1、 EAST真空控制上位机平台迁移及不同网络间的数据交互真空控制上位机平台迁移及不同网络间的数据交互报告人：范仁晶导 师：王 玲单 位：六室真空组 目录目录 2 题目来源题目来源3 1 6 3 5 国内外研究现状及课题意义国内外研究现状及课题意义 4 3 3 课题设计的主要内容课题设计的主要内容 设计方法及预期效果设计方法及预期效果 关键问题及所需的主要设备关键问题及所需的主要设备 课题进度安排课题进度安排1、题目来源、题目来源lEAST真空系统是一个控制对象众多，种类庞杂、受电磁干扰和辐射影响的真空系统是一个控制对象众多，种类庞杂、受电磁干扰和辐射影响的大型混杂的工业系统；大型混杂的工业系统；
2、l真空系统的设备和仪器来自不同的国家和地区，控制接口复杂且拥有多种真空系统的设备和仪器来自不同的国家和地区，控制接口复杂且拥有多种总线协议通讯结构；总线协议通讯结构；l目前真空控制系统的监控界面由国产组态王（目前真空控制系统的监控界面由国产组态王（KingView)软件开发而成，软件开发而成，由于组态王软件为国内厂商仿照国外的同类产品，在应用功能、可靠性、由于组态王软件为国内厂商仿照国外的同类产品，在应用功能、可靠性、安全性等方面比西门子公司的安全性等方面比西门子公司的WinCC界面软件尚存在不小的差距；界面软件尚存在不小的差距；l随着真空抽、充气系统的不断扩展，真空度，温度等的采集任务越来越
3、重，随着真空抽、充气系统的不断扩展，真空度，温度等的采集任务越来越重，而真空系统仍然为两台西门子而真空系统仍然为两台西门子S7-400PLC，运行过程中这些数据采集任务，运行过程中这些数据采集任务占用越来越多的系统资源，有时出现数据丢包且同步也比较差等问题；占用越来越多的系统资源，有时出现数据丢包且同步也比较差等问题；1.1 WINCC 相对于相对于 KingView 的优点的优点l目前真空控制系统是基于现场总线和西目前真空控制系统是基于现场总线和西门子门子PLC的控制系统，使用的控制系统，使用WINCC可以可以实现该自动化系统的无缝集成；实现该自动化系统的无缝集成；lWinCC界面软件内置了
4、基于界面软件内置了基于S5/S7协议协议的通讯系统，并提供了大量面向这些系的通讯系统，并提供了大量面向这些系统和技术的组件，从而为统和技术的组件，从而为WinCC和这些和这些系统的最优化通讯和良好的互操作性提系统的最优化通讯和良好的互操作性提供了保证，实现了与自动化网络的高度供了保证，实现了与自动化网络的高度集成。真空系统涉及到集成。真空系统涉及到PROFIBUS、MPI及串口通讯，前二种通讯方式组态王并及串口通讯，前二种通讯方式组态王并不具备；不具备；2、国内外研究现状及课题意义、国内外研究现状及课题意义国际聚变装置真空控制系统组成比较国际聚变装置真空控制系统组成比较装置名称装置名称建立时间
5、建立时间主控制器主控制器通讯接口通讯接口电控执行单元划分电控执行单元划分FTU1984-1989PLC(8)RS232按机组单元划分RFX1985-1990PLC(2)网络按工作单元划分JT-60U1995-1998PLCRS232按真空设备类别划分LHD1995-1998PLCRS232按真空设备类别划分ASDEX-U1998-2002PLC(3)网络按机组单元划分EAST2003-2006PLC(2)现场总线,网络按机组单元划分KSTAR2001-2007PLC网络按真空设备类别划分2、国内外研究现状及课题意义、国内外研究现状及课题意义KSTAR Vacuum Control System
6、2、国内外研究现状及课题意义、国内外研究现状及课题意义l课题意义：课题意义：1）本课题能够有效解决当前真空系统利用组态王软件无法本课题能够有效解决当前真空系统利用组态王软件无法实现系统级的诊断功能等问题；实现系统级的诊断功能等问题；2）通过上下位机统一的组态、编程环境、统一的数据管通过上下位机统一的组态、编程环境、统一的数据管理和通讯，理和通讯，可以极大地降低了用户软硬件组态的工程量，可以极大地降低了用户软硬件组态的工程量，并最终实现西门子产品范围内的高度集成；并最终实现西门子产品范围内的高度集成；3）真空系统的网络改造若达到预期效果，能大大减少控真空系统的网络改造若达到预期效果，能大大减少控
7、制系统制系统CPU的负荷，并且有效地解决数据丢包，同步等的负荷，并且有效地解决数据丢包，同步等问题；问题；3、设计的主要内容、设计的主要内容l设计内容主要包括两个方面：设计内容主要包括两个方面：1）真空控制系统上位机平台迁移，即将目前的上位机真空控制系统上位机平台迁移，即将目前的上位机界面软件界面软件KingView更换为更换为WINCC，将涉及到的，将涉及到的HMI监控点都迁移过去；监控点都迁移过去；2）将目前控制系统的网络进行升级改造，重新设计，将目前控制系统的网络进行升级改造，重新设计，即将原来的真空度、温度等信号数据从即将原来的真空度、温度等信号数据从PROFIBUS总总线传输改为以太
8、网传输；线传输改为以太网传输；4、系统设计方法及预期效果、系统设计方法及预期效果人机人机界面界面网络网络设计设计预期预期效果效果4.1 人机界面的设计方法人机界面的设计方法l通过对整个系统的通过对整个系统的 I/O设备如设备如分子泵，机械泵，罗茨泵等分子泵，机械泵，罗茨泵等的了解从硬件上了解被控设的了解从硬件上了解被控设备的特性。备的特性。l熟练掌握整个真空系统的控熟练掌握整个真空系统的控制程序，为制程序，为WICC改造打下坚改造打下坚实的前期基础。实的前期基础。EAST装置外真空抽气系统装置外真空抽气系统 EAST装置内真空抽气系统装置内真空抽气系统4.1 人机界面的设计方法人机界面的设计方
9、法l利用利用WICC软件中归档，软件中归档，报警，记录等丰富的功报警，记录等丰富的功能来完善真空控制系统能来完善真空控制系统的上位机监控；的上位机监控；l通过对西门通过对西门S7-400PLC的深入研究，发掘真空的深入研究，发掘真空系统其他有待改进的部系统其他有待改进的部分。分。EAST装置充气系统装置充气系统 4.2 网络设计方法网络设计方法 4.2 网络设计方法网络设计方法l将通过将通过RS-232/485接口进行数据传输的所有现场设备从接口进行数据传输的所有现场设备从GIS（充（充气控制气控制PLC）中释放出来，通过通讯模块（）中释放出来，通过通讯模块（NPort5000A）接入）接入到
10、以太网中。这些设备包括，真空度采集设备、温度采集设备、到以太网中。这些设备包括，真空度采集设备、温度采集设备、4个辉光电源、三个锂化电源和低温泵温度采集等；个辉光电源、三个锂化电源和低温泵温度采集等；l将以上设备所涉及的将以上设备所涉及的PROFIBUS总线、总线、MODUBS总线、总线、RS-485、RS232等将舍去，将所有设备集联在一条以太网中；等将舍去，将所有设备集联在一条以太网中；l主控计算机中编写实现主控计算机中编写实现OPC服务器，同样在主控计算机中的服务器，同样在主控计算机中的WINCC界面软件作为界面软件作为OPC客户实现与客户实现与OPC服务器的数据交换，服务器的数据交换，
11、即一方面将即一方面将OPC服务器数据缓冲区的实时数据读取并显示到界服务器数据缓冲区的实时数据读取并显示到界面上，另一方面可以发布控制命令通过面上，另一方面可以发布控制命令通过OPC服务器送达现场设服务器送达现场设备最终实现数据的双向交互，此部分拟用备最终实现数据的双向交互，此部分拟用VC+来实现。来实现。4.2 网络设计方法网络设计方法l利用利用NPort5000A系系列串口联网服务器实列串口联网服务器实现现场数据采集设备现现场数据采集设备的的RS-232/485数据数据与与TCP/IP协议的数据协议的数据进行双向转换，即将进行双向转换，即将现场的分布式串口设现场的分布式串口设备接入到以太网，
12、实备接入到以太网，实现串口与以太网互连，现串口与以太网互连，从而将串口数据通过从而将串口数据通过以太网进行传输，解以太网进行传输，解决了连接、距离等很决了连接、距离等很多问题。多问题。4.2 网络设计方法网络设计方法l利用利用C+程序设计语言，采用多线程的设计方法实现程序设计语言，采用多线程的设计方法实现数据的实时采集，这种方法灵活，数据的实时采集，这种方法灵活，CPU利用率高；利用率高；l采用软件方法实现冗余技术，从而达到较高的可用性采用软件方法实现冗余技术，从而达到较高的可用性和可靠性，确保现场实时数据不丢失：和可靠性，确保现场实时数据不丢失：OPC服务器冗余：两台服务器冗余：两台OPC服
13、务器同时与设备层硬件服务器同时与设备层硬件设备进行通信，以其中一台设备进行通信，以其中一台OPC服务器数据为准，一服务器数据为准，一旦旦OPC客户端发现此台客户端发现此台OPC服务器故障或者与此服务器故障或者与此OPC服务器的通讯链路故障时，将自动采用另一台服务器的通讯链路故障时，将自动采用另一台OPC服务器的数据，并给出报警信号。服务器的数据，并给出报警信号。4.3 预期效果预期效果l WINCC界面友好，方便操作人员操作，并且界面友好，方便操作人员操作，并且能有效实现连锁，报警，归档等一些列功能；能有效实现连锁，报警，归档等一些列功能；l新建的以太网能够实时的传输真空度，温度等新建的以太网
14、能够实时的传输真空度，温度等数据；数据；l作为作为OPC客户的客户的WINCC能有效的与基于能有效的与基于VC的的OPC服务器进行通信及数据的双向传输；服务器进行通信及数据的双向传输；5、关键问题及所需的设备关键问题及所需的设备l采用以太网进行数据传输方式绕过了采用以太网进行数据传输方式绕过了PLC，但仍需，但仍需WINCC进行数据的通信，是否会影响整个系统的实时进行数据的通信，是否会影响整个系统的实时性，若有影响，如何解决；性，若有影响，如何解决；l涉及到人机界面控制点复杂，调试过程中如何做好各涉及到人机界面控制点复杂，调试过程中如何做好各个个I/0设备的连锁；设备的连锁；l利用利用VC+编
15、写的编写的OPC服务器能否有效的与服务器能否有效的与WINCC进进行通信，采用何种方式更为快捷方便；行通信，采用何种方式更为快捷方便；5、关键问题及所需的设备关键问题及所需的设备6、进度安排、进度安排11.11-11.12对现场设备详对现场设备详细了解，熟悉细了解，熟悉系统程序系统程序12.1-12.2设计设计WINCC软件软件界面，界面，设计以太网设计以太网网络拓扑结构网络拓扑结构12.2-12.3编辑编辑C+软网关程软网关程序及序及WINCC界面，界面，并实现双向通信并实现双向通信12.3-12.5完成调试工作等待完成调试工作等待上上ESAT装置装置12.6-开始撰写毕业论开始撰写毕业论文文2011年11月10日等离子体所等离子体所-范仁晶范仁晶
