Openprocess在热网监控系统中的应用

1 应用背景 
        哈尔滨市一热网工程改造项目包括集中供热热源厂三台热水炉和8个换热站，总供热面积94万平方米。最远的换热站距离热源厂2公里。
      　　 
2 客户需求 
        数据采集：监控系统能够采集到包括换热站和热源锅炉房在内的所有运行参数，将之存储在数据库中，并能按一定方式查询。 
实时监视：通过实时显示运行参数和设备状况来监视换热站和热源锅炉的运行状况。 
控制功能：热源锅炉的燃烧控制、定压自动补水控制、设备安全联锁控制，换热站二次供水温度控制、气候补偿控制，自动补水控制，换热站独立工作和远程控制。

3 解决方案 
        监控中心设在热源锅炉房，上位机由3台IBM商用计算机组成（2台操作员站，1台工程师站），内装英文版Win2000操作系统，配备一台行式网络打印机，以打印报警信息和报表。控制设备采用GE公司的DCS系统，其中硬件控制器选用的是PA30和9030系列I/O模块，软件采用OpenprocessTM。换热站的控制器由Versamax系列PLC和触摸屏组成。各个换热站和热源厂之间通过光缆连接，整个网络的传输数据（包括热源厂内的上位机和下位机设备）采用以太网通讯协议。

        热源厂内每台锅炉都设有设有后备手操屏，以保证控制系统出现故障时，运行人员可以进行应急操作以及切换到手动状态继续运行。 
每个换热站中设有光电转换设备和控制箱，结点处设有100M Switch  HUB。控制箱设有就地和远程控制转换开关，当转换到远程控制时，可以接受监控中心的指令和参数设定，真正做到无人职守的换热站。光缆环型敷设可保证通讯更加可靠。

        热源厂和换热站的控制器中存有当地地区的供热曲线，实现热源出水温度和换热站二次供水温度的气候补偿控制。换热站的供热曲线可以远程修正。
      　　 
4 系统组态 
        系统的监控软件采用GE公司的DCS软件。包括PLC编程软件ME 2.6和OpenprocessTM 7.10，上位机组态软件Cimplicity  HMI 6.0。ME 2.6对PLC进行硬件设置和梯形图编程，OpenprocessTM 7.10对PLC进行策略图编程。
        4．1 配置PLC硬件 
        在用OpenprocessTM 7.10进行控制算法编程之前，要先在ME中配置PLC，包括CPU和I/O模块。主要是通讯端口配置，通讯协议选择，I/O地址分配，以及PLC的其他工作特性设置。

        4．2 在Openprocess中编程 
         Openprocess的编程环境（Designer  Workbench）界面非常简洁，类似Windows的资源管理器。整个界面分三部分：上面是主菜单，下面是左右并列的两个窗口，左面的是项目目录窗口，按树形目录形式显示一个项目的结构，右面的内容窗口详细显示左面被选项的内容。

        Openprocess编程是以回路为基础的，形式类似组态，操作方法以鼠标拖放为主。
        4．2．1 定义标签 
        标签的定义、查找、更改和删除的操作简便灵活。 
        对于现场的实际信号，要创建与之对应的标签名。标签名的内容很详细，包括名称、描述、工程值范围、工程单位、信号类型、信号量程、制造商信息、报警信息、级别、死区、高限、低限等。定义好的标签一起分配I/O地址。系统会自动将标签分类，只显示与模块类型相同的标签，便于选择。4．2．2 策略图编程 
        主要的控制算法的编程是在策略图完成的。策略图编辑窗口分以下几部分：菜单、工具条、图块库和画图区。图块库中包含丰富的功能图块，包括基本的数学、逻辑计算模块，PLC内存访问模块，操作面板模块，时间功能块，其他的如PID、顺序控制等复杂的功能块。每个功能块都有各自的管脚，接入的数据分模拟量和数字量，通过连线（分实线和虚线与之对应）连接。

        策略图编程方便、简洁、直观，具体表现在以下几个方面： 
        （1）编程时只须将功能块从图块库中拖放到画图区，设置好其参数，然后用连线连接，数据类型自动识别。（2）画图区的页面大小可根据实际需要进行设置。（3）功能块在拖放时自动按顺序生成编号。（4）所有功能块在的内存中的地址自动分配，也可直接访问指定的PLC内存地址。（5）复杂的控制策略可分配到几张策略图中。（6）丰富的定位工具，方便对功能块的定位。（7）策略图中所有信息编译时会自动输出到上位机组态软件HMI中，可被直接引用，简化组态工作。（8）编好的策略图可存成模板，其他类似功能的策略可由此模板创建。（9）项目所有的信息可按类自动生成报表。

        项目的策略图主要是针对锅炉燃烧控制设计的，包含3个回路：炉排控制回路，鼓风控制回路和引风控制回路，每个回路都采用PID调节。一个PID回路主要包含PID算法，MAAU操作面板，模拟量输入、输出四个功能块。每台炉的控制策略是独立工作的，互不影响。炉排和给煤机的转速由锅炉出水温度控制，鼓风机转速由炉排转速和风煤比设定，引风机则保证炉膛负压稳定在设定值。

5 上位机画面 
        上位机画面是在HMI中完成的。到达任何一幅画面的按键操作不超过两次，画面弹出的时间不超过1秒。主要包括工艺流程，趋势曲线，参数报表，棒图显示，报警，设备状态，回路调节等窗口。

6 实施结果 
        监控中心的远程监控使得换热站实现了真正的无人职守，声光报警系统能及时向运行人员提供准确的故障信息，从而将原来每天的定期巡检工作变为偶尔的检修工作，大大地节省了劳动力；数据采集系统取代了按时抄表的工作，并能够提供满足要求的报表，提高了管理效率；燃烧控制系统保证锅炉自动运行，无须运行人员频繁操作，控制稳定，效果良好，不仅节省了人力，而且节省了电力和燃料能源，得到了用户的认可和好评。

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