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《自動化博覽雜志》2014年第十二期

1中央集中控制系統設計方案

1.1優化設計優化設計的主要設計內容：在中央控制室增加4臺計算機，其中2臺采用WinCC監控軟件，實現對二區所有控制系統的數據采集，兩臺互為備用。為保證系統安全運行，第三臺計算機采用Facview監控軟件，整合所有MACS3系統數據，第四臺計算機采用AdvanTrol_Pro監控軟件，整合所有浙大中控系統數據。整個數據傳輸網絡采用星型結構，中央控制室增加網絡機柜1臺，并改造利用原有網絡機柜。數據與管理網銜接：為最大限度保證中央集中控制系統與管理網銜接的安全性，本設計從硬件、軟件兩個方面入手。硬件方面：首先增加一臺數據鏡像web服務器和一臺數據采集服務器，將中央集中控制系統WinCC數據服務器中數據庫系統內的數據采集到數據采集服務器，在數據鏡像WEB服務器和數據采集服務器之間設置物理隔離裝置，然后在數據鏡像WEB服務器上進行數據到管理網。軟件方面：在數據服務器上安裝單獨開發的OPC通信軟件實現WinCC數據服務器和鏡像服務器之間的通信，同時在數據采集服務器和數據鏡像WEB服務器上安裝UNIX操作系統，使其區別于WinCC數據服務器的WINDOWS操作系統，造成病毒因操作系統不同而失效。現場控制系統應用情況見表1。

1.2系統特點電源安全管理：采用30kVAUPS提供中央控制室設備供電，包括網絡機柜設備供電、視頻網絡設備供電、視頻監控LED電子屏供電、中控室計算機供電等。網絡統一：原控制系統網絡復雜，控制系統網絡獨立，互相之間不能進行數據通訊，就需要對原來的控制系統網絡進行整改規劃，建立一個統一的互相之間能進行數據通訊的大型網絡。網絡采用工業交換機及光纖通訊，網絡通訊快速穩定，數據流暢。數據庫統一：采用SQL大型數據庫，數據存儲量大，歷史數據查詢方便。監控軟件統一：實現所有生產控制系統的整合，方便后期控制系統數據更新，方便維護人員維護。中央集中控制：可以及時查詢生產信息，方便生產調度及時協調各個生產工序的生產產量和生產運行情況。

2網絡通信協議及配置

監控系統的網絡化是監控系統今后發展的主要方向，通過以太網對分散在不同地點的運行設備進行監視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等功能。該網絡是開放式多主站SIMATIC通信系統管理單元級網絡，主要用于大量數據的高速傳送以及網絡節點間經由網關的便利通信。SIMATICNET是西門子公司一款基于OPC技術的自動化控制方案實現軟件，支持多種通信協議，廣泛應用于各類分布式自動化系統中。現場操作員站和中控室操作員站之間基于OPC技術的通信通過該軟件進行配置實現，其中現場操作員站配置成OPC服務器，通過OPC標準接口和中控室操作員站實現通信。另外中控室操作員站可以直接通過以太網訪問現場PLC系統工作站，從而實現客戶端與S7-300／400系列PLC間的通信。

2.1網絡通信及硬件配置集中控制系統網絡通訊最大的特點是每一套PLC要和三至四臺操作員站通訊，而中央控制室里的操作員站要和多套PLC通訊。由于現場控制系統比較多，而且控制系統網絡通訊限制，本集中控制系統分為三套獨立網絡通訊結構，一套控制系統為和利時控制系統集中整合，第二套為浙大中控控制系統集中整合，第三套為所有PLC控制系統集中整合。集中控制系統整合后要求原來PLC控制系統都要實現以太網通訊，通訊協議為TCP/IP。原來各生產崗位主控室操作員站不做大的更改，所有控制系統都通過光纖通訊到集中控制室，保證通訊快速安全。PLC控制系統、原崗位操作員站、集中控制室工作站的IP地址都統一到同一個網段，IP地址重新調整統一編排，保證IP地址不沖突數據傳輸通訊順暢。整體網絡結構配置如圖1所示。

2.2OPC通信DCOM配置OPC技術依賴于微軟的COM和DCOM在自動化的硬件和軟件之間進行數據交換，如果不能正常建立OPC的連接或者是不能成功地傳輸OPC數據，可能與DCOM配置問題有關。下面講述如何正確配置DCOM的步驟并保證安全。DCOM配置并建立可靠的DCOM通訊包括下列步驟：（1）移除Windows安全；（2）建立相互能識別的用戶帳號；（3）配置系統寬泛的DCOM設置；（4）配置Server特殊的DCOM設置；（5）恢復Windows安全。OPC客戶端連接OPC服務器有兩種方式：本地連接和遠程連接。連接本地(即本機)OPC服務器時，不需要對OPC服務器進行任何配置。連接遠程(即非本機)OPC服務器時，需要對OPC服務器進行一系列的配置。當OPC服務器設置好DCOM后，OPC客戶端這臺機器不設置DCOM組件可以直接連接OPC服務器讀取數據。

3中央集中控制系統監控實現

監控組態軟件不僅有監控和數據采集功能，而且有組態、開發和開放功能。西門子公司的WinCC運行于個人計算機環境，可以與多種自動化設備及控制軟件集成，具有豐富的設置項目、可視窗口和菜單選項，使用方式靈活，功能齊全。用戶在其友好的界面下進行組態、編程和數據管理，可形成所需的操作畫面、監視畫面、控制畫面、報警畫面、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線和打印報表等。它為操作者提供了圖文并茂、形象直觀的操作環境，不僅縮短了軟件設計周期，而且提高了工作效率。WinCC的另一個特點在于其整體開放性，它可以方便地與各種軟件和用戶程序組合在一起，建立友好的人機界面，滿足實際需要。用戶也可將WinCC作為系統擴展的基礎，通過開放式接口，開發其自身需要的應用系統。

3.1變量管理組態WinCC的變量系統是變量管理器。WinCC使用變量管理器來組態變量。變量管理器對項目所使用的變量和通訊驅動程序進行管理。WinCC與自動化控制系統問的通訊依靠通訊驅動程序來實現；自動化控制系統與winCC工程間的數據交換通過過程變量來完成。WinCC的變量按照功能主要分為外部變量、內部變量、系統變量三種類型。（1）外部變量：由外部過程為其提供變量值的變量，稱為WinCC的外部變量，也稱為過程變量。每一個外部變量都屬于特定的過程驅動程序和通道單元，并屬于一個通道連接。相關的變量將在該通訊驅動程序的目錄結構中創建。外部變量的最大數目由授權限制。（2）內部變量：過程沒有為其提供變量值的變量，稱為內部變量。內部變量沒有對應的過程驅動程序和通道單元，不需要建立相應的通道連接。內部變量在“內部變量”目錄中創建。所組態的內部變量的數目不受限制。（3）系統變量：WinCC提供了一些預定義的中間變量，稱為系統變量。每個系統變量均有明確的意義，可以提供現成的功能，一般用以表示運行系統的狀態。系統變量由WinCC自動創建，組態人員不能創建系統變量，但可使用由WinCC創建的系統變量。系統變量可以在整個工程的腳本和畫面中使用。

3.2圖形組態編輯圖形編輯器是一種用于創建過程畫面的面向矢量的作圖程序。也可以使用包含樣式庫中的眾多的圖形對象來創建復雜的過程畫面。可以通過動作編程將動態添加到單個圖形對象上。系統上位機畫面上主要有工藝主流程、實時趨勢、實時報警顯示、報表打印、退出系統等功能畫面。為了使系統畫面美觀，操作簡單，畫畫反映的信息量大，在本系統中對PLC的數據采集大都是通過變量的直接連接來完成的，數據顯示使用了WinCC智能對象中的輸入輸出域，通過組態對話框連接變量。畫面之聞的切換大都通過VBS腳本來實現。

3.3報警記錄組態在WinCC中，報警記錄編輯器負責消息的采集和歸檔，包括過程、預加工、表達式、確認及歸檔等消息的采集功能，消息系統給操作員提供了關于操作狀態和過程故障狀態的信息。在組態期間，可對過程中應觸發消息進行定義，這個事件可以是設置自動化系統中的某個特定位，也可以是過程值超出預定義的限制值。系統可用畫面和聲音的形式報告記錄消息事件，還可以用電子和書面的形式歸檔。報警可以通知操作員在生產過程中發生的故障和錯誤消息，用于及早警告臨界狀態，并避免停機或縮短停機。報警記錄分為兩個組件：組態系統和運行系統。報警記錄的組態系統為報警記錄編輯器。報警記錄定義顯示何種報警、報警的內容、報警的時間、日期。使用報警記錄組態系統可對報警消息進行組態，以便將其以期望的形式顯示在運行系統中。運行系統主要負責過程值的監控、控制報警輸出、管理報警確認。實時報警畫面可以監視故障的發生時間。報警記錄作用：系統運行后可以隨時查看報警信息，在監控軟件的常用菜單欄中可以看到報警信息產生的警示信息，如果警示信息產生，可以切換到報警菜單欄及時查看設備報警信息，首先對報警設備進行檢查，檢查后對報警信息進行確認，可以對報警設備及時進行處理，防止延誤生產或者生產事故的發生。

3.4歷史數據歸檔及查詢過程值歸檔的是采集、處理和歸檔工業現場的過程數據。以這種方法獲得的過程數據可用于獲取與設備的操作狀態有關的管理和技術標準。在運行系統中，采集并處理將被歸檔的過程值，然后將其存儲在歸檔數據庫中。在運行系統中可以以表格或趨勢的形式輸出當前過程值或已歸檔過程值，也可將所歸檔的過程值作為記錄打印輸出。歸檔系統負責運行狀態下的過程值歸檔。歸檔系統首先將過程值暫存于運行數據庫，然后寫到歸檔數據庫中。變量記錄是用來從運行過程中采集數據并準備將它們顯示和歸檔。WinCC使用變量記錄組件來組態過程值的歸檔，可選擇組態過程值歸檔和壓縮歸檔，定義采集和歸檔周期，并選擇想要歸檔的過程值。變量記錄歸檔作用：變量記錄運行后可以查詢實時數據信息和歷史數據信息，歷史趨勢記錄一般可以選擇查看最近幾小時后者最近幾天內的信息，如果變量記錄保存周期夠長硬盤存儲量夠大，甚至還可以查詢最近幾個月內某個時間段的歷史數據信息。

4生產調度管理網數據采集與

4.1數據采集服務器本系統實現將氧化鋁廠二區生產控制網與辦公局域網的連接，使授權人員能夠登陸服務器，實時瀏覽生產數據，進行生產管理。在生產控制網配置數據導入服務器，負責接入采集的生產運行數據，通過物理隔離裝置與另一側的鏡像服務器通信；在局域網側的WEB鏡像服務器能保持與數據服務器的一致，并能作為WEB服務器對局域網用戶；兩服務器中間加設物理隔離裝置，保證每時每刻的數據訪問是單向的，從物理鏈路上隔斷非法訪問。在生產控制網（WinCC）和辦公局域網之間加設專用隔離裝置，供經授權的局域網用戶實時瀏覽生產數據。物理隔離網關實現內網與外網的物理隔離，同時又能進行數據交換。控制網和管理網數據如圖2所示。在內網（生產控制網）配置的數據服務器負責接入WinCC采集的生產運行數據，并兼作Web服務器，通過物理隔離裝置與另一側的鏡像服務器通信；在辦公局域網側的鏡像服務器收到并轉發由局域網用戶發來的數據訪問請求給內側的數據服務器，并把返回的訪問結果送給局域網用戶；兩服務器中間加設物理隔離裝置，保證每時每刻的數據訪問是單向的，辦公局域網側對生產控制網側是只能返回8個字節的數據，從物理鏈路上隔斷非法訪問；為保證鏡像服務器的安全，與辦公局域網網之間加配防火墻，做訪問審計。

4.2數據鏡像WEB服務器WEB服務是InduviewSCADA系統將實時監視和數據查詢功能延拓至系統之外的有效方式。WEB服務基于因特網的B/S瀏覽技術。依賴此技術建立的網頁畫面，可供各種連網計算機友好方便地訪問，對客戶端沒有任何特殊要求。瀏覽器實現功能如下：（1）顯示實時刷新的生產工藝圖，圖形的風格與操作員工作站完全一致，用戶瀏覽圖形的權限可以定制。（2）熱點調圖功能：通過鼠標點擊即可方便地在不同圖形之間靈活切換。（3）圖形的層、面切換功能：剝離用戶不關心的層、面上的圖形，使目標圖形的顯示更清楚、直觀。（4）圖形的縮放、拖動功能：方便大幅面圖形的瀏覽。（5）圖形循環自動播放功能：按照指定時間間隔循環播放用戶指定的圖形列表。（6）顯示實時刷新的棒圖、曲線圖，支持對歷史曲線查詢。（7）歷史事項查詢功能：可以查詢指定時間段內事項。（8）查詢某個時段用戶訪問的日志。（9）連接超時自動斷開功能：查看實時系統用戶超過指定的時間不操作，系統間自動斷開該用戶與服務器的連接，以減少服務器性能的無謂的損耗。

5結語

中央集中控制系統經過4年多的運行，保證了系統運行穩定，生產安全可靠，調度管理協調方便，系統可擴展性等特點。該系統已經成為中國鋁業系統一個樣板工程。中央集中控制系統，實現及時采集各種控制系統的數據，并與管理網系統實現無縫連接，溝通了管理網系統與過程控制系統之間的聯系，消除了企業中存在的信息孤島現象，使得企業中的信息暢通無阻，能幫助企業降低生產成本，提高產品的質量和產量，最終提高企業的整體運營效率，獲取最大經濟效益。綜上所述，建立中央集中控制系統，將可極大提高勞動生產率，系統的自動化程度及運行的可靠性和實時性，有效地解決生產中的很多問題，如減少生產過程中的突發故障，縮短生產準備時間和搶修時間，減少工人的勞動強度等，為氧化鋁廠創造可觀的經濟效益和社會效益，達到降本、增效的目的。

作者：邱田迎林杰單位：山東齊韻有色冶金工程設計院