0 引言

由于界面组态功能的完整性和对用户的开放性等优点，上位机监控软件被普遍应用在工业计算机控制领域^[1]。它可以通过指定的工业通讯协议与下位机实现通讯，进而实时监测现场的过程量，控制生产系统的运行^[2-3]。在电厂的除氧控制系统中，由于控制水位的不佳、自动化控制程度不高的问题，不仅影响锅炉设备的使用寿命，而且通讯速度的降低，导致生产效率下降[^[4-5]，此外，还会造成严重的电力生产安全事故。针对以上所提到的问题，本文应用了先进的PC组态方法，通过MPI在OPC服务器和S7 PLC之间建立S7的连接。根据实际生产过程的要求，在上位机监控系统中增加了动态画面显示，主要有实时数据的显示和报表调用的功能，另外增加了密码保护，提高了系统的整体安全性。

1 上位机监控系统控制要求

按照工艺要求，除氧控制监控系统主要实现以下几种功能：动态显示、实时控制、参数设置、故障报警、报表调用、密码保护。

(1) 动态显示：绘制了现场设备实际分布图、某些设备启停的状态等。在监控生产过程中，使用Kingview显示屏的动态组件，如泵启动或关闭，通过图标颜色变化指示泵的状态。

(2) 实时控制：设定重要参数、状态切换等。为了应对一些突发情况，如手动开启阀门，调整系统参数等。

(3) 参数设置：把经常使用的设置值以表的形式保存，例如上限值，下限值等，并且可以通过调用表来减少重复设置操作的次数。

(4) 故障报警：通过颜色显示的变化进行上限报警、下限报警和电机故障报警，使系统更加安全可靠。

(5) 报表调用：每次生产的数据都以报表形式并按批次保存，做到可查询一定时间范围内的生产数据。

(6) 密码保护：密码在系统的参数设置、主界面里设置，并提供密码更改功能使系统更安全。

2除氧控制系统结构                                                                                                                                  

2.1除氧控制系统硬件架构

除氧控制系统是通过上位机与下位机的通讯，实现了对除氧器水位阀门开度的实时监测。将Kingview 6.55作为除氧控制系统的上位机监控软件，西门子S7-300 PLC作为控制器，配备多种扩展功能模块以实现所须功能，如SM323、SM322数字量输出模块和SM331模拟量输入模块，将这些模块与水箱、凝汽器、电机、阀门等设备连接从而达到对除氧水位的调节，系统结构如图1所示。

图1 系统结构图

图1中，要控制除氧器水箱的水位，需要调节凝结水泵的出口和凝结水母管上的调节阀的开度来改变凝结水的流量，然后通过调节再循环调节阀和化学补充水调节阀1和2可以控制凝汽器的水位。

2.2除氧控制系统软件框架

运用组态王的图像编辑工具和内置控件，然后根据需要绘制相应的图片和显示窗口，并连接控件和变量，则可以实时显示监测值，当监测值出现改变时，所连接图片的控件就会产生相应的动画效果；然后利用函数的编写，程序指令等脚本语言来实现组态功能外的扩展，如设置参数，表格的调用功能和密码保护。本监控系统包含的主要操作界面如图2所示。

图2 上位机功能结构图

在西门子300编程中，功能都具有模块性的，即不同的功能都编码为一个模块。编程软件先要根据所使用的模块配置硬件并下载配置，然后在主循环块OB1中循环扫描后调用该模块。

除氧控制系统是由三部分组成，分别是计算机控制、电机控制和PLC控制，而作为控制系统的核心，PLC控制器会按预设程序对输入的信息进行处理。称重传感器，温度传感器和水位传感器的信号则由称重变送器，温度变送器和液位变送器收集并调节。并实时输入到PLC控制器。开关信号如限位开关和每个电路元件触点则直接送到到PLC中。这些信号量由PLC根据控制逻辑程序一并输出，然后控制物体或阀门的打开以实现控制目标^[6]。

3通讯网络设计

该系统通过MPI在OPC服务器和S7 PLC之间建立S7的连接的方式访问S7 PLC并读取PLC数据，利用西门子CP5611通信卡实现PC机与SIMIC S7之间的MPI通信连接。

SIMATIC NET是应用于该系统的通信系统，是西门子在工业控制级别提供的一个多样化的开放式通信系统，现场的PLC，工作站和个人电脑的工业网络可以实现联网通信^[7]。

另外， OPC服务器在工业上应用很普遍，所以提供了可以使用的通讯接口。在该系统中，组态王作为OPC的客户端，通过调用句柄的方式可以读取OPC中的数据并可实时保存相关数据，由此实现了与下位机的通讯，实现了数据交换，进而可以监控整个除氧控制流程 ^[8-11]。

4上位机监控系统功能实现

根据上位机监控界面的要求，本文通过配置其自带的脚本工具完成了现场控系统的运行状态以及实时监测数据，并配有相应的画面和显示窗口。下面以参数设置的实现为例说明。

要想系统正常且安全的的生产，则要提前设定好某些开关模拟量所对应的参数，例如水位的高度，冷凝器的温度以及相关阀门的开度等生产参数。而我们可以把这些参数整合成一张常用表的形式，参数设置包含有保存、新增、选择和删除参数等功能。

(1) 保存、新建参数使用RecipeSave函数，该功能用于保存新的参数或对现有参数模板文件中的原始参数进行更改。脚本程序：

long a;

a=\\本站\参数1设置比例+\\本站\参数2设置比例+\\本站\参数3设置比例+\\本站 \参数4设置+\\本站\水位设定;

if(a>100)

RecipeSave("C:\Documents and Settings\hsc\桌面\除氧控制主界面1.29\本站点\除氧.csv",\\本站点\recipenametag);

else

showpicture("参数校验失败");

closepicture("新增参数确认界面");

保存参数时会先判断各类参数是否在正常范围内，如果是则保存到新建参数中，反之，则跳出窗口显示参数校验失败。"\\本站点\recipenametag"为当前参数名的存储站点。

(2) 使用recipeselectrecipe函数可以选择参数，该功能是在指定的参数模板文件中选择工程师的输入参数，运行该功能后，工程人员就可以在弹出的对话框内输入相应数据，并把此数据名放在字符串变量中存储。脚本程序：

recipeselectrecipe("C:\Documents and Settings\hsc\桌面\除氧控制主界面1.29\本站点\除氧.csv",\\本站点\recipenametag,"请输入数据名称！");

(3)   删除参数使用函数RecipeDelete的功能，该功能用于删除模板文件中指定的当前数据。脚本程序：

RecipeDelete("C:\Documents and Settings\hsc\桌面\除氧控制主界面1.29\本站点\除氧.csv",\\本站点\recipenametag);

5应用

本文以浙江省龙游电厂的除氧控制系统为例，该系统目前已上架运行，采用组态软件制作的人机界面，完成了动态的实时监控功能，控制要求也得到了完整的实现，平均无故障运行时间超过760h，满足了生产需要，易于操作，也提高设备自动化程度和生产效率，避免了电力生产安全问题的发生^[12]，现场监控效果界面如图3所示。

图3 除氧系统监控图

6结束语

通过对现场的工艺流程和生产过程的分析，并结合控制要求，本文使用组态王作为上位机监控软件、SIMATIC NET作为系统通讯网络的方法，开发了一套除氧控制的监控系统。经验证，该系统充分实现了实时监控、查询报表、密码保护等功能，另外，SIMATIC网络工业通信系统的应用可以保证上位机与下位机之间快速、稳定的通信，提高了生产效率，拥有良好的应用前景。 

参考文献:

[1] 应伟军,赵燕伟,胡长硕,徐竞喆.基于组态软件的水电站监控系统的设计与开发.计算机测量与控制，2015(3):783-786.

[2] 冯志超. 基于PLC与组态软件的船舶锅炉监控系统[D]. 大连海事大学,2008.

[3] 何同运,陈楠,郝艳军,于振华. 基于PLC的工业控制系统的设计探讨[J]. 电子技术与软件工程. 2015(16) :45-47.

[4] 王二贵 魏凯.对电厂机组除氧器水位控制的分析[J] 科技向导.2014（17）：245

[5] 孙晓峰 王传栋 王友东 用于除氧器水位控制的系统:中国，CN201220344775.7[P]  2013.01.16

[6] 蔚俊兰,丁振荣. 组态王6.5与单片机的通信方法[J]. 工业控制计算机. 2004(10) :34-37.

[7] 唐妍,林景栋,曲莹莹. 基于组态王SQL访问功能的报表数据统计[J]. 佳木斯大学学报(自然科学版). 2010(03) :35-38.

[8] 谢建育，黄卫剑．热力除氧机理及除氧器水位控制系统的调整策略[J]．广东电力，2006，19(12)：41-43

[9] 张登峰.  基于PLC和组态王的泵站监控系统设计[D]. 内蒙古农业大学,2012

[10] 王健,赵世远.  SIMATIC NET工业通信网络在连铸控制系统中的应用[J]. 中国仪器仪表. 2008(10) :21-23.

[11] 韩力群．智能控制理论及应用!M]．北京：机械工业出版社，2008

[12] 陈少文，周全力．工业锅炉房安全技术管理[M]．北京：中国劳动出版社出版，1990

作者简介: 叶振宇(1991-)，男，浙江衢州人，助理工程师，主要从事电厂实时数据监测。

张莉，1983-，女，江苏徐州人，高级工程师，长期从事火电厂自动控制方面的研究。

王亚刚(1967-)，男，山西忻州，教授，博士，从事系统辨识，过程控制，回路评估等研究。

赵鑫(1994-)，女，湖北武穴，控制工程在读硕士研究生，主要研究方向性能评估。603149946@qq.com

张迁（1994-），男，江苏南京，控制工程在读研究生。主要研究方向模式识别，系统辨识。