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Openprocess在熱網監控系統中的應用
摘要：分析Openprocess在熱網監控系統中的應用背景和客戶需求，提出解決方案，并通過實驗論證其可行性與有效性。
關鍵詞：鍋爐監控；無人值守換熱站；以太網通訊；Openprocess；應用
1 應用背景
哈爾濱市一熱網工程改造項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。最遠的換熱站距離熱源廠2公里。
2 客戶需求
數據采集：監控系統能夠采集到包括換熱站和熱源鍋爐房在內的所有運行參數，將之存儲在數據庫中，并能按一定方式查詢。
實時監視：通過實時顯示運行參數和設備狀況來監視換熱站和熱源鍋爐的運行狀況。
控制功能：熱源鍋爐的燃燒控制、定壓自動補水控制、設備安全聯鎖控制，換熱站二次供水溫度控制、氣候補償控制，自動補水控制，換熱站獨立工作和遠程控制。
3 解決方案
監控中心設在熱源鍋爐房，上位機由3臺IBM商用計算機組成（2臺操作員站，1臺工程師站），內裝英文版Win2000操作系統，配備一臺行式網絡打印機，以打印報警信息和報表。控制設備采用GE公司的DCS系統，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，整個網絡的傳輸數據（包括熱源廠內的上位機和下位機設備）采用以太網通訊協議。
熱源廠內每臺鍋爐都設有設有后備手操屏，以保證控制系統出現故障時，運行人員可以進行應急操作以及切換到手動狀態繼續運行。
每個換熱站中設有光電轉換設備和控制箱，結點處設有100M Switch HUB。控制箱設有就地和遠程控制轉換開關，當轉換到遠程控制時，可以接受監控中心的指令和參數設定，真正做到無人職守的換熱站。光纜環型敷設可保證通訊更加可靠。
熱源廠和換熱站的控制器中存有當地地區的供熱曲線，實現熱源出水溫度和換熱站二次供水溫度的氣候補償控制。換熱站的供熱曲線可以遠程修正。
4 系統組態
系統的監控軟件采用GE公司的DCS軟件。包括PLC編程軟件ME 2.6和OpenprocessTM 7.10，上位機組態軟件Cimplicity HMI 6.0。ME 2.6對PLC進行硬件設置和梯形圖編程，OpenprocessTM 7.10對PLC進行策略圖編程。
4．1 配置PLC硬件
在用OpenprocessTM 7.10進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，通訊協議選擇，I/O地址分配，以及PLC的其他工作特性設置。
4．2 在Openprocess中編程
Openprocess的編程環境（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，左面的是項目目錄窗口，按樹形目錄形式顯示一個項目的結構，右面的內容窗口詳細顯示左面被選項的內容。
Openprocess編程是以回路為基礎的，形式類似組態，操作方法以鼠標拖放為主。
4．2．1 定義標簽
標簽的定義、查找、更改和刪除的操作簡便靈活。
對于現場的實際信號，要創建與之對應的標簽名。標簽名的內容很詳細，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、高限、低限等。定義好的標簽一起分配I/O地址。系統會自動將標簽分類，只顯示與模塊類型相同的標簽，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。圖塊庫中包含豐富的功能圖塊，包括基本的數學、邏輯計算模塊，PLC內存訪問模塊，操作面板模塊，時間功能塊，其他的如PID、順序控制等復雜的功能塊。每個功能塊都有各自的管腳，接入的數據分模擬量和數字量，通過連線（分實線和虛線與之對應）連接。
策略圖編程方便、簡潔、直觀，具體表現在以下幾個方面：
（1）編程時只須將功能塊從圖塊庫中拖放到畫圖區，設置好其參數，然后用連線連接，數據類型自動識別。（2）畫圖區的頁面大小可根據實際需要進行設置。（3）功能塊在拖放時自動按順序生成編號。（4）所有功能塊在的內存中的地址自動分配，也可直接訪問指定的PLC內存地址。（5）復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組態軟件HMI中，可被直接引用，簡化組態工作。（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建。（9）項目所有的信息可按類自動生成報表。
本項目的策略圖主要是針對鍋爐燃燒控制設計的，包含3個回路：爐排控制回路，鼓風控制回路和引風控制回路，每個回路都采用PID調節。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立工作的，互不影響。爐排和給煤機的轉速由鍋爐出水溫度控制，鼓風機轉速由爐排轉速和風煤比設定，引風機則保證爐膛負壓穩定在設定值。
5 上位機畫面
上位機畫面是在HMI中完成的。到達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，參數報表，棒圖顯示，報警，設備狀態，回路調節等窗口。
6 實施結果
監控中心的遠程監控使得換熱站實現了真正的無人職守，聲光報警系統能及時向運行人員提供準確的故障信息，從而將原來每天的定期巡檢工作變為偶爾的檢修工作，大大地節省了勞動力；數據采集系統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；燃燒控制系統保證鍋爐自動運行，無須運行人員頻繁操作，控制穩定，效果良好，不僅節省了人力，而且節省了電力和燃料能源，得到了用戶的認可和好評。
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