自的管腳，接入的數(shù)據(jù)分模擬量和數(shù)字量，通過連線（分實(shí)線和虛線與之對應(yīng)）連接。
策略圖編程方便、簡潔、直觀，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）編程時只須將功能塊從圖塊庫中拖放到畫圖區(qū)，設(shè)置好其參數(shù)，然后用連線連接，數(shù)據(jù)類型自動識別。（2）畫圖區(qū)的頁面大小可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置。（3）功能塊在拖放時自動按順序生成編號。（4）所有功能塊在的內(nèi)存中的地址自動分配，也可直接訪問指定的PLC內(nèi)存地址。（5）復(fù)雜的控制策略可分配到幾張策略圖中。（6）豐富的定位工具，方便對功能塊的定位。（7）策略圖中所有信息編譯時會自動輸出到上位機(jī)組態(tài)軟件HMI中，可被直接引用，簡化組態(tài)工作。（8）編好的策略圖可存成模板，其他類似功能的策略可由此模板創(chuàng)建。（9）項(xiàng)目所有的信息可按類自動生成報表。
本項(xiàng)目的策略圖主要是針對鍋爐燃燒控制設(shè)計的，包含3個回路：爐排控制回路，鼓風(fēng)控制回路和引風(fēng)控制回路，每個回路都采用PID調(diào)節(jié)。一個PID回路主要包含PID算法，MAAU操作面板，模擬量輸入、輸出四個功能塊。每臺爐的控制策略是獨(dú)立工作的，互不影響。爐排和給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速由鍋爐出水溫度控制，鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由爐排轉(zhuǎn)速和風(fēng)煤比設(shè)定，引風(fēng)機(jī)則保證爐膛負(fù)壓穩(wěn)定在設(shè)定值。
5 上位機(jī)畫面
上位機(jī)畫面是在HMI中完成的。到達(dá)任何一幅畫面的按鍵操作不超過兩次，畫面彈出的時間不超過1秒。主要包括工藝流程，趨勢曲線，參數(shù)報表，棒圖顯示，報警，設(shè)備狀態(tài)，回路調(diào)節(jié)等窗口。
6 實(shí)施結(jié)果
監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程監(jiān)控使得換熱站實(shí)現(xiàn)了真正的無人職守，聲光報警系統(tǒng)能及時向運(yùn)行人員提供準(zhǔn)確的故障信息，從而將原來每天的定期巡檢工作變?yōu)榕紶柕臋z修工作，大大地節(jié)省了勞動力；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)取代了按時抄表的工作，并能夠提供滿足要求的報表，提高了管理效率；燃燒控制系統(tǒng)保證鍋爐自動運(yùn)行，無須運(yùn)行人員頻繁操作，控制穩(wěn)定，效果良好，不僅節(jié)省了人力，而且節(jié)省了電力和燃料能源，得到了用戶的認(rèn)可和好評。
