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1、基于基于 VPN 网络、网络、PLC 系统的大规模城市热系统的大规模城市热 网无人值守监控系统组态软件的设计与应网无人值守监控系统组态软件的设计与应 用用创联信（北京）机电系统有限公司 高明高明 概要概要 我国许多城市已经开始发展集中供热无人值守监控系统，城市的集中供热的发展水平已被公认为衡量一个城市现代化的重要指标，大规模的无人值守热力站的数据采集与调控技术已有长足的进步，而基于 VPN 和 PLC 技术的集中供热组态软件的设计与应用水平亟待提高将制约着集中供热技术的发展，本文介绍一个中等规模城市的城市集中供热计算机监控系统的设计与实现，通过科学的设计与合理的应用使城市大规模集中供热数据安全
2、、稳定、可靠、界面美观、可操作性强、扩展性好。 关键词关键词 无人值守 VPN 网络 热网监控系统 热网数字化管理 1 1 概述概述某市热力公司成立于*年，下分两个区分别是*区和*区，两区直线距离二十多公里，分别由*热电厂和*热电厂输出热源。由于集中供热始自 2000 年，每年都会增加一些热力站，所以截止2013 年底热力站已达到 170 余座，目前集中供热能力达到 1720 多万平方米，实际供热面积已达到 1350 多万平方米，运行热力站 150余座。同国内其它城市的多数热力公司存在相同的问题：一、由于*热力公司的热力站是陆续兴建的，以前都是采用人员 24 小时现场值守方式监控，各热力站设备
3、由多个厂家、多个时期提供，所以部分站点没有自控系统，有自控系统的站点其设备厂家、型号、规格也千差万别，部分动力柜也没有预留自控接口，设备陈旧老化严重。二、经多轮实地统计提供设备的厂家有：动力柜厂家约有七个，自控系统厂家约有五个，变频器有三个厂家七种类型，软启动器四个厂家六种类型，压力变送器有五个厂家两种类型、温度变送器五个厂家两种类型、调解阀三个厂家两种类型、泄压阀两个厂家两种类型。三、由于供暖时由雇用临时工来临时看站，所以造成突发事件往往不能快速判断，不能及时处理出现的问题，站点数量多、看站人员台票多难于管理，数据采集不准确，很难判断各热力站实时和历史工况。基于以上原因，此次采用无人值守上传
4、数据，然后由中控室组态软件采集、存储、分析和控制，一些硬件设施已具备了采集条件：一、中控室硬件设备基础已具备，内已有 3*5 15 块 46拼接大屏、32 台视频监控电视、10 工位操作台、8 台工控机、1 台 4 输入 16 输出视频 VGA 矩阵、1 台 64 输入视频 AVI 矩阵、1 台一分二视频 VGA 分配器、1 台 100M/1000M 48 口交换机、1 台路由器。二、一百多座热力站已具有统一型号的 PLC 系统（S7 200 PLC含以太网 CP243 模块及数字、模拟模块等） ，所有热力站都有一次供水压力传感器、一次回水压力传感器、二次供水压力传感器、二次回水压力传感器、一
5、次供水温度传感器、一次回水温度传感器、二次供水温度传感器、二次回水温度传感器、一级网调节阀、水箱自动进水装置也已具备。设备大多数可用，不会增加甲方负担。三、所有热力站都具有动力柜，其中较多可以接出运行、故障信号，通过更改部分线路能达到监测功能。此项工程各站增加了水箱的液位传感器、循环泵的电流互感器使之能够采集到 PLC 中上传给组态软件，各站还增加了泄压电磁阀以保证管网安全。通过以上硬件设备，与电信合做搭配 VPN 网络实时读取各站数据到中控室组态软件，然后由组态软件采集、显示、分析、存储。2 2 系统整体设计系统整体设计2 21 1 系统的整体架构系统的整体架构图 1 系统整体架构图底层（设
6、备层）：压力传感器、温度传感器、泄压电磁阀、一次网调解阀、补水泵变频、循环泵软起动器、S7 200PLC 系统、ADSL Modem。中间层（网络层）：电信有线电话网、电信无线 3G 网络、电信宽带网络。由电信在公用网络上建立专用网络搭建 VPN 网络使我们的数据在逻辑链路中传输。顶层（应用层）：网络交换设备、视频存储系统、视频解码系统、视频监控系统、大屏幕显示系统、电脑、组态软件。2 22 2 软件工具的选择软件工具的选择首先我们选择组态软件时，考虑到国外软件价格高、不易上手、提供技术支持及服务烦锁、扩展性能也较差，国内组态软件已经发展了二十年左右时间了，技术已经相当成熟了，所以选择了一款国
7、内知名的组态软件，基于它自行开发了一款软件热网监控系统CS3000，这款软件能够运行在 Windows 2000/XP/2003/2007 平台的自动化软件，它是一套实现工业数据采集、过程监控、数据管理的高性能工业自动化软件产品，它运行稳定、功能强大、通讯及运行速度快、界面友好、结构化组态、简单易学；可以精确地监视、控制生产过程，提供多种工艺功能，优化生产设备和企业数据资源管理；能够对生产事件快速反应，提高生产率，提高用户收益，能为用户提供经济完善的工业解决方案。其次我们还选择了其它软件工具，因变量多、所需存储的数据量大且运行在 Windows 2007 平台下，所以我们选择的数据库为微软的
8、SQL 2005，相较与其它数据库而言，存储的安全性、稳定性、可靠性、操作性都相对来说要好一些。界面设计软件我们选用 Adobe Photoshop 7.0,用它做一些界面图形处理的工作，为了增加一些界面动感我们还用到了动画制作软件 Adobe flash cs6 做出一些下雪的动画。最后报表我们选用了微软的 Excel 2007，通过组态软件的数据链接可将实时及历史数据输出到报表中浏览及打印出来。2 23 3 热网监控系统的界面设计热网监控系统的界面设计组态软件遵循其它软件一样，首先设计“初始界面” ，初始界面要大气、美观，能体现供热公司特色，要设计一个确认密码以便在运行时必须输密码才能进入
9、到监控主界面。图 2 初始界面范图然后输入正确的密码后进入“主监控界面” ，主监控界面画分为四个区，上部为公司名称，左部为树型列表展示各热力站，中间为流程图区间，下部为一些提示及小功能区。由于热力站点数量大，所以我们采用树形列表框来显示，这样能把所有站都显示出来，下部要增加一些修饰以美化软件，使上下比例协调。上部、下部、左面都固定不变，变化的只有中间的流程图区间。管网数据、报表数据、报警数据及报警参数都在其内显示。图 3 主界面框架图 用 Photoshop 先把主界面的框架勾勒出来，确定各区的大小，在此之前一定要确定电脑和大屏的分辨率，以保证电脑和大屏都能满屏显示。图 4 Flash 雪花飘
10、舞场景此图是用 Flash 做的雪花不时的飘下动画效果能增加美感，现在的组态软件都从只重功能不重视觉转向即重功能又重视觉方面转化。 图 5 用户菜单栏此处用户可单击相应菜单，将弹出对应的子菜单，再单击则画面将切换到指定画面显示指定功能。图 5 树形列表框树形列表将最直观的显示出所有站点的名称，用鼠标点击相应的站点，中间流程图区间将显示所选站点信息。图 6 小功能区在此处放置报警显示和报警声音显示，如果有新报警的放就在下面能显示出来，不用弹出报警对话框，因为大数量的热力站点往往报警非常之多，会引起感官麻痹。树形框随然能最大化的显示热力站点但也往往查找站点会很麻烦，这里也设置了可以查询的地方，在这
11、里输入站名，则相应的站将会显示到对应的流程图中。为方便监控人员操作，我们又设置了轮询选项，勾选上则站点会一个接一个地显示出来。在最右边是当前登录的用户，我们可以给每一位工作人员设置不同权限的用户名，以保证系统的安全。图 7 主界面总貌上部 Flash 标题，接着是用户所使用的主菜单。左侧树形列表框，中间是对应站的流程图，运行时管道内有流动的水流，泵的叶轮会旋转，水箱的液位会实时变化。下部是小功能区，有报警显示、报警声音显示、报警设置及报警提示、查询、轮询、当前用户等功能。由于热力站点数量多、报警数量大，不同与其它小规模软件设计那样有声音有报警弹出，这里需单独做一个界面将所有站点主要报警值闪动以
12、明显标志出来。将通讯报警、液位报警、1 号循环泵运行、2 号循环泵运行、2 供压力这五个关键变量报警值显示出来即可。当单击某个站点名称也可返回到主界面对应的站点流程图方便值班人员查询。图 8 报警界面框架图做为一个大型的热网监控软件系统，我们还需要设置一些方便用户自已去设定的一些报警参数内容，以便在系统有改动时不必再二次开发程序，例如下面的报警限值参数设定界面：图 9 报警限值界面上图将主要的一些报警值罗列出来了，一供压、二供压、二供温、液位、1 号泵电流、2 号泵电流。通过单击相应按钮弹出超高限、高限、低限、超低限、死区、降幅报警值、增幅报警值对话框，可根据用户要求设置相应数值。3 3 热网
13、监控系统软件的程序设计热网监控系统软件的程序设计大多数的组态软件现在都实现了 Visual，也就是面向对象的可视化编程，可以很轻松的制作界面、流程图，各个界面的切换也很容易，但是要想做出好的效果满足用户的使用还是需要编写一定的脚本。对于热网监控系统来说，各个热力站基本都是一样的数据量，这种情况应该用变量组来实现数据的更新，而不是做成千上百个画面来切换。本次项目只做了四种画面，一种是单系统画面，一种是带一根回水管的双系统画面，一种是带两根回水管的双系统，一种是三系统。通过在这四个画面上写脚本区分是那个画面，然后用变量来确定变量组的执行，使对应的画面显示相应的数据。脚本如下：/这是机组数据_1.d
14、rw 中的脚本，此脚本判定树形框变量组控制变量对应的图形界面是那种，判断好后转向对应界面x=RunSys.GetVarValue(VA,“VA_SHUXING_DWK“,-1) /树形框变量组控制变量If x8 And x88 And And x164 Then Else Picture.SwitchToPicture “机组数据_2.drw“,1 /带两根回水管的双系统End If Else If x=23 ThenPicture.SwitchToPicture “机组数据_4.drw“,1/三系统ElsePicture.SwitchToPicture “机组数据_1.drw“,1/带一根回
15、水管的双系统End IfEnd If 要实现点击用户菜单弹出相应的子菜单的脚本是：MenuObj.SetMenuFontSize 11 /子菜单子体尺寸MenuObj.SetMenu 192,163,“ 温 度 预 测 压 力 设 定 - 温 度 曲 线 管 网 数 据 “ /子菜单项MenuObj.SetMenuColor RGB(50,250,250),RGB(255,172,69),RGB(80,40,235)/颜色值MenuObj.SetMenuItemType 1,1MenuObj.SetMenuItemType 2,1MenuObj.SetMenuItemType 3,1MenuO
16、bj.SetMenuItemType 4,1n=MenuObj.GetSelectItem()Select Case n /切换相应画面Case 1 SubViewObj.ChangePicture “SUB1“,“温度预测_1.drw“ Case 2SubViewObj.ChangePicture “SUB1“,“压力预测_2.drw“ Case 3 SubViewObj.ChangePicture “SUB1“,“温度曲线.drw“Case 4 SubViewObj.ChangePicture “SUB1“,“管网数据_2.drw“ End Select此项目有在十个地点安装有室外温度传感器，通过选择其中几个较接近的数值来反映出真实的室外温度。通过室外温度来给调解阀下达开度指令，使调解阀随室外温度曲线变化。图 10 室外温度曲线脚本如下：x=RunSys.GetVar
