毕业设计（论文）电厂化学加药系统的以太网和Web发布实现

1、常州信息职业技术学院常州信息职业技术学院 学生毕业设计（毕业论文）学生毕业设计（毕业论文） 系系 别：别： 电子与电气工程学院电子与电气工程学院 专专 业：业： 电气自动化技术电气自动化技术 班班 级：级： 电气电气 051 学学 生生 学学 号：号： 学学 生生 姓姓 名：名： 设计设计(论文论文)题目：题目：电厂化学加药系统的以太网和电厂化学加药系统的以太网和 web 发布实现发布实现 指指 导导 教教 师：师： 设设 计计 地地 点：点： 常州信息职业技术学院常州信息职业技术学院 起起 迄迄 日日 期：期： 2008.3.102008.5.16 毕毕业业设设计计（论论文文）任任务务书书

2、专业 电气自动化电气自动化 班级 电气电气 051 姓名 一、课题名称：电厂化学加药系统的以太网和电厂化学加药系统的以太网和 webweb 发布实现发布实现 二、主要技术指标： 1、研究工控 scada 系统及工业网络控制应用技术，成果形成书面材料； 、完成电厂化学加药 scada 系统基于 adam-5000tcp 工业以太网控制器的硬件设计， 投入正常运行； 、完成系统人机界面 hmi 组态，实现 web 发布，能通过 internet/intranet 浏览器实 现远程浏览和监控； 、完成毕业设计论文，理论性与实践性结合。 三、工作内容和要求： 1、掌握 scada 系统的设计原理和方法

3、，以及工业网络控制应用技术； 2、熟悉电厂化学加药 scada 系统项目背景知识； 3、掌握 adam-5000tcp 工业以太网控制器及系列智能模块的性能和应用； 4、掌握基于 web 发布技术的 webaccess 组态软件的 hmi 组态方法； 5、掌握采用工业以太网及 web 发布技术的电厂化学加药 scada 系统设计、组态（含编程） 、 调试的全过程； 6、注重团队协作与交流沟通，积极思考，独立完成、完善论文，提出改进方案。 四、主要参考文献： 1 姚立波,朱敏.工业控制技术及应用.常州信息职业技术学院 2 姚立波.研华工控项目指导手册.常州信息职业技术学院 3 姚立波.工业网络控

4、制技术在电厂凝水处理系统的应用.常州信息职业技术学院学 报.2006.6 4 研华公司.研华 webaccess 操作手册.研华科技股份有限公司.2007.5 学 生（签名） 2008 年 3 月 10 日 指 导 教师（签名） 2008 年 3 月 10 日 教研室主任（签名） 2008 年 3 月 10 日 系 主 任（签名） 2008 年 3 月 10 日 毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）开题报告 专业电气自动化班级电气 051姓名 设计（论文）题目设计（论文）题目电厂化学加药系统的以太网和电厂化学加药系统的以太网和 webweb 发布实现发布实现 一、选题的背景和意义： 1、研

5、华科技是 pc_based & eautomation 技术的世界领导厂商，采用研华 adam-5000tcp 工 业以太网产品和 web 网页发布技术的 webaccess 自动化软件进行数据采集与监控组成 scada 系统，性价比优势明显，性能稳定可靠，实用性强，软硬件组态快捷方便； 2、internet 科技日益渗透到生产、生活的各领域，自动化软件 e 趋势已发展成为整合 it 与 工厂自动化的关键。采用 webaccess 自动化软件实现 web 发布/浏览功能，逼真再现现场 画面，可以在任何时间任何地点实时地掌控生产过程的每一个细节，以及现场的流程画 面、过程数据、趋势曲线、操作记录

6、和报警等； 3、研华工控应用技术课程中已学习 adam-5000tcp 控制器及工业控制 scada 项目有关理论知 识，并进行相应实践操作技能训练； 4、电厂化学加药 scada 系统来源于指导教师联合企业的横向课题。 二、课题研究的主要内容： 1、掌握 scada 系统的设计原理和方法，以及工业网络控制应用技术； 2、熟悉电厂化学加药 scada 系统项目背景知识； 3、掌握 adam-5000tcp 工业以太网控制器及系列智能模块的性能和应用，并在实验室模拟现 场被控对象和传感器等被控部件； 4、掌握基于 web 发布技术的 webaccess 组态软件的 hmi 组态方法，组态各种监控

7、画面（包 括水汽品质采集画面，加氨系统监控仿真图、加联氨系统监控仿真图、协调磷酸盐系统监控 仿真图等功能） ； 5、掌握采用工业以太网及 web 发布技术的电厂化学加药 scada 系统的设计、组态（含编程） 、 调试的全过程； 6、对工控 scada 系统及工业网络控制应用技术进行研究，成果形成书面材料； 7、注重团队协作与交流沟通，积极思考，独立完成、完善论文，提出改进方案。 三、主要研究（设计）方法论述： 主要采用基于工作过程的六步法： 1、资讯：通过教科书、论文、因特网等途径收集资料； 2、计划：独立制定毕业设计的任务及计划书； 3、确定：与指导教师讨论，共同确定计划的可行性； 4、实

8、施：独立进行项目的软硬件设计、组态、编程及调试，撰写设计论文； 5、检验：与指导教师一起，对项目及论文进行审核、修改； 6、评价：与指导老师讨论，并通过论文答辩，对本设计提出改进意见，修改完稿。 此外采用独立实验、请教老师并讨论、请教专业公司技术人员、独立收集资料等多种设 计方法。 四、设计（论文）进度安排： 时 间工 作 内 容 2008.3.103.11 指导教师布置任务：明确课题具体内容与要求，共同制定相关指导措施、 时间进度、联系方法等 2008.3.123.13 开题报告：按要求撰写开题报告，并得到指导教师批准后进行课题的实施 阶段 2008.3.14 4.11 进行毕业设计课题研究

9、，含理论研究与实际项目的软硬件设计、编程、调 试、运行等内容 2008.4.125.11进行毕业论文的撰写 2008.5.125.13指导教师检查毕业设计实验成果，审阅论文，提出修改意见 2008.5.14修改论文，形成终稿，准备答辩 2008.5.15论文答辩 2008.5.16对答辩意见进行论文修改，汇总论文相关资料，资料归档 五、指导教师意见： 该毕业设计课题以电厂化学加药 scada 系统为设计载体，选择工业以太网控制器为硬件 平台，完全基于 web 发布的 webaccess 组态软件为软件平台，技术先进；同时应对 scada 技 术、工业网络技术等应用技术进行研究。设计中应考虑理论

10、性与实践性进行有机结合。 同意开题，并按进度安排要求实施。 指导教师签名：姚立波 2008 年 3 月 13 日 六、系部意见： 该课题以具体项目为研究载体，采用的技术先进，进度安排适当。 同意开题。 系主任签名： 李众 2008 年 月 13 日 电厂化学加药系统的以太网和电厂化学加药系统的以太网和 webweb 发布实现发布实现 目录目录 摘 要 .1 abstract .2 第一章 前 言 .3 第二章 scada 系统的原理和组成 .4 21 scada 系统的基本概念.4 211 scada 系统概述 .4 212 scada 系统的应用领域 .4 22 scada 系统的过去、现在

11、和将来.5 221 scada 系统发展历程 .5 222.scada 系统的现状及存在的主要问题 .6 223 scada 系统发展前景 .7 23 scada 系统的整体介绍.7 231 scada 系统的功能要求 .7 232 scada 系统的构成 .8 233 scada 的主站系统 .9 234 scada 的通讯系统 .9 235 scada 的远方终端单元 .10 第三章 工业网络控制应用技术 .11 31 网络控制技术的应用现状 .11 3.1.1 分布式控制系统 dcs .11 3.1.2 现场总线控制系统 fcs .11 3.1.3 工业以太网 ie .12 3.1.4

12、web 自动化 .13 32 网络控制应用技术的服务供应商-研华科技 .14 321 研华科技简介 .14 322 研华与我院开展校企合作 .14 第四章 adam-5000tcp 工业以太网控制器及智能模块 .15 41 adam-5000tcp 工业以太网控制器简介.15 42 adam-5000 系列智能模块介绍.15 43 adam-5000tcp 的硬件连线.17 44 adam-5000tcp 的测试.18 441adam-5000tcp-6000 utility 软件的安装 .18 442 adam-5000tcp/6000 utility 软件的使用 .18 第五章 基于 we

13、b 网页发布的 webaccess 组态技术 .21 51 webaccess组态软件的功能特点 .21 52 webaccess 的系统架构.21 53 矢量绘图工具 .22 54 设备通讯 .23 55 趋势显示和报警管理功能 .23 56 脚本语言 .23 第六章 电厂化学加药 scada 系统控制描述 .24 61 系统总体框图及控制要求 .24 62 本课题控制系统描述 .25 63 系统软硬件配置说明 .26 64 化学加药自动控制功能概述 .27 第七章 系统设计、调试及运行 .30 71 系统硬件配置 .30 72 系统 i/o 分配表 .30 73 系统 hmi 组态 .35

14、 74 系统通讯组态及变量设置 .37 75 tcl 脚本编程.38 第八章 结束语 .41 答 谢 辞 .42 参考文献 .43 毕业设计论文正文 电厂化学加药系统的电厂化学加药系统的 以太网和以太网和 webweb 发布实现发布实现 学学 生：生： 指导教师：指导教师： 2008.5 摘摘 要要 计算机、网络通信技术与控制技术相结合，给传统的工业自动化应用领域充入了新内容， 特别是 internet 及 web 技术的发展，促进工业控制应用技术向网络控制及 web 自动化的趋势 发展。自动化生产设备的数据采集与监控系统， 即工控 scada 系统，是各行各业应用普及的 一类计算机智能控制系

15、统。本课题对 scada 控制及工业网络控制应用技术进行了探索和研究， 并以电厂化学加药 scada 系统项目的研发为重点，采用当今先进的工业以太网控制器 adam-500 0tcp 及完全基于 web 网页发布的 webaccess 组态技术，设计开发了一种新型的完全基于 inter net 和 intranet 信息平台的 scada 系统，实现了现场信息监视与控制的自动化、网络化和远程 化，即只要需要，在任何时间和任何地点，都可以对工业现场的数据进行实时访问和控制。整 个系统实用性强、操作简单，可以推广应用到交通、化工、钢铁等各领域。 关键词：关键词：工业以太网，web 发布，scada

16、 abstract the technical combination of computer ， network communication and control gives new contents to the traditional application area of industry automation. especially， with the development of internet and web browse technologies, the industry control application technology trends to network c

17、ontrol and web automation. the data acquisition and control system (scada) of automatic manufacture device is a kind of computer intelligent control system applied in many industry areas. in this paper, the application technology of scada control and industry network control is studied and searched.

18、 we designed a new scada system based on chemical disposal scada system of electric plant by using advanced internet technology. we used industry ethernet controller adam-5000tcp and webaccess configuration software. through web network, we can both gain and control industry field data whenever and

19、wherever if necessary. the whole system is used easily, and could be applied in industry areas of traffic, chymistry ,steel,etc. keywords: industry ethernet, web browse, scada 第一章第一章 前前 言言 随着计算机、网络通信及控制技术的发展，现代工业控制领域向网络化、集成化、分布化、 web 自动化发展，普遍采用网络控制系统 ncs（networked control system） 。网络控制系统即 网络化的控制系统，通

20、常根据系统构成的层次结构而分成三种基本通信方法，即分布式控制系 统 dcs、现场总线控制系统（fcs）及工业以太网，它们构成当今工业控制的主流。同时 internet 及 web 技术的发展，促进工业控制系统向 web 自动化的趋势发展。工控系统通过 ncs 将现场各种设备的信号传输到现场控制层（一般采用 plc 或智能模块） ，再将控制层信息传输 到信息监控层（一般采用工业控制计算机 ipc）及企业管理层（mis 网） ，形成了系统信息传输 的神经网络，并通过 web 技术向 intranet 或 internet 发布信息，从而完成了从底层到上层信 息共享的目的。 网络控制技术应用于各行各

21、业并带动其发生具大变化。在电力行业，新建电厂容量向超临 界、超超临界机组发展，这些机组大量采用了先进的技术和设备，对现场自动控制提出了越来 越高的要求。化学水处理系统作为火电厂/核电厂二回路的供血系统，在生产工艺日趋复杂化 的同时，大量采用了工业控制领域最新研究技术成果，特别是工业网络控制技术，形成了综合 化的控制模式。所谓综合化控制即是把电厂所有的化学水子系统合为一套 dcs 控制系统，取消 传统的操作模拟盘，现场采用下位机（plc、智能模块、智能仪表）和上位工控机组成的二级 控制结构，利用下位机对各个子系统中的设备分别进行数据采集和控制，上位工控机和下位机 之间通过数据通信总线进行数据交换

22、。而随着电厂信息化建设的要求，这些现场监控信息被广 泛要求传输到电厂 mis 网上，以方便各级浏览、查询或根据权限发布控制命令。 在电厂综合化的化学水处理系统中，化学加药自动控制系统是必不可少的子系统，主要实 现对整个电厂水汽热力循环系统中水和汽的品质参数监控，并根据参数品质要求，实现加氨、 加联氨和协调磷酸盐的自动控制，这对于保证热力系统水汽品质，确保锅炉、汽轮机、热力管 道等重要设备的长期安全、稳定、可靠运行，起着十分重要的作用。在工程设计中，常常将这 个子系统作为一个相对独立的 scada 系统进行设计。 本毕业设计以出口印尼 indorama 电厂两台 300mw 火力发电机组的化学加

23、药系统监控为设 计对象和控制模型，硬件采用研华公司先进的工业以太网产品 adam-5000tcp 及其 5000 系列智 能模块，人机界面 hmi 采用研华公司发布的完全基于浏览器技术的 webaccess 软件（在组态软 件市场中，该软件构思新颖，技术领先） ，组成为一个工控 scada 系统。该系统已在实验室调 试通过，并可完全应用于电厂控制现场及应用于其它控制领域。 第二章第二章 scada 系统的原理和组成系统的原理和组成 2 21 1 scadascada 系统的基本概念系统的基本概念 scada（supervisory control and data acquisition）-数

24、据采集与监控系统具有信 息完整，效率高，能正确掌握系统运行状态，能帮助快速诊断出系统故障状态等优点。它对提 高系统运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现调度自动化与现代化，提 高调度的效率和水平方面有着不可替代的作用。 2 21 11 1 scadascada 系统概述系统概述 scada 系统作为生产过程和设备管理自动化最为有效的计算机软硬件系统之一，它包含两 个层次的含义：一是分布式的数据采集系统，即智能数据采集系统，也就是通常所说的下位机； 另一个是数据处理和显示系统，即上位机 hmi（human machine interface）-人机界面系统。 scada 系统是以

25、计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进 行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。 2 21 12 2 scadascada 系统的应用领域系统的应用领域 下位机一般意义上通常指硬件层上的各种数据采集设备，如各种 rtu、 ftu、plc 及各种 智能控制设备等等。这些智能采集设备与生产过程和事务管理的设备或仪表相结合，能感知设 备各种参数的状态，并将这些状态信号转换成数字信号，并通过特定数字通信网络传递到 hmi 系统中。必要的时候，这些智能系统也可以向设备发送控制信号。上位机 hmi 系统在接受这些 信息后，以适当的形式

26、如声音、图形、图象等方式显示给用户，以达到监视的目的，同时数据 经过处理后，告知用户设备各种参数的状态（报警、正常或报警恢复） ，这些处理后的数据一 般会保存到数据库中，也可以通过网络系统传输到不同的监控平台上，还可能与别的系统（如 mis，gis）结合形成功能更加强大的系统；hmi 还可以接受操作人员的指示，将控制信号发送 到下位机中，以达到控制的目的。 上位机与下位机结合的 scada 系统，作为操作员平台和中央监控系统，可以广泛地应用到 工业生产和设备管理的各个领域，主要有： 1、 楼宇自动化 开放性能良好的 scada 系统可作为楼宇设备运行与管理子系统，监控房屋设施的各项设备 事务，

27、如门警、电梯运营、消防系统、照明系统、空调系统、水工、备用电力系统等的自动化 管理； 2、 生产线管理 用于监控和协调生产线上各种设备正常有序的运营和产品数据的配方管理； 3、 无人工作站系统 用于集中监控无人看守系统的正常运行，这种无人值班系统广泛分布在以下行业： 无线通讯基站网； 邮电通讯机房空调网； 电力系统配电网； 铁路系统电力系统调度网； 铁路系统道口，信号管理系统； 坝体、隧道、桥梁、机场和码头等安全监控网； 石油和天然气等各种管道监控管理系统； 地铁、铁路自动收费系统； 交通安全监测； 城市供热、供水系统监控和调度； 钢铁工业高炉安全监控系统； 环境、天文和气象无人检测网络的管理

28、； 各种工业锅炉监控保护系统； 其它各种需要实时监控的设备等。 4、 机械人、机械臂系统 用于监视和控制机械人的生产作业； 5、 其它生产行业 如大型轮船生产运营、粮库质量和安全监测、设备维修故障检测、高速公路流量监控和记 费系统等。 许多行业在应用了 scada 系统后，取得了很大的社会和经济效益，主要在以下方面：可极 大提高生产和运行管理的安全性能和可靠程度；生产配方管理的自动化可大大提高产品的质量 和生产的效率，降低生产人员面临恶劣工作环境的可能性，保证工作过程中第一位的人员的安 全性；可大大减少不必要的人工浪费，通过生产过程的集中控制和管理，极大地提高企业作为 一个整体效率的竞争能力；

29、系统通过对设备生产趋势的保留和处理，可提高预测突发事件的能 力，在紧急情况下的快速反应和处理能力可极大地减少生命和财产的损失，从而可带来潜在的 社会和经济效益，等。 2 22 2 scadascada 系统的过去、现在和将来系统的过去、现在和将来 2 22 21 1 scadascada 系统发展历程系统发展历程 scada（supervisory control and data acquisition）系统，全名为数据采集与监视控 制系统。scada 系统自诞生之日起就与计算机技术的发展紧密相关。scada 系统发展到今天已 经经历了四代。 1、第一代 scada 系统 是基于专用计算机和

30、专用操作系统的 scada 系统，如电力自动化研究院为华北电网开发的 sd176 系统，以及日本日立公司为我国铁道电气化远动系统所设计的 h-80m 系统。这一阶段从 计算机运用到 scada 系统时开始，大致到 70 年代。 2、第二代 scada 系统 是 80 年代基于通用计算机的 scada 系统，这一时期，广泛采用 vax 等计算机以及其它通 用工作站，操作系统一般是通用的 unix 操作系统。在这一阶段，scada 系统在电网调度自动化 中与经济运行分析，自动发电控制（agc）以及网络分析结合到一起，构成了 ems 系统（能量 管理系统） 。 第一代与第二代 scada 系统的共同

31、特点是基于集中式计算机系统，并且系统不具有开放性， 因而在系统维护、升级以及联网等方面构成很大困难。 3、第三代 scada 系统 90 年代，按照开放的原则，基于分布式计算机网络以及关系数据库技术，能够实现大范 围联网的 scada 系统称为第三代。这一阶段是我国 scada/ems 系统发展最快的阶段，各种最新 的计算机技术都汇集进 scada/ems 系统中。这一阶段也是我国对电力系统自动化以及电网建设 投资最大的时期。 4、第四代 scada 系统 目前已进入第四代 scada 系统。该系统的主要特征是采用 internet 技术、面向对象技术、 神经网络技术以及 java 技术等计算

32、机及网络技术，继续扩大 scada 系统与其它系统的集成， 综合安全经济运行以及商业化运营的需要。 scada 系统在电气化铁道远动系统的应用技术上也已经取得突破性进展，应用上也有迅猛 的发展。由于电气化铁道与电力系统有着不同的特点，在 scada 系统的发展上与电力系统的道 路并不完全一样。在电气化铁道远动系统上已经成熟的产品有我国自行研制开发的 hy200 微机 远动系统以及由西南交通大学开发的 dwy 微机远动系统等。这些系统性能可靠、功能强大，在 保证电气化铁道供电安全，提高供电质量上起到了重要的作用。 2 22 22.scada2.scada 系统的现状及存在的主要问题系统的现状及存

33、在的主要问题 基于 pc 机和 windows 平台的 scada 上位机系统是目前发展的趋势，特别是基于 nt/2000/xp 平台的 scada 系统。目前，国际和国内市场上基于以上两种平台，应用比较广泛的 scada 上位机组态系统有：wondware 的 intouch、西门子公司的 wincc、澳大利亚的 citech、 美国 interlution 公司的 ifix、意大利 logosystem 的 logview 等，这些组态软件较好地解决 了传统 scada 上位机系统的功能，主要有： 1、数据采集与控制信息发送 提供基于进程间通讯的数据采集方法（主要表现为开发 dde 服务程

34、序） ，并且已开发了常 用的多种智能数据采集设备的服务程序； 2、报警处理 具有多点同时报警处理功能，提供报警信息的显示、登录，部分提供用户应答功能； 3、历史趋势显示与记录 提供基于专用实时数据库的监控点数据的记录、查询和图形曲线显示； 4、针对管理和控制的需要，这些系统还提供以下工业过程控制和管理中相当有帮助的功能： 配方管理功能：控制系统按一定的配方完成生产管理； 网络通讯功能：提供非透明网络通讯机制，可以构筑上位机的分布式监控处理功能； 开放系统功能：提供基于 dde 数据交换机制与其它应用程序交换数据，部分提供 odbc 与 其它系统数据库系统连接。 但是这些系统在完成以下功能时具有

35、明显的缺陷： 1、与企业 mis 系统的结合性能差； 2、不具备 gis 功能； 3、网络通讯不透明，不适合开发现代企业基于局域或专线网的网状层次结构监控管理系 统； 4、数据采集速度有待进一步提高； 5、系统事故追忆能力差； 6、缺乏高效能的控制任务调度算法的支持。 针对国内的需要，这些系统有明显的弱点： 1、本地化差：虽然部分系统已经汉化，但是中国市场中某些行业规范，他们很难满足； 2、价格昂贵：这些系统，动则上万美元，很难为国内一般应用所接受。 同国外系统相比，大部分国产通用系统具有较高的性能价格比，本地化能力较强，如三维 科技公司的力控、北京亚控科技公司的组态王等。但多数产品仍有诸如与

36、 mis 集成能力差、 gis 功能薄弱、多任务调度能力差，事故追忆和诊断能力缺乏等致命的弱点，要满足企业级和 行业部门级大型集中监控管理 gis 系统的要求，还需要一定的时间。而且人力资源以及资金限 制使得它们可能在很长时间内只能维持对现有系统功能的维护和补充。在这种情况下，国内对 于大型监控项目的开发还需要系统集成公司开发专用的结合 mis、gis 和 scada 的系统来满足 需要。 2 22 23 3 scadascada 系统发展前景系统发展前景 scada 系统在不断发展，不断完善，其技术进步一刻也没有停止过。当今，随着计算机技 术和网络技术的发展，scada 系统提出了新的要求。

37、概括地说，有以下几点： 1 scada/ems 系统与其它系统的广泛集成 scada 系统是电力系统自动化的实时数据源，为 ems 系统提供大量的实时数据。同时在模 拟培训系统，mis 系统等系统中都需要用到电网实时数据，而没有这个电网实时数据信息，所 有其它系统都成为“无源之水” 。所以 scada 系统如何与其它非实时系统的连接成为 scada 研 究的重要课题；现在 scada 系统已经成功地实现与 dts（调度员模拟培训系统） 、企业 mis 系统 的连接。scada 系统与电能量计量系统、地理信息系统、水调度自动化系统、调度生产自动化 系统以及办公自动化系统的集成成为 scada 系

38、统的一个发展方向。 2 变电所综合自动化 以 rtu、微机保护装置为核心，将变电所的控制、信号、测量、计费等回路纳入计算机系 统，取代传统的控制保护屏，能够降低变电所的占地面积和设备投资，提高二次系统的可靠性。 变电所的综合自动化已经成为有关方面的研究课题，我国东方电子等公司已经推出相应的产品， 但在铁道电气化上还处于研究阶段。 3 专家系统、模糊决策、神经网络等新技术研究与应用 利用这些新技术模拟电网的各种运行状态，并开发出调度辅助软件和管理决策软件，由专 家系统根据不同的实际情况推理出最优化的运行方式或处理故障的方法，以达到合理、经济地 进行电网电力调度，提高运输效率的目的。 4 面向对象

39、技术、internet 技术、及 java 技术的应用 面向对象技术（oot）是网络数据库设计、市场模型设计和电力系统分析软件设计的合适 工具，将面向对象技术（oot）运用于 scada/ems 系统是发展趋势。 随着 internet 技术的发展，浏览器界面已经成为计算机桌面的基本平台，将浏览器技术 运用于 scada/ems 系统，将浏览器界面作为电网调度自动化系统的人机界面，对扩大实时系统 的应用范围，减少维护工作量非常有利；在新一代的 scada/ems 系统中，传统的 mmi 界面将保 留，主要供调度员使用，新增设的 web 服务器供非实时用户浏览，将逐渐统一为一种人机界面。 jav

40、a 语言综合了面向对象技术和 internet 技术，将编译和解释有机结合，严格实现了面 向对象的四大特性：封装性、多态性、继承性、动态联编，并在多线程支持和安全性上优于 c+，以及其它诸多特性，java 技术将导致 ems/scada 系统的一场革命。 2 23 3 scadascada 系统的整体介绍系统的整体介绍 2 23 31 1 scadascada 系统的功能要求系统的功能要求 从传统用户的角度来讲，scada 系统主要要解决以下三个问题： 1、设备各种参数状态数据的采集和控制信息的发送 这部分涉及两层含义：一是怎样采集设备参数状态数据。它通常由智能设备生产厂家解决， 作为下位机在

41、市场中出售，并提供可编程的通讯协议和协议处理芯片；二是设备生产状态数据 如何传递到上位机系统处理。目前上位机通常通过标准串口或 io 卡运行专用的上层采集模块， 从下位机中实时地采集设备各种参数和发送控制信息；解决问题效率的高低表现在采集周期的 长短上，这也是衡量一个系统是否适合于某个行业的一个重要指标。目前上位机可达到平均毫 秒级的采集周期。 2、监控参数的图形动画表达和报警处理 报警作为监控的一个重要目的，是所有上位机系统必须解决的问题。如果说各种图形、图 象、动画、声音等方式用于表达设备的各种参数运行状态是必不可少的话，那么若上位机系统 不能有效处理设备的报警状态，所有的表现形式都是多余

42、的。评价上位机系统可靠性和高效性 的一个重要指标是看它能否不遗漏地处理多点同时报警。 3、追忆和趋势分析 监控的另外一个目的是评价生产设备的运转情况和预测系统可能发生的事故。在发生事故 时能快速地找到事故的原因，并找到恢复生产的最佳方法。从这个意义出发，实时历史数据的 保留和系统操作情况记录变得非常重要。因而评价一个 scada 系统，其功能强弱最为重要的指 标之一就是对实时历史数据记录和查询的准确和高效。 现代计算机软硬件技术的发展和应用的需要，要求 scada 系统还需解决以下一些问题： 1、与 mis 系统的结合 在现代企业中，生产过程管理和企业日常事物管理的结合是不可分割的，信息流的分

43、层次 流动适合于不同的管理需要，而且地域和行政部门的分布在企业集团化管理的趋势下变得越来 越明显，因此现代 scada 系统除了生产设备的分布式管理之外，上位机系统的分布式要求变得 越来越重要。评价一个 scada 系统功能的强弱，其网络数据库功能是一个不可缺少的评价指标。 2、与地理信息系统（gis）的结合 scada 系统应用的众多领域中，对地理信息系统的要求越来越高。从这种角度上说，将一 个适合于工业和事物管理的地理信息系统嵌套于 scada 系统中，将带来不可估量的效益，这也 是评价 scada 系统的一个重要指标。 为了满足以上要求，从计算机软硬件技术要求来看，scada 系统涉及到

44、 it 技术的方方面 面，集中强调以下几种技术的综合利用： 1、通讯技术：面临多种通讯协议模式，如 ascii、rtu 等，通讯方式表现为同步、异步和 主被动结合等，通讯媒体包括有线和无线方式； 2、计算机网络技术：应用表现为标准局域网、广域网、拨号网络、串口组网等等，协议 包括 tcp/ip、专用协议等，系统结构囊括点对点、客户/服务器等方式； 3、分布式数据库技术：强调实时高性能数据库的应用，及与通用数据库的开放接口等等； 4、编译技术：由于 scada 系统应用领域的特殊性，不同的应用监控要求不一样，因而， scada 系统通常提供可编程功能。由于效率要求和保护二次开发知识产权要求，设计

45、一个好的 专用语言,并提供一个好的编译系统将是至关重要的； 5、操作系统技术：scada 系统面临的应用需要一个多任务、并发控制的系统结构，因此 在开发系统时需要引入先进的调度算法和运行机制； 6、可靠性保障技术：由于 scada 系统应用的特殊性，系统通常需要提供多种可靠性保障 技术，包含硬件如备用网络设备、备用数据采集设备；软件如备用运行系统、软件多机热备技 术等。 7、多媒体技术：需要结合动画、声音、图形图象等多媒体技术的综合应用，以便真实客 观地反映各设备生产过程的状态和方便事务管理要求； 8、图形用户界面技术：scada 系统用户的计算机应用能力参差不齐，方便易学的图形用 户界面是极

46、为必要的。 2 23 32 2 scadascada 系统的构成系统的构成 scada 系统主要包括三部分：主站端，通讯系统和远程终端单元。 1、主站：一般采用先进的计算机，有良好的图形支持，现在采用 pc 计算机和 windows 系 统居多，在历史上曾经有很多系统采用 unix 系统和 xwindows 图形界面。一个主站可能的分站 数量从几十到几百、几千个不等。 2、通讯系统：非常复杂，有线的包括音频电缆、载波电缆、光纤、电力载波等，无线的 包括电台、卫星、微波等。 3、远程终端单元(rtu or telecontrol )：品种也很多，大的系统由很多机柜组成，小的 系统可能就是一个小盒

47、子。 2 23 33 3 scadascada 的主站系统的主站系统 scada 系统的主站过去很多著名的系统是基于 unix 操作系统和 xwindow 图形界面的。 随着计算机系统的发展，特别是 pc 技术的发展，pc 机和 pc 机上运行的操作系统扮演越 来越重要的角色。 庞大的主站系统一般包括如下内容： 1、通讯前置系统，主要负责解析各种不同的规约，完成通讯接口数据处理（含数据转发） 。 包括前置计算机，串口池或 modem 池，机架，防雷措施和网络接口。 2、实时数据库系统，主要包括运行实时数据库的服务器。 3、工程师工作站，负责系统的组态、画面制作和系统的各种维护。 4、生产调度工

48、作站，是监控系统的主要用户，显示和浏览画面，实现各种报警等。 5、多监控工作站，主要用于大系统，单个工作站已经无法监控的情况，这时根据需要设 立多个监控工作站，每个工作站实现不同的子任务。 历史数据库服务器，是 scada 系统保存历史数据的服务器。 6、web 服务器，是当今 scada 主站系统的一种流行趋势，只要用户装有浏览器软件，得 到相应的授权，就可以从 web 服务器访问相应 web 服务器的数据。 7、上层应用工作站，主要用于实时数据和历史数据的管理工作。在电力系统的应用有潮 流分析，负荷预测，事故追忆，电网稳定性分析，能量管理等。在自来水行业的应用有管网压 力损耗分析，管网经济

49、性分析，管网漏失分析等。在采油工程上，包括示功图显示，示功图分 析，泵况分析等应用。 scada 主站系统，大的系统可能有几十个至上百个工作站，多个服务器。为了保证系统的 可靠性，采用双前置系统，多服务器系统，两个网络。但是对于简单的 scada 主站系统可能只 有一台计算机，运行一套软件。 各种不同应用的 scada 系统，大部分是相同的或者类似的。但是各个行业有各个行业的特 点，每个行业所关心的东西也不一样。比如电力行业非常关心每个线路电压、电流、功率，而 对于自来水行业则关心管道的压力、流量等，这样就形成了不同行业的系统。也有通用的人机 界面系统，但是这种界面一般无法满足各个行业的特殊需

50、要。 2 23 34 4 scadascada 的通讯系统的通讯系统 scada 通讯系统丰富多彩，以前一般分为有线和无线两类，随着通讯技术的发展，基于各 种网络的通讯方式发展很快，这种通讯方式很难归结到有线或者无线的范畴，所以也单独作为 一类。 有线方式有：音频电缆，架空明线，载波电缆，同轴电缆，光纤，电力载波等。在有线上 传输大体分为基带传输和调制传输，基带传输在介质上传输的是数字信号，一般要经过信号变 化。调制解调传输是经过模数变换的传输。很多介质既可以作为基带传输也可以作为调制传输。 无线方式主要包括: 电台、微波、卫星、光线、声波等手段。 网络方式是通讯系统架构在一个计算机网络之上，

51、比如帧中继，atm，ip 网。这种通讯方 式可能是有线的也可能是无线的，甚至多次跨越无线和有线。其性能也明显区分于有线和无线 系统。比如不用考虑误码，不用考虑报文的大小，不考虑系统的拓扑结构，但是网络的时延可 能比较大。通过 gprs 网络或者 cdma 传输 scada 系统数据就是典型的例子。 2 23 35 5 scadascada 的远方终端单元的远方终端单元 scada 系统远程终端单元有一个专门的词汇 rtu。现在术语中称为 telecontrol。 rtu 一般由通讯处理单元、开关量采集单元、脉冲量采集单元、模拟量采集单元、模拟量 输出单元，开关量输出单元和脉冲量输出单元等构成。

52、还有一些其他的接口方式，比如电力变 压器的分接头，气象的格雷码接口，水文的 bcd 码接口等。 远方的通讯一般和 rtu 安装在一起，这样便于接线。 现在的 rtu 除了完成本身的数据采集工作和协议处理之外，还要完成和各种 ied 设备的接 口和协议转换工作。而且 rtu 的通讯处理单元的能力越来越强大，而相应的采集工作却在逐渐 弱化，由各种 ied 设备代替了。 rtu 在中国电力系统的最大发展就是用交流采样算法直接计算线路的电压、电流、有功功 率、无功功率、功率因数、频率、谐波等，取代了传统的电力变送器，降低了成本，降低了接 线复杂度，减少了误差环节，提高了精度。如今综合保护、远动、计量的

53、设备已经出现，而传 统的远动已经基本退出了历史舞台。 第三章第三章 工业网络控制应用技术工业网络控制应用技术 3 31 1 网络控制技术的应用现状网络控制技术的应用现状 3.1.13.1.1 分布式控制系统分布式控制系统 dcsdcs dcs （distributed control system）又称集散控制系统，是一种稳定、可靠、安全的工 业控制方式，目前广泛应用于国内各种工业控制现场。其基本思想是分散控制、集中管理，典 型结构是上、下位机系统及其通信网络，上位机称为操作站，下位机称为控制站，操作站处于 信息监控层，实现控制系统的控制操作、过程状态及报警状态显示、历史数据的收集和各种趋 势

54、的显示及报表生成与打印；控制站处于现场控制层，是对现场物理信号(包括模拟及开关信 号)进行实时采集并进行数据处理、控制运算，或将结果传送到上位机；系统的网络负责各种 控制站之间、操作站与控制站之间以及操作站之间的数据通信和联络。自 1975 年 honeywell 公司推出了 tdc2000 dcs 系统以来，分布式控制系统在三十年的发展过程中逐步完善、成熟， 从 70 年代由各 dcs 厂家自己开发，操作站软硬件都是专用，通信网络基本采用轮询方式，到 80 年代通信网络较多采用令牌方式，再到 90 年代操作站出现了通用系统，而到 90 年代末通信 网络已开始出现以太网产品，遵循 tcp/ip

55、 协议。dcs 已发展成为一种相当成熟的工业控制方式。 dcs 也存在许多缺点，如一对一结构、采用单向信号传输、布线及调试成本高、互操作性 相对较差等，而这些恰恰是后起之秀现场总线控制系统的优势。然而 dcs 仍获得广泛应用，这 是因为，控制现场很多设备不是智能仪表，不能直接与现场总线相连；fcs 总体价格比较昂贵； dcs 也在不断采用新技术，如与 plc 很好地融合、渗透和集成，普遍采用 ipc 作为其操作站， 人工智能技术应用于 dcs 各级等，dcs 呈现出向综合化和智能化发展的趋势。因此，dcs 不会 随着 fcs 的发展而马上退出现场过程控制的舞台，特别是在电厂等安全、可靠是第一位

56、的应用 领域。 3.1.23.1.2 现场总线控制系统现场总线控制系统 fcsfcs 现场总线控制技术 fcs（field control system）产生于 20 世纪 80 年代，是在 dcs 基础 上发展起来的，在智能现场设备、自动化系统之间提供了一个全数字化的、双向的、多节点的 通信链路。fcs 的出现促进了现场设备的数字化和网络化，并且使现场控制的功能更加强大。 与 dcs 系统相比，fcs 最大的特点是大大减少了布线及由此引起的调试、安装、维护等其它成 本，因而获得了广泛应用，发展非常迅速。目前现场总线的种类有 40 多种，全国自动化系统 工程师资格认证（asea）推荐的国内较为

57、流行的现场总线有 profibus- dp、devicenet、lonworks、modbus、ethernet/ip 五种。 fcs 技术具有传统 dcs 所无法比拟的优越性，但现场总线未能实现统一的国际标准，影响 了 fcs 的推广，加之 fcs 技术还在发展和改进中，它在电厂的应用滞后于制造、化工等其它工 业部门。考虑到 dcs 技术的成熟和高可靠性，现场智能设备的配套只能逐步实施，以及许多业 内专家担心 fcs 存在通信线路的瓶颈效应等综合因素，一般认为目前适宜在电厂辅机 dcs 基础 上局部采用 fcs，组成混合系统，称之为 fdcs（fieldbus distributed con

58、trol system） ，如 图 3-1 所示。 图 3-1 fdcs 系统框图 多种现场总线并存显然不利于其广泛应用，虽然国际标准化组织试图制订统一的标准，但 群雄割据形成的局面很难实现一统。寻求一种通用总线成为工业控制的新兴研究课题。以太网 具有现场总线开放性、互操作性、互换性、可集成性、数字化信号传输等特点，许多专家预测 以太网将会成为取代现场总线的一种最佳选择和最终发展方向。现在许多总线产品已支持以太 网，如 siemens 公司的 plc 提供了专用的以太网接口模块，研华科技的新型智能模块在以前 modbus 基础上向上支持以太网。 3.1.33.1.3 工业以太网工业以太网 ie

59、ie 在现场总线标准处于激烈的争论之际，以太网技术已进入工业现场总线控制网络领域，产 生了工业以太网 ie（industrial ethernet） 。以太网是 ieee802.3 所支持的局域网标准，采用 带碰撞检测的载波侦听多路访问方式（csma/cd） 。目前不仅在办公自动化领域内，而且在各个 企业的生产管理网络都得到广泛应用。由于它技术成熟，连接电缆和接口设备价格相对较低， 带宽迅速增长，十兆、百兆、千兆及以上以太网产品在不同领域得到广泛应用，可以满足现场 设备对通信速度增加而原有总线技术已不能满足的需求。 以太网技术应用于实时性要求很高的工业控制领域，关键要采取有效手段避免 csma

60、/cd 中 的碰撞。由于通信带宽的大幅提高；采用全双工交换式以太网交换机，以星形拓扑结构为其端 口上的每个网络节点提供了独立带宽，使连接在同一个交换机上面的不同设备不存在资源争夺， 隔离了载波侦听；以及采用 5 类线将接收、发送信号分开，这些技术改善了网络通信的实时性， 使以太网有条件真正应用于工业控制现场。adam-5000tcp 控制器是研华科技股份有限公司推出 的一款工业以太网产品。 近年，随着工业自动化领域中逐渐采用以太网产品，成立了工业以太网协会(iea)和工业 自动化开放网络联盟(laona)等组织，还制订有关标准(如 ethernetip 等)，以推进以太网在 工业自动化中的应用