【摘要】本通風(fēng)除塵系統(tǒng)是為高速弓網(wǎng)關(guān)系實(shí)驗(yàn)室中500km/h高速弓網(wǎng)關(guān)系試驗(yàn)臺(tái)配套的溫控除塵裝置，其控制效果直接影響高速弓網(wǎng)關(guān)系試驗(yàn)臺(tái)的正常運(yùn)行，本文根據(jù)實(shí)際控制要求詳細(xì)介紹了除塵系統(tǒng)的自動(dòng)控制方案。

　　關(guān)鍵詞：高速弓網(wǎng)通風(fēng)除塵自動(dòng)控制PLC

　　1系統(tǒng)概述

　　整個(gè)除塵系統(tǒng)以西門子S7-300PLC為控制核心，使用性能先進(jìn)的施耐德變頻器控制風(fēng)機(jī)，采用當(dāng)今廣泛使用的PROFIBUS總線與各個(gè)變頻器通訊連接，監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為內(nèi)部信息網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建提供接口。整個(gè)系統(tǒng)通過先進(jìn)、高速穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，通過優(yōu)良、全面的設(shè)計(jì)為高速弓網(wǎng)關(guān)系試驗(yàn)臺(tái)提供一個(gè)技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、易于操作、便于維護(hù)、具有很強(qiáng)擴(kuò)展功能的控制系統(tǒng)。

　　1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

　　根據(jù)本項(xiàng)目的特點(diǎn)和要求，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)就是要使系統(tǒng)具有先進(jìn)性、安全性、可靠性、擴(kuò)展性、可操作性、可維護(hù)性和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。

　　先進(jìn)性

　　系統(tǒng)采用西門子先進(jìn)的PLC，施耐德最新的變頻器ATV71系列，使用現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS及以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊；采用人性化的操作界面，通過對(duì)設(shè)備狀態(tài)真實(shí)直觀的反映，使操作人員清楚地掌握在控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；此外，系統(tǒng)還有完善的報(bào)警、提示、診斷功能。

　　安全可靠性

　　控制系統(tǒng)的安全可靠、穩(wěn)定運(yùn)行是電控系統(tǒng)最基本的要求。為保證該系統(tǒng)的質(zhì)量可靠，一是采用先進(jìn)成熟的技術(shù)，如PLC控制、現(xiàn)場(chǎng)總線、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等；二是使用國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，如西門子、施耐德、金鐘穆勒等；三是監(jiān)控系統(tǒng)采用多級(jí)密碼權(quán)限管理，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行；四是控制系統(tǒng)控制方式既獨(dú)立又集中。當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)可以手動(dòng)進(jìn)行操作，確保所有設(shè)備能正常運(yùn)行。

　　擴(kuò)展性

　　系統(tǒng)要有良好的擴(kuò)展功能，在今后的發(fā)展中可根據(jù)需要擴(kuò)容，不必改動(dòng)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。在本次設(shè)計(jì)中具有一定的可擴(kuò)展功能。

　　可操作性

　　系統(tǒng)集中控制操作，也可分布操作，單機(jī)操作，便于安裝、調(diào)試、操作和維護(hù)。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，操作界面直觀，易學(xué)易用。

　　可維護(hù)性

　　在項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工中，按照規(guī)范進(jìn)行施工，進(jìn)行掛牌、標(biāo)識(shí)，編號(hào)清晰；系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)故障診斷功能，能準(zhǔn)確及時(shí)地對(duì)故障進(jìn)行顯示和定位；在設(shè)備選型中，盡量選用通用的設(shè)備，編程組態(tài)時(shí)結(jié)構(gòu)清晰易讀易查，便于維護(hù)。

　　經(jīng)濟(jì)實(shí)用性

　　在保證技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠、功能完善的前提下，通過合理的方案配置達(dá)到最佳的性能價(jià)格比；在設(shè)計(jì)中也要考慮到今后技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)的軟硬件升級(jí)換代方面留有余地，便于備品備件的選擇，擴(kuò)展方便。

　　1.2設(shè)計(jì)引用標(biāo)準(zhǔn)

　　本系統(tǒng)實(shí)施所涉及的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、工程標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范包括：

　　GA/T75-94《安全防范工程程序與要求》

　　GB50093-2002《自動(dòng)化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》

　　GBJ63-90《電氣裝置的電測(cè)量儀表裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》

　　GB7251.3-1997《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范》

　　GB50169-2006《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》

　　GB2054-96《電氣裝置安裝工程低壓電器施工及驗(yàn)收規(guī)范》

　　GB/T50328-2001《建設(shè)工程文件歸檔整理規(guī)范》

　　2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

　　整個(gè)通風(fēng)除塵系統(tǒng)由4層結(jié)構(gòu)組成，即設(shè)備層、PLC控制層、監(jiān)控層以及信息管理層。

　　設(shè)備層主要的控制對(duì)象：通風(fēng)風(fēng)機(jī)、室外除塵設(shè)備、空調(diào)機(jī)組、通風(fēng)除塵管道等。

　　主控制器采用西門子S7300系列的CPU315-2PN/DP，自帶1個(gè)DP口和1個(gè)以太網(wǎng)口，DP口和變頻器通信，以太網(wǎng)口主要是為調(diào)試時(shí)所留用。

　　監(jiān)控計(jì)算機(jī)上安裝CP5611板卡，采用PROFIBUS通訊方式和現(xiàn)場(chǎng)PLC通信。監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過Web發(fā)布的方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程主機(jī)對(duì)其訪問和控制。

　　熱備份計(jì)算機(jī)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)同步，當(dāng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)由于意外情況停止運(yùn)行時(shí)，熱備份計(jì)算機(jī)能夠馬上投入使用，避免影響系統(tǒng)控制效果。

　　服務(wù)器主要負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)所需參數(shù)的存儲(chǔ)，所需重要數(shù)據(jù)一方面存于監(jiān)控計(jì)算機(jī)上，又同時(shí)上傳到服務(wù)器，監(jiān)控計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)保存的年限有限，服務(wù)器的數(shù)據(jù)可以一直保存，以備歷史查詢和檢索。

　　2.1系統(tǒng)控制方式

　　控制方式有兩種類型：“本地／遠(yuǎn)控”和“手動(dòng)／自動(dòng)”。

　　PLC柜上設(shè)有“本地／遠(yuǎn)控”開關(guān)，當(dāng)開關(guān)打到“本地”時(shí)，由PLC控制系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備；當(dāng)開關(guān)打到“遠(yuǎn)控”時(shí)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)可以直接控制本系統(tǒng)內(nèi)的現(xiàn)地設(shè)備。

　　對(duì)每一個(gè)單機(jī)設(shè)備，電控柜上都設(shè)有“手動(dòng)／自動(dòng)”開關(guān)。當(dāng)開關(guān)打到“自動(dòng)”時(shí)，由PLC程序自動(dòng)控制設(shè)備；當(dāng)開關(guān)打到“手動(dòng)”時(shí)，由工作人員人工控制設(shè)備，這樣就保證了PLC出現(xiàn)故障時(shí)，動(dòng)力設(shè)備能正常運(yùn)行。

　　對(duì)功率在7.5KW以上的設(shè)備，采用軟啟動(dòng)或者變頻器控制方式。對(duì)功率在7.5KW以下的設(shè)備采用直接啟動(dòng)方式。對(duì)需要軟啟動(dòng)的設(shè)備，采用I/O觸點(diǎn)直接控制，對(duì)變頻器控制的設(shè)備，采用網(wǎng)絡(luò)方式控制。

　　2.2風(fēng)機(jī)變頻控制

　　空調(diào)機(jī)組、通風(fēng)風(fēng)機(jī)和除塵風(fēng)機(jī)采用變頻器控制，變頻器選用施耐德ATV71系列，配置PROFIBUS-DP接口板卡，通過PROFIBUS-DP接口板卡和控制系統(tǒng)S7315-2PN/DP相連，風(fēng)機(jī)的啟?？刂?、運(yùn)行狀態(tài)及電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)均可實(shí)時(shí)監(jiān)控。風(fēng)機(jī)采用變頻器控制，就不再使用交流接觸器，配置相應(yīng)的斷路器。在風(fēng)機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)裝配轉(zhuǎn)換開關(guān)，便于現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作和檢修。

　　2.3除塵系統(tǒng)

　　除塵部分的風(fēng)機(jī)和卸灰閥協(xié)同動(dòng)作，完成系統(tǒng)除塵。每當(dāng)除塵器主風(fēng)機(jī)電機(jī)啟停時(shí)，相應(yīng)的卸灰電機(jī)也一起啟動(dòng)，在時(shí)間上有一定的延時(shí)動(dòng)作。卸灰閥正反運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)配置轉(zhuǎn)換開關(guān)，可以隔離主電源回路，便于設(shè)備的安全檢修。

　　2.4監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能

　　2.4.1圖形監(jiān)控系統(tǒng)

　　●除塵系統(tǒng)流程畫面

　　實(shí)驗(yàn)流程部分，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地顯示除塵風(fēng)機(jī)、卸灰閥、通風(fēng)風(fēng)機(jī)以及空調(diào)機(jī)組運(yùn)行狀況，可以監(jiān)測(cè)到設(shè)備運(yùn)行過程中的所有參數(shù)以及電機(jī)、閥門狀態(tài)，聲光報(bào)警，操作工可以使用鼠標(biāo)操作。通過運(yùn)行參數(shù)的顯示顏色，操作員可以一目了然地看到該參數(shù)的運(yùn)行狀態(tài)（正常、報(bào)警）。在流程部分可以直接調(diào)出具體調(diào)節(jié)回路的運(yùn)行畫面和設(shè)備運(yùn)行程序控制畫面；

　　●運(yùn)行數(shù)據(jù)總表畫面

　　設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)總表列出設(shè)備運(yùn)行的各個(gè)參數(shù)的實(shí)時(shí)情況，可以一覽各控制回路、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)回路的運(yùn)行情況?？梢钥吹礁鱾€(gè)控制回路的測(cè)量值、設(shè)定值和輸出情況。通過具體參數(shù)顯示底色的變化，可以看到各個(gè)設(shè)備參數(shù)的運(yùn)行狀態(tài)（正常、報(bào)警）；

　　●控制畫面

　　控制畫面可以顯示各個(gè)控制環(huán)節(jié)的具體情況。在這部分，操作員可看到各個(gè)控制回路的運(yùn)行狀態(tài)和曲線運(yùn)行時(shí)間及上下限報(bào)警值。工程師還可以通過這部分具體修改控制回路的控制參數(shù)、量程范圍、報(bào)警域值、工藝曲線等；

　　●數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖畫面

　　趨勢(shì)數(shù)據(jù)以曲線形式反應(yīng)除塵風(fēng)機(jī)曲線及其他它設(shè)備運(yùn)行參數(shù)狀況，可在同一幅面上同時(shí)顯示多條曲線，方便尋找相關(guān)量，具有局部區(qū)域放大/縮小功能；

　　2.4.2.報(bào)警和事故處理

　　及時(shí)報(bào)警：對(duì)除塵風(fēng)機(jī)、通風(fēng)風(fēng)機(jī)、空調(diào)機(jī)組等相關(guān)環(huán)節(jié)和設(shè)備狀況進(jìn)行巡檢，并及時(shí)與預(yù)設(shè)定值進(jìn)行比較，一旦接近預(yù)置值，立即發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，確保系統(tǒng)的運(yùn)行安全；

　　報(bào)警和事故報(bào)告，記錄設(shè)備運(yùn)行中的報(bào)警情況和重要事件記錄，從而對(duì)生產(chǎn)過程可以更好地查詢、分析事故原因。所有報(bào)告都可以通過打印機(jī)實(shí)時(shí)地打?。?/p>

　　報(bào)警報(bào)告表的內(nèi)容有：序號(hào)、報(bào)警項(xiàng)目、正常值、報(bào)警值、報(bào)警時(shí)間、確認(rèn)時(shí)間和消除時(shí)間；

　　事故報(bào)告表的內(nèi)容有：序號(hào)、事故內(nèi)容、事故發(fā)出時(shí)間、確認(rèn)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間；

　　2.4.3.系統(tǒng)管理功能

　　●診斷功能

　　當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，能對(duì)系統(tǒng)的硬件故障進(jìn)行自動(dòng)診斷，當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中某一回路出現(xiàn)異常情況，并在一定時(shí)間內(nèi)不能恢復(fù)正常時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并顯示導(dǎo)常部位、導(dǎo)常類型。便于操作工準(zhǔn)確判斷故障所在和及時(shí)處理排除故障，防止事故的擴(kuò)大。

　　●參數(shù)設(shè)定及系統(tǒng)管理

　　工程師可以通過系統(tǒng)功能設(shè)定和修改系統(tǒng)的具體參數(shù)，從而更好地維護(hù)本系統(tǒng)的正常運(yùn)行。該部分可根據(jù)用戶要求設(shè)置口令，分級(jí)操作，以防人為誤操作，造成損失。

　　●生產(chǎn)報(bào)表

　　自動(dòng)形成各類運(yùn)行的日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表。并有靈活、方便的打印方式。

　　●設(shè)備管理功能

　　系統(tǒng)能夠統(tǒng)計(jì)故障信息及設(shè)備運(yùn)行時(shí)長。對(duì)主要電機(jī)，如除塵風(fēng)機(jī)、通風(fēng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行累計(jì)計(jì)時(shí)，便于設(shè)備管理的預(yù)防性維修。

　　2.4.4.記錄存儲(chǔ)

　　可對(duì)除塵風(fēng)機(jī)、通風(fēng)風(fēng)機(jī)等的實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)表打印、曲線對(duì)比及曲線打??；也可對(duì)除塵風(fēng)機(jī)、通風(fēng)風(fēng)機(jī)等工況的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行保存并可對(duì)歷史數(shù)據(jù)和曲線有選擇性的打印。

　　2.5通風(fēng)除塵系統(tǒng)與試驗(yàn)控制系統(tǒng)通訊并形成連鎖

　　本通風(fēng)除塵系統(tǒng)提供的對(duì)外接口包括以太網(wǎng)方式和OPC方式，這兩種通用接口可以方便與試驗(yàn)控制系統(tǒng)進(jìn)行通信。如果試驗(yàn)控制系統(tǒng)采用可視化編程軟件開發(fā)，則可以在可視化軟件中將組態(tài)軟件以控件組件的形式加入，然后調(diào)用其屬性、事件、方法實(shí)現(xiàn)與通風(fēng)除塵監(jiān)控系統(tǒng)的通信；如果試驗(yàn)控制系統(tǒng)采用組態(tài)軟件開發(fā)，則可采用OPC通信方式實(shí)現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)交互。

　　在通風(fēng)除塵系統(tǒng)中，主PLC程序中設(shè)置系統(tǒng)正常標(biāo)記，即作為自檢結(jié)果信號(hào)，標(biāo)記設(shè)置的依據(jù)參數(shù)包括試驗(yàn)基坑內(nèi)實(shí)時(shí)溫度值、空調(diào)機(jī)組控制器與主PLC通信狀態(tài)、各電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、接觸線和受電弓溫度以及基坑內(nèi)氣壓等，這些參數(shù)經(jīng)過PLC程序綜合處理得到一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行正常標(biāo)記，標(biāo)記信號(hào)周期性傳輸至試驗(yàn)控制系統(tǒng)，試驗(yàn)控制系統(tǒng)以此信號(hào)作為啟停的依據(jù)。

　　在監(jiān)控軟件中組態(tài)報(bào)警標(biāo)簽，包括基坑內(nèi)溫度值、基坑內(nèi)氣壓、基坑內(nèi)粉塵濃度、出口排放粉塵濃度、接觸線溫度、受電弓溫度、接觸線與受電弓滑板摩擦區(qū)域風(fēng)速、各個(gè)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以及空調(diào)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)。并提供聲音報(bào)警和報(bào)警條提示方式，報(bào)警提示的內(nèi)容包括異常信號(hào)名稱類型、異常信號(hào)位置、當(dāng)前值、信號(hào)說明等。自檢通過，試驗(yàn)系統(tǒng)正常啟動(dòng)后，如果通風(fēng)除塵系統(tǒng)出現(xiàn)異常，則其監(jiān)控系統(tǒng)能將異常信號(hào)報(bào)警條的顯示內(nèi)容傳輸至試驗(yàn)控制系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)根據(jù)故障信號(hào)，然后根據(jù)設(shè)定的步驟停止實(shí)驗(yàn)。安全信號(hào)列表見表1所示。

　　3系統(tǒng)硬件配置

　　3.1服務(wù)器

　　由于服務(wù)器在系統(tǒng)中起著關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的作用，所有必須選用高可靠性的機(jī)型，保障服務(wù)器長時(shí)間的24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行（應(yīng)配有UPS），同時(shí)還應(yīng)具有較高的性能，以滿足其實(shí)時(shí)性。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器選用DELL服務(wù)器。

　　3.2監(jiān)控計(jì)算機(jī)

　　監(jiān)控機(jī)用于調(diào)度人員發(fā)布監(jiān)控命令、顯示通風(fēng)除塵系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)以及完成監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)檢索、統(tǒng)計(jì)分析、聲光報(bào)警和發(fā)送控制命令等功能。選用DELL工控機(jī)。

　　3.3網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置

　　交換機(jī)Cisco帶8個(gè)100M以太網(wǎng)接口

　　以太網(wǎng)網(wǎng)卡10/100Base－TX

　　3.4UPS電源

　　為了增加系統(tǒng)的可靠性，并考慮網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，本系統(tǒng)配置了一臺(tái)支持2小時(shí)延時(shí)的USP電源。當(dāng)電網(wǎng)突然停電時(shí)，工作人員可以及時(shí)將系統(tǒng)退出。

　　3.5PLC部分

　　PLC是該控制系統(tǒng)的核心，控制過程中全部的輸入輸出量都要經(jīng)過PLC的處理，所有繼電器的動(dòng)作都由PLC的輸出控制來完成。

　　本設(shè)計(jì)選擇的是德國西門子公司S7-300PLC，西門子公司是具有150多年歷史的世界知名公司，PLC是其重要產(chǎn)品之一，在世界各PLC應(yīng)用領(lǐng)域中，無論從占有量、質(zhì)量還是知名度，西門子公司的PLC都是名列前茅。因此選擇西門子公司的PLC是對(duì)工程可靠運(yùn)行的有力保證。

　　S7-300是模塊化中型PLC系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用。模塊化，無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)分布，易于用戶掌握的特點(diǎn)使得S7-300成為各種中等規(guī)模性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的解決方案。

　　S7-300可編程控制器是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合。

　　S7-300的系統(tǒng)組成主要有：中央處理單元（CPU）、信號(hào)模塊(SM)、通訊處理器（CP）、功能模塊（FM）、負(fù)載電源模塊（PS）、接口模塊（IM）、SIMATICM7自動(dòng)化計(jì)算機(jī)等。SIMATICS7-300適用于通用領(lǐng)域，高電磁兼容性和強(qiáng)抗震性，使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。溫度適應(yīng)范圍從0°C--60°C，特殊條件下可達(dá)-25°C--60°C，具有更強(qiáng)的耐受震動(dòng)和污染特性。

　　3.6通風(fēng)除塵系統(tǒng)主要設(shè)備清單

　　3.7制冷機(jī)組主要設(shè)備清單

　　4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　4.1操作系統(tǒng)

　　選用符合IEEE和ANSI標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。選用的操作系統(tǒng)如下：

　　服務(wù)器操作系統(tǒng)采用MicrosoftWindows2003Server,該操作系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

　　能與Internet緊密聯(lián)系

　　當(dāng)運(yùn)行繁忙的Web服務(wù)器、終端服務(wù)、電子商務(wù)和VPN解決方案時(shí)，通過使用網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡，將傳入的通信在眾多的服務(wù)器群中分布；利用了最先進(jìn)的服務(wù)器硬件，實(shí)現(xiàn)了多達(dá)8路的SMP和多達(dá)8GB的RAM而增強(qiáng)了性能；通過可靠的集成Internet服務(wù)，高性能的WEB站點(diǎn)和應(yīng)用程序，從而能全面利用Internet的潛力。

　　提高可靠性

　　兩節(jié)點(diǎn)的、高可靠性的群集服務(wù)能確保關(guān)鍵的應(yīng)用程序正常并按需要進(jìn)行；網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡能將發(fā)生故障的服務(wù)器上的Web工作負(fù)荷重新分配；經(jīng)過改善的核心體系結(jié)構(gòu)提供設(shè)計(jì)增強(qiáng)功能，以提供系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)間；分段升級(jí)支持，以減少維護(hù)或升級(jí)（包括從WindowsNT4.0群集升級(jí)）所需的計(jì)劃停機(jī)時(shí)間。

　　更加易于使用和管理

　　可以從任一聯(lián)網(wǎng)Windows2000系統(tǒng)中的“群集管理器”和NLB腳本命令接口遠(yuǎn)程管理群集；將“群集服務(wù)”群集作為ActiveDirectiry對(duì)象來訪問和管理。

　　新設(shè)備的最佳選擇

　　利用最新的服務(wù)器硬件，包括利用Intel和Profusion芯片和體系結(jié)構(gòu)多達(dá)8路的SMP，和使用Intel的物理地址擴(kuò)展（PAE）的8GBRAM。

　　監(jiān)控機(jī)和管理機(jī)操作系統(tǒng)采用MicrosoftWindows2000Professional.

　　4.2組態(tài)軟件WINCC

　　WinCC是西門子公司在自動(dòng)化領(lǐng)域采用最先進(jìn)的技術(shù)與微軟公司在共同開發(fā)的居于世界領(lǐng)先地位的工控軟件。WinCC即WINDOWSCONTROLCENTER（視窗控制中心）。WinCC是一個(gè)功能強(qiáng)大的全面開放的監(jiān)控系統(tǒng)，既可以用來完成小規(guī)模的簡(jiǎn)單的過程監(jiān)控應(yīng)用，也可以用來完成復(fù)雜的應(yīng)用。在任何情況下WinCC都可以生成漂亮而便捷的人機(jī)對(duì)話接口，使操作員能夠清晰地管理和優(yōu)化生產(chǎn)過程。

　　WINCC幾乎擁有先進(jìn)人機(jī)界面產(chǎn)品的所有功能，其集成的功能已包括：

　　圖形系統(tǒng)---用于自由地組態(tài)畫面，并完全通過圖形對(duì)象進(jìn)行操作，圖形對(duì)象具有動(dòng)態(tài)屬性并可對(duì)屬性進(jìn)行在線組態(tài)。

　　報(bào)警信息系統(tǒng)---記錄和存儲(chǔ)事件并予以顯示，可自由選擇信息分類、信息顯示和報(bào)表，操作非常簡(jiǎn)便。

　　變量存檔----接收、記錄和壓縮測(cè)量值，用于曲線和圖表顯示及進(jìn)一步的編輯功能。

　　報(bào)表系統(tǒng)---用戶自由選擇一定的報(bào)表格式，按時(shí)間順序或事件觸發(fā)來對(duì)信息操作、文檔當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行用戶報(bào)表輸出。

　　數(shù)據(jù)處理----對(duì)圖形對(duì)象的動(dòng)作使用C語言及C編譯器進(jìn)行編輯。

　　標(biāo)準(zhǔn)接口----通過ODBC和SQL訪問用于組態(tài)和過程數(shù)據(jù)的SYBASE數(shù)據(jù)庫。

　　應(yīng)用程序接口----允許用戶編寫可用于擴(kuò)展WinCC基本功能的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序。

　　另外，WinCC還提供多種可選軟件包。如，通訊開發(fā)工具CDK，允許用戶開發(fā)用于連接數(shù)據(jù)管理器與任何目標(biāo)系統(tǒng)的通訊軟件。

　　WINCC的組態(tài)及歸檔數(shù)據(jù)存放在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)可用標(biāo)準(zhǔn)工具如ODBC和SQL等讀出。很多標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用如MicrosoftExcel等可以和WinCC并行運(yùn)行，同時(shí)可通過DDE裝載過程數(shù)據(jù)。操作員站軟件允許通用的OCX、ActiveX鏈接。更進(jìn)一步，集成的OPC(OLEforprocesscontrol)服務(wù)器使得過程數(shù)據(jù)可由其它應(yīng)用程序(OPC客戶機(jī))訪問。

　　4.3編程軟件STEP7

　　STEP7是SIEMENS公司S7-300、S7-400、M7系列PLC的標(biāo)準(zhǔn)編程工具。它是在國際標(biāo)準(zhǔn)IEC-1131-3的基礎(chǔ)上建立的，它與其它公司的建立在IEC標(biāo)準(zhǔn)上的PLC編程語言是相似的。

　　STEP7可以在微軟公司的WINDOWS平臺(tái)上運(yùn)行，是可視化編程工具。它同其它WINDOWS應(yīng)用軟件一樣容易操作，界面友好，與WINDOWS溶為一體，其基本功能體現(xiàn)在：

　　硬件的組態(tài)和參數(shù)設(shè)置

　　定義通信網(wǎng)絡(luò)

　　控制程序編制

　　測(cè)試、啟動(dòng)、維護(hù)

　　文件、建檔

　　STEP7以塊形式管理用戶編寫的程序和數(shù)據(jù)，在一個(gè)塊中調(diào)用另一個(gè)塊的可能性，即使是子程序，用戶程序結(jié)構(gòu)化仍成為可能。這將顯著增加PLC程序組織的清晰性，可理解性和易維護(hù)性。

　　4.4應(yīng)用軟件

　　為了長期保存實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中重要的參數(shù)，本系統(tǒng)在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上安裝了數(shù)據(jù)上傳應(yīng)用軟件，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從監(jiān)控計(jì)算機(jī)上傳到服務(wù)器上，數(shù)據(jù)庫前臺(tái)應(yīng)用程序開發(fā)工具選用VisualStudio.net，在它的軟件包內(nèi)集成了VB、VC等開發(fā)工具。

　　4.5后臺(tái)數(shù)據(jù)庫

　　數(shù)據(jù)庫用于保存系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)歷史數(shù)據(jù)、參數(shù)報(bào)警數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、設(shè)備狀態(tài)變化時(shí)間等信息。將通過人機(jī)界面下達(dá)的生產(chǎn)任務(wù)和監(jiān)控機(jī)執(zhí)行的情況作永久的記錄，已備將來查詢。

　　數(shù)據(jù)庫采用支持網(wǎng)絡(luò)的流行的數(shù)據(jù)庫軟件，并支持ODBC、DDE、DLL等開放接口。我們選擇性價(jià)比高的SQLServer2000,其特性如下：

　　完全的Web支持

　　SQLServer提供可以Web標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫程序功能。豐富的XML和Internet標(biāo)準(zhǔn)支持允許您使用內(nèi)置的存儲(chǔ)過程以XML格式輕松存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)。您還可以使用XML更新程序容易地插入、更新和刪除數(shù)據(jù)。

　　通過Web輕松訪問數(shù)據(jù)，有了SQLServer，您可以使用HTTP來向數(shù)據(jù)庫發(fā)送查詢、對(duì)數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的文檔執(zhí)行全文搜索、以及通過Web進(jìn)行自然語言查詢。

　　強(qiáng)大而靈活的基于Web的分析。SQLServer分析服務(wù)功能被擴(kuò)展到了Internet。您可以通過Web瀏覽器來訪問和控制多維數(shù)據(jù)。

　　開發(fā)周期短

　　SQLServer是Microsoft.NETEnterpriseServer的數(shù)據(jù)管理與分析中樞。SQLServer包括加速從概念到最后交付開發(fā)過程的工具。

　　1.集成和可擴(kuò)展的分析服務(wù)。有了SQLServer，您可以建立帶有集成工具的端對(duì)端分析解決方案，從數(shù)據(jù)庫創(chuàng)造價(jià)值。此外，還可以根據(jù)分析結(jié)果自動(dòng)驅(qū)動(dòng)商業(yè)過程，以及從最復(fù)雜的計(jì)算靈活的檢索自定義結(jié)果集。

　　2.快速開發(fā)、調(diào)試和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。SQLServer帶有交互式調(diào)節(jié)和調(diào)試查詢、從任何數(shù)據(jù)源快速移動(dòng)和轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)、以及按Transact---SQL方式定義和使用函數(shù)等功能。您可以從任意VisualStudio工具以可視化方式設(shè)計(jì)和編寫數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序。

　　3.簡(jiǎn)化的管理和調(diào)節(jié)。使用SQLServer，您可以很容易地在企業(yè)資源旁邊集中管理數(shù)據(jù)庫?？梢栽诒３致?lián)機(jī)的同時(shí)輕松地在計(jì)算機(jī)間或?qū)嵗g移動(dòng)和復(fù)制數(shù)據(jù)庫。

　　4.6PID功能

　　比例作用實(shí)際上是一種線性放大(縮小)功能。采樣偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生正比于偏差大小的控制作用，使被調(diào)量朝誤差減小方向變化。其作用大小通過比例增益Kp度量，Kp大時(shí)響應(yīng)速度快，穩(wěn)態(tài)誤差小，但會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)或產(chǎn)生不穩(wěn)定，而Kp過小會(huì)使響應(yīng)速度緩慢，調(diào)節(jié)時(shí)間加長，調(diào)節(jié)精度降低；積分作用則是一種記憶，對(duì)誤差進(jìn)行累積，有利于消除靜差。但積分作用如果太強(qiáng)，會(huì)引起較大超調(diào)或振蕩，且在實(shí)際當(dāng)中會(huì)經(jīng)常碰到積分飽和現(xiàn)象；微分作用主要是用來產(chǎn)生提前的控制作用，改善動(dòng)態(tài)特性，減小調(diào)整時(shí)間，使系統(tǒng)易于穩(wěn)定。三個(gè)參數(shù)適當(dāng)配合才能使系統(tǒng)的過渡過程達(dá)到快速、平穩(wěn)和準(zhǔn)確的要求。PID原理圖如圖3所示。

　　本系統(tǒng)中基坑溫度采用中控人工方式控制時(shí)，要求基坑內(nèi)的溫度維持在監(jiān)控中心所設(shè)定值左右，為了實(shí)現(xiàn)這一功能，系統(tǒng)引入了PID控制策略，如圖4所示，不斷比較設(shè)定值和采集值，將兩者的差值作為輸入信號(hào)，經(jīng)過PID算法運(yùn)算，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)即空調(diào)機(jī)組，保證當(dāng)前溫度值逼近設(shè)定值。整個(gè)PID調(diào)節(jié)過程能達(dá)到快速、平穩(wěn)和準(zhǔn)確的要求。

　　圖3基坑內(nèi)溫度PID調(diào)節(jié)

　　5系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

　　本系統(tǒng)選擇可靠的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)至關(guān)重要。在本方案中，各變頻器和PLC以及PLC和監(jiān)控計(jì)算機(jī)的信息傳輸采用了可靠、快速的有線傳輸網(wǎng)絡(luò)——?dú)W洲的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)PROFIBUS，它是由SIEMENS推出的歐洲標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，以其很高的數(shù)據(jù)傳輸速度、很高的數(shù)據(jù)傳輸可靠性、良好的物理及電氣接口標(biāo)準(zhǔn)，在控制領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。而且，本方案中所選的控制器（PLC）、變頻器等硬件本身都集成了PROFIBUS接口，可以非常方便可靠地連接成一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。

　　5.1PROFIBUS的定義及分類

　　PROFIBUS是ProcessFieldbus的縮寫，是一種國際性的開放式的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，即EN50170歐洲標(biāo)準(zhǔn)，目前世界上許多自動(dòng)化生產(chǎn)廠家都為它們生產(chǎn)的設(shè)備提供PROFIBUS接口。它廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通、電力、等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。PROFIBUS根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)分為：PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA三個(gè)兼容版本。

　?。?）PROFIBUS-DP：經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價(jià)的通信鏈，專為自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)分散I/O之間通信設(shè)計(jì)，使用PROFIBUS-DP模塊可取代昂貴的24V或0～20mA并行信號(hào)線。用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸。

　　（2）PROFIBUS-FMS：解決車間級(jí)通用性通信任務(wù)，提供大量的通信服務(wù)，完成中等傳輸速度的循環(huán)和非循環(huán)通信任務(wù)，用于紡織工業(yè)、樓宇自動(dòng)化、電氣傳動(dòng)、傳感器和執(zhí)行器、可編程控制器、低壓開關(guān)設(shè)備等一般自動(dòng)化控制。它是一個(gè)令牌結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò)。

　　PROFIBUS是一種用于工廠自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。

　　5.2PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)

　　PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國際標(biāo)準(zhǔn)、以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（OpenSystemInerconnectionOSI）作為參考模型的。該模型共有七層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。現(xiàn)場(chǎng)總線采用簡(jiǎn)化的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，具有類似于OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層的3層協(xié)議或進(jìn)一步包括網(wǎng)絡(luò)層或傳輸層在內(nèi)的4層協(xié)議，而不采用會(huì)話層和表示層。流量控制和差錯(cuò)控制放在數(shù)據(jù)鏈路層執(zhí)行，而報(bào)文的可靠傳輸可以放在數(shù)據(jù)鏈路層或者應(yīng)用層執(zhí)行。這種流體型結(jié)構(gòu)確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸陀行?，用戶接口?guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可以調(diào)用的應(yīng)用功能。

　　PROFIBUS-DP采用RS485進(jìn)行傳輸，采用屏蔽雙絞同線電纜，共用一根導(dǎo)線對(duì)。波特率從9.6Kbit/s到19.2Mbit/s。RS485操作容易，總線結(jié)構(gòu)允許增加和減少站點(diǎn)，分布投入不會(huì)影響到其他站點(diǎn)的操作。

　　6結(jié)束語

　　作為高速弓網(wǎng)關(guān)系試驗(yàn)臺(tái)正常運(yùn)行輔助系統(tǒng)的通風(fēng)除塵系統(tǒng)，與試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行之間存在連鎖關(guān)系，除塵效果的如何直接關(guān)系到試驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，本文從控制要求出發(fā)，從硬件、軟件、控制策略等方面詳細(xì)闡述了通風(fēng)除塵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的過程，整個(gè)設(shè)計(jì)思路符合集散控制系統(tǒng)分散控制、集中管理的要求，其解決方案對(duì)高速弓網(wǎng)適用的場(chǎng)合有非常不錯(cuò)的借鑒意義。

　　作者簡(jiǎn)介：

　　孔令輝男工程師主要研究方向：先進(jìn)計(jì)算機(jī)控制及智能系統(tǒng)