北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司是國(guó)內(nèi)知名的一家高科技企業(yè)，公司主要從事專業(yè)自動(dòng)化軟件的開發(fā)，應(yīng)用系統(tǒng)的集成，并向用戶提供從硬件到軟件的總體設(shè)計(jì)方案。產(chǎn)品遍布石油、化工、冶金、礦山、運(yùn)輸、機(jī)械、食品等幾十個(gè)行業(yè)，并應(yīng)用于全國(guó)乃至世界的眾多工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)。值此之即，我們向大家介紹公司軟件MCGS在某鋼廠焦耐區(qū)域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。
1. 概述
某鋼鐵集團(tuán)能源動(dòng)力公司擔(dān)負(fù)著整個(gè)鋼鐵集團(tuán)能源供應(yīng)的重要使命，下屬多個(gè)熱源廠，服務(wù)用戶幾十家，覆蓋面積約50平方公里。改革開放以來， 隨著集團(tuán)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，能源供應(yīng)也日新月異，飛速發(fā)展。數(shù)千個(gè)附屬設(shè)備組成一個(gè)龐大復(fù)雜的管網(wǎng)系統(tǒng)，其業(yè)務(wù)管理任務(wù)十分繁重。公司領(lǐng)導(dǎo)特別重視推廣先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，改進(jìn)企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理、提高生產(chǎn)效率、提升服務(wù)水平。計(jì)劃進(jìn)行能源管網(wǎng)自動(dòng)化集控工程建設(shè)。能源管網(wǎng)自動(dòng)化集控工程是一個(gè)以管理產(chǎn)能設(shè)備為核心內(nèi)容、監(jiān)控生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行情況，并具備在局域網(wǎng)上共享管網(wǎng)信息的綜合信息系統(tǒng)，它能夠快速方便地對(duì)管網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)、分析，對(duì)管網(wǎng)運(yùn)行中的突發(fā)事件進(jìn)行緊急事故處理，顯示受影響區(qū)域，能夠自主地快速采集數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新， 做到快速、規(guī)范、統(tǒng)一地將管線、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等綜合管理起來，實(shí)時(shí)地反映管網(wǎng)運(yùn)行的最新狀態(tài)；為管網(wǎng)的日常維護(hù)、檔案資料保存、規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程改造提供有力的科學(xué)決策依據(jù)。
本控制方案主要考慮焦耐區(qū)域的設(shè)備控制、上位監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)共享、調(diào)度控制等。焦耐區(qū)域主要控制點(diǎn)有：焦耐電站3號(hào)鍋爐、兩臺(tái)汽機(jī)、化學(xué)制水站、輸配電、兩座5.4萬氣柜與脫硫、減溫減壓站等六個(gè)模塊。
2. 系統(tǒng)目標(biāo)
監(jiān)視焦耐區(qū)域管網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)各測(cè)量點(diǎn)的溫度、壓力、差壓、瞬時(shí)流量、累計(jì)流量和產(chǎn)能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。對(duì)各實(shí)測(cè)參數(shù)設(shè)置報(bào)警限值，出現(xiàn)異常情況后，中心控制室及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并發(fā)出報(bào)警。
自主地快速采集數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新，快速、規(guī)范、統(tǒng)一地將管線、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等綜合起來，真實(shí)地反映管網(wǎng)運(yùn)行的最新狀態(tài)。
測(cè)點(diǎn)各參量均由計(jì)算機(jī)自動(dòng)讀取并記錄，免去人工記錄上報(bào)等中間環(huán)節(jié)，杜絕數(shù)據(jù)失準(zhǔn)。
上級(jí)主管部門可以監(jiān)視主要生產(chǎn)參數(shù)，可自動(dòng)生成生產(chǎn)報(bào)表。
按照生產(chǎn)需求將必要的參數(shù)通過局域網(wǎng)存儲(chǔ)到指定服務(wù)器。
3. 系統(tǒng)方案
根據(jù)本工程特點(diǎn)，將系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分為三個(gè)層次。如圖1 。第一層為數(shù)據(jù)應(yīng)用層，使用成熟先進(jìn)的客戶機(jī)/服務(wù)器（Client/Server）體系結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)。第二層是數(shù)據(jù)采集層，由CAN總線采集控制模塊和上位機(jī)組成。第三層為設(shè)備控制層，由CAN總線采集控制模塊和現(xiàn)場(chǎng)一次儀表組成。
A、系統(tǒng)組網(wǎng)協(xié)議說明
由于熱能總廠測(cè)控區(qū)域內(nèi)附有局域網(wǎng)，考慮使用原網(wǎng)路，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議TCP/IP，該協(xié)議簡(jiǎn)單實(shí)用，可連接各種檔次機(jī)器。TCP/IP協(xié)議是一套把因特網(wǎng)上的各種系統(tǒng)互連起來的協(xié)議組，保證因特網(wǎng)上數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確快速傳輸。參考開放系統(tǒng)互連(OSI)模型，TCP/IP通常采用一種簡(jiǎn)化的四層模型，分別為：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層。
 應(yīng)用層
網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層是一個(gè)定義清晰的會(huì)話過程，如通常所說的Http、Ftp、Telnet等。在本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)來自服務(wù)器和采集站，應(yīng)用層只對(duì)大的數(shù)據(jù)報(bào)作打包拆包處理。
 傳輸層
傳輸層讓網(wǎng)絡(luò)程序通過明確定義的通道及某些特性獲取數(shù)據(jù)，如定義網(wǎng)絡(luò)連接的端口號(hào)等，實(shí)現(xiàn)該層協(xié)議的傳輸控制協(xié)議TCP和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP。在本系統(tǒng)中使用TCP數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議。
 網(wǎng)絡(luò)層
網(wǎng)絡(luò)層讓信息可以發(fā)送到相鄰的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的任一主機(jī)上，IP協(xié)議就是該層中傳送數(shù)據(jù)的機(jī)制。同時(shí)為建立網(wǎng)絡(luò)間的互連，應(yīng)提供ARP地址解析協(xié)議,實(shí)現(xiàn)從IP地址到數(shù)據(jù)鏈路物理地址的映像。
 鏈路層
控制同一物理網(wǎng)絡(luò)上的不同機(jī)器間數(shù)據(jù)傳送的底層協(xié)議。
B、系統(tǒng)組網(wǎng)模式
本系統(tǒng)采用客戶/服務(wù)器（C/S）模式。設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器一臺(tái)，其余各采集站、監(jiān)控站均為客戶機(jī)。C/S體系結(jié)構(gòu)是指將系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為服務(wù)器端和客戶機(jī)，兩端分別設(shè)計(jì)并執(zhí)行，服務(wù)器提供數(shù)據(jù)操作的各項(xiàng)服務(wù)，客戶機(jī)則為用戶提供最終操作界面，由此平衡了服務(wù)器及客戶機(jī)的處理負(fù)荷，大大地提高了系統(tǒng)的執(zhí)行效率，優(yōu)化了系統(tǒng)的性能，減少了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)吞吐量和數(shù)據(jù)傳輸。服務(wù)器端是指運(yùn)行大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（RDBMS）的高性能服務(wù)器，客戶機(jī)是指由用戶操作的若干臺(tái)微機(jī)，在本系統(tǒng)中則為各采集站。在服務(wù)器上運(yùn)行的大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)主要為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)、訪問、查詢、備份、恢復(fù)等操作提供一系列重要的服務(wù)，并且為數(shù)據(jù)的安全訪問等提供嚴(yán)格的權(quán)限控制；服務(wù)器端通常情況下對(duì)用戶而言是不透明的。客戶機(jī)上主要運(yùn)行根據(jù)業(yè)務(wù)需求定制開發(fā)的處理系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、匯總、查詢、打印等多種操作功能。
如圖 2
C、數(shù)據(jù)采集監(jiān)控
根據(jù)實(shí)際控制設(shè)備實(shí)際分布，設(shè)立6個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，鍋爐監(jiān)控點(diǎn)設(shè)工程師站一個(gè)及一般監(jiān)控站一個(gè)，其余監(jiān)控點(diǎn)只設(shè)一臺(tái)上位，以上位機(jī)為核心組成一個(gè)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)，通過下位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，它對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理以及控制算法都是以數(shù)字計(jì)算為基礎(chǔ)，通過軟件實(shí)現(xiàn)。硬件由上位機(jī)﹑下位機(jī)、一次儀表﹑及執(zhí)行器等部件組成。
4. 軟件部分
軟件是整個(gè)系統(tǒng)的靈魂，底層數(shù)據(jù)的采集、參數(shù)的整理保存、故障報(bào)警的處理、系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供的數(shù)據(jù)查詢等，無一不是軟件提供并保證實(shí)現(xiàn)的。本系統(tǒng)的軟件包括三部分，既操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、工業(yè)組態(tài)軟件。
A、操作系統(tǒng)
服務(wù)器操作系統(tǒng)采用Windows2000 Advanced Server。Windows2000 AS作為Microsoft最新一代網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，為用戶提供了一套完整而強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)解決方案。早期Windows NT4.0提供的網(wǎng)絡(luò)功能，根據(jù)技術(shù)本身的發(fā)展而在Windows2000 AS中得到相應(yīng)改進(jìn)；同時(shí)，Windows2000 AS還吸收容納了近年來出現(xiàn)的幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)最新技術(shù)成果。RADIUS，VPN，IPSec，OSPF等在Windows2000 AS中均提供了對(duì)應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方法。應(yīng)用Windows2000 AS，可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要構(gòu)建各種功能強(qiáng)大的Intranet/Internet商務(wù)解決方案。
監(jiān)控站操作系統(tǒng)采用windows98，Windows 98是一種相當(dāng)成熟的、包含多種網(wǎng)絡(luò)功能的客戶端操作系統(tǒng)。只需添加相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，進(jìn)行一些網(wǎng)絡(luò)配置即可與windows2000聯(lián)網(wǎng)。在一個(gè)局域網(wǎng)中，
98和2000操作系統(tǒng)可以并存，并有良好的兼容性。
B、數(shù)據(jù)庫(kù)
數(shù)據(jù)庫(kù)的功能是存儲(chǔ)和提取所需信息，是工廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支撐環(huán)境的重要組成部分。它能有組織地、動(dòng)態(tài)地存儲(chǔ)大量關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，并為多個(gè)用戶所訪問。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的充分共享、交叉訪問以及應(yīng)用的高度獨(dú)立性，是數(shù)據(jù)庫(kù)的重要特征。
數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)著企業(yè)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)和重要的信息資源。存儲(chǔ)內(nèi)容具有很高的應(yīng)用價(jià)值和商業(yè)價(jià)值，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)管理和經(jīng)營(yíng)活動(dòng)至關(guān)重要。數(shù)據(jù)信息的安全性、可靠性直接影響到整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)組織與經(jīng)營(yíng)。
本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)采用微軟的SQL Server 2000大型數(shù)據(jù)庫(kù)。SQL Server 2000是微軟公司新版的大型數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器軟件，其性能指標(biāo)在各方面都名列前茅。不但具有強(qiáng)大的性能和功能支持，其一向?yàn)槿朔Q道的易用性，SQL Server更是成為大型數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的首選平臺(tái)！SQL Server 2000提供的非常傻瓜的缺省安裝和使用模式，上手很容易。另外，SQL Server 2000可以兼顧小、中、大規(guī)模的應(yīng)用，有著強(qiáng)大的伸縮性。
C、應(yīng)用軟件
組態(tài)軟件采用MCGS通用組態(tài)軟件。MCGS是運(yùn)行在Windows98/NT/2000上的一種通用組態(tài)軟件。使用MCGS構(gòu)造適應(yīng)系統(tǒng)需要的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”，把生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信息實(shí)時(shí)地傳送到控制室，保證信息在全廠范圍內(nèi)的暢通。 MCGS的網(wǎng)絡(luò)功能使企業(yè)的基層和其它部門建立起聯(lián)系，現(xiàn)場(chǎng)操作人員和工廠管理人員都可以看到各種數(shù)據(jù)。管理人員不需要深入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，就可以獲得實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)化控制現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。 MCGS報(bào)警系統(tǒng)，具有方便、靈活、可靠、易于擴(kuò)展的特點(diǎn)。MCGS分布式報(bào)警管理提供多種報(bào)警管理功能。包括：基于事件的報(bào)警、報(bào)警分組管理、報(bào)警優(yōu)先級(jí)、報(bào)警過濾、新增死區(qū)和延時(shí)概念等功能，以及通過網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程報(bào)警管理。MCGS還可以記錄應(yīng)用程序事件和操作員操作信息。報(bào)警和事件具有多種輸出方式：文件、數(shù)據(jù)庫(kù)、打印機(jī)和報(bào)警窗。MCGS提供一套全新的、集成的內(nèi)嵌式報(bào)表系統(tǒng)，內(nèi)部提供豐富的報(bào)表函數(shù)，用戶可創(chuàng)建多樣的報(bào)表。提供報(bào)表工具條，操作簡(jiǎn)單明了，比如：日?qǐng)?bào)表的組態(tài)只需用戶選擇需要的變量和每個(gè)變量的收集間隔時(shí)間；提供報(bào)表模板，方便用戶調(diào)入其它的表格。報(bào)表能夠進(jìn)行組態(tài)，例如有日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表、實(shí)時(shí)報(bào)表的組態(tài)。 報(bào)表軟件也可以使用專用的報(bào)表程序，可根據(jù)用戶需求生成各種格式的歷史報(bào)表和瞬時(shí)報(bào)表。它不僅能夠構(gòu)造有效的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)，而且網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，應(yīng)用廣泛，特別適用于本工程的聯(lián)網(wǎng)需要。其功能特點(diǎn)如下：
使用清晰準(zhǔn)確的畫面描述工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)。
使用圖形化的控制按鈕實(shí)現(xiàn)單任務(wù)和多任務(wù)。
設(shè)計(jì)復(fù)雜的動(dòng)畫顯示現(xiàn)場(chǎng)的操作狀態(tài)和數(shù)據(jù)。
顯示生產(chǎn)過程的文字信息和圖形信息。
為任何現(xiàn)場(chǎng)畫面指定鍵盤命令。
監(jiān)控和記錄所有報(bào)警信息。
顯示實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線和歷史趨勢(shì)曲線。
使用多樣而靈活的方式查詢歷史數(shù)據(jù)。
時(shí)間驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)的報(bào)表的打印。
設(shè)計(jì)多級(jí)安全控制和訪問權(quán)限。
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