工业组态软件WinCC及其在水电站自动化中的应用

-1-工业组态软件WinCC及其在水电站自动化中的应用IndustrialConfigurationSoftwareWinCCandItsApplicationinAutomationofHydro-powerStations摘要：介绍了工业组态软件WinCC及其一般组态方法，结合水电厂监控的特点和要求，论述了软件在水电厂自动化监控中的应用。关键词：水电站；自动化；组态软件Abstract:ThispaperintroducesWinCC,anindustrialconfigurationsoftwareanditsgeneralconfigurationmethod.Accordingtothedemandsandcharactersofhydro-powerstationsitdiscussestheapplicationofthesoftwareinautomaticmonitoringofhydro-powerplants.Keyword:Hydro-powerStations；Automation；Configurationsoftware1引言随着计算机网络技术和可编程控制器(PLC)及现场总线技术（Fieldbus）的迅猛发展和日益成熟，性能先进、运行可靠稳定的水电站综合自动化系统得到广泛的应用，逐步替代了传统的继电保护与自动化设备，通过对主设备运行状态参量的实时、快速数字处理，完成故障诊断、保护动作，确保复杂的机组启停控制、变压器保护等系统得以可靠的实现。要真正提高水电站自动化水平和质量，除了硬件还必须有与之相配套的高效、可靠、易用、功能强大的自动化软件。而工业控制组态软件就是可以从可编程控制器、各种数据采集卡的现场设备中实时采集数据、发出控制命令并监控系统运行状态的一种软件包。他能充分利用Windows强大的图形编辑功能，以动画的方式显示监控设备的运行状态，方便地构成监控画面和实现控制功能，并可以生成报表、历史数据等，为开发者提供了便利的开发平台。西门子组态软件WinCC无论从功能性、开放性还是现代化程度而言，都是满足新要求的最优的工业自动化监控解决方案。2WinCC及其组态方法2.1WinCC概述WinCC(WindowsControlCenter)是视窗控制中心(WindowsControlCenter)的简称，由德国西门子公司与微软公司共同开发的软件系统，是结合西门子在过程自动化领域中的先进技术和微机软件的强大功能的产物，是世界上第一个集成的人机界面(HMI)软件系统，它真实地将工厂控制软件集成到自动化过程中。WinCC将WindowsNT应用程序的现代体系结构与使用方便的图形设计程序结合在一起，提供了适用于工业的图形显示、消息报警、过程值归档以及报表打印等模块，具有高性能的过程耦合、快速的画面更新、以及可靠的数据管理功能，可以很方便地生成人机界面，建立完整的过程监控解决方案。2.2WinCC组态方法这里以WinCC上位机通过Profibus-DP网和S7-300PLC通讯为例说明WinCC软件的组态步骤如下:(1)启动WinCC，建立一个新的WinCC项目，在“变量管理器”中选择添加PLC驱动程序。(2)在PROFIBUS协议中新建一个驱动程序连接并组态逻辑连接参数。(3)在连接中加入外部变量(即过程变量)并设置变量。-2-(4)在图形编辑器中制作监控画面。(5)制作报表、数据归档、报警以及用户管理和项目安全等功能。变量分为外部和内部变量，内部变量与PLC无关，一般起数值传递和实现画面动态的作用，外部变量是对应于存在PLC或外部应用的存储器地址中数据的变量，这种变量可以通过PLC存储器地址的一一对应来访问，这样等于建立了WinCC与过程通信所要监视的对象。WinCC中项目组态可使用的变量数为256个。WinCC包括几个主要的功能编辑器:图形设计编辑器、全局脚本编辑器、报警存档编辑器、变量存档编辑器、报表设计编辑器、用户管理和项目安全编辑器。下面就通讯、画面、报警、用户管理几个关键方面加以介绍。(1)通讯组态为了使WinCC系统与各种不同类型的PLC进行通讯，需要使用通讯驱动程序，WinCC通讯驱动程序连接数据管理器和PLC，WinCC的应用程序从数据管理器中请求数据，根据连接的PLC，通讯驱动程序包含一个或多个通道单元，通讯驱动程序利用其通道单元构成WinCC和过程处理之间的接口，它使用通讯处理器来向PLC发送请求消息，然后通讯处理器将相应请求的过程值返回给WinCC。(2)图形画面组态工业控制一般需要监控的设备比较多，可将设备按照水电厂中各部分的功能步骤分布在多张画面内，画面之间的切换用WinCC中按钮的鼠标动作来实现。使用WinCC的C语言脚本编程，在按钮鼠标动作中调用它的内部函数来实现。此外，在监控系统中必须始终显示报警信息，为此，用C语言脚本在背景画面的底部设计一条类似Windows状态栏的报警栏，通过画面颜色闪烁来提示操作者有故障发生，操作人员可以利用按钮切换到报警记录画面了解故障的详细信息。(3)报警在工业现场安全是极其重要的，WinCC的报警系统可用于监控生产过程事件、来自自动化级的事件以及WinCC系统事件，并记录过程中出现的故障和操作状态。以声音和闪烁报警方式显示当前的报警事件，如阀门不动作报警、水泵报警、通信出错报警和模拟量超出限度报警，并可查阅和打印当前的及历史的信息列表，以帮助及早发现危机情况，并尽可能减少和避免停机。(4)用户管理为使各种用户行使他们的权限，设有浏览用户、操作用户和管理员。管理员具有最高权限，可以增加和删减操作用户。浏览用户系统给其Guest名字和Guest密码，而操作用户可以自行修改密码。3WinCC在水电站自动化中的应用3.1水电站自动化概述水电站自动化监控系统的监控对象包括水轮机、发电机、变压器、母线、馈电线路、厂用变、开关柜、公用设备等。监控系统软件是电站的实时监控中心，负责全厂协调和管理自动化设备、历史数据处理及全厂的人机对话。其中历史数据包括各种运行报表、重要设备的运行档案、各种运行参数特征值等；人机对话包括全厂设备的运行监控、事故和故障报警、对运行设备的人工干预及监控系统各种参数的修改和设置等。系统可与上级调度及其它计算机系统等进行通信，远动信息的采集和传送均由站内计算机监控完成，并通过载波、扩频等方式送至上级调度，支持通行通讯规约。3.2系统结构WinCC可以用多种通信方式与西门子S7系列PLC连接，如MPI、PROFIBUS、工业以太网、TCP/IP等，根据需要进行选择合适的通讯方法，WinCC提供各种PLC的驱动软件，因此使PLC与-3-上位计算机的联接变得非常容易，系统的硬件结构不再详述，这里介绍系统软件结构如图1所示。图1系统软件结构图图2主接线图监控画面3.3系统功能此系统结构图能实现以下方面的功能：(1)数据采集完成模拟量（电气量、非电气量）、开关量（状态量周期性采集和报警量中断性采集）、脉冲量等数据采集和处理任务。(2)安全运行监视监控系统监视电站主要机电设备的运行情况，包括①运行状态、越限监视：监视主要设备的运行工况、位置和参量；②过程监视（人机对话）：对主要设备的跳、合闸操作，各电压等级设备运行方式的倒闸操作等过程所经历的主要动作步骤进行监视，在显示器上显示并记录；③监控系统异常监视：当监控系统发生故障时给出提示、报警信息。(3)通信功能中控室主机对本站监控系统内通信进行管理和控制，满足监控系统实时性的要求。包括①系统时钟同步控制：通过GPS装置和通信模块，实现中控室与单元控制层实现时钟同步。全系统的时钟精度满足系统内最高事件分辨率的要求；②保护信息接收-4-处理：监控系统以通讯方式（RS232/RS422/RS485）接收并处理由保护屏传送过来的信息，实现报警记录；③远方调度端口：监控系统包含RTU功能，软件转换实现，并以通讯方式由主机上送，支持部颁CDT、1801等规约，并可根据需要为用户定制。(4)系统诊断和编辑①系统设备硬件、软件故障诊断：对主用单元、外围设备、通信接口、等设备和系统软件的运行情况进行在线或离线诊断。当诊断出主单元故障时，能自动发出信号并切换到备用单元。当诊断出外围设备故障时能自动切除此设备并发报警信号及显示。②编辑：软件编辑人员（需拥有超级口令）可以通过主机设备在线或离线方便地进行应用软件、显示画面和数据的编辑、调试、装入、修改和卸除，在线进行上述工作时能保证正常的计算机监控系统运行，功能不受影响。该监控系统软件主要包括以下监控画面图：遥测图、遥信图、油系统图、气系统图、系统开机流程图、停机流程图。这里给出其中主接线图画面例图如图2所示。4结束语西门子WinCC软件以其强大的组态功能、友好的人机界面及系统功能的全面开放，使其广泛地应用于各种自动化环境。基于WinCC的水电站监控系统，实现了对电站的实时控制与调整、安全运行监视、数据采集处理及查询数据通讯、设备运行维护管理等多项功能，提高了生产效率，减少了维护费用，同时具有故障响应及时，操作简单方便，控制过程的模拟逼真，组态画面丰富等特点，具有良好的经济效益和社会效益。参考文献[1]郭文强等．WinCC与S7-300之间通信在造纸DCS中的应用[J],微计算机信息，2005(4):74-75．[2]胡国强．水电站计算机监控系统上位机软件的开发[D]．北京：中国农业大学，2002．[3]WinCC组态手册[z]．西门子(中国)有限公司，2002．本论文的创新点在于：由于现在大多数水电厂自动化水平还很落后，本文把当前应用相对较为成熟的工业组态技术运用到水电厂中去，结合时下流行的现场总线技术对水电厂进行技术改造，取代传统的DCS控制，能大幅度地提高水电厂的生产效率，降低操作人员的劳动强度，具有很好的社会和经济效益。