趙振，張清愉，馮東輝，路建，劉國旭，周文露

（1.中國船舶集團有限公司第七一八研究所，河北 邯鄲 056004；2.中船（邯鄲）派瑞氫能科技有限公司，河北 邯鄲 056000）

隨著互聯(lián)網(wǎng)通訊技術的快速發(fā)展和工廠管理模式的不斷優(yōu)化，傳統(tǒng)的集中式監(jiān)控操作方式已經(jīng)不能滿足客戶的生產(chǎn)管理需求，很多客戶要求工廠可實現(xiàn)異地監(jiān)控、無人值守的智能化管理。傳統(tǒng)監(jiān)控模式會大大浪費人力物力，導致工作效率低下。另外，“氫”作為一種易燃、易爆的氣體，一旦在制取過程中發(fā)生泄漏，極易發(fā)生爆炸事故，所以制氫站自動控制系統(tǒng)對于遠程監(jiān)控的需求更高。一套遠程監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以提升設備的安全監(jiān)控性能，同時客戶端可隨時隨地對現(xiàn)場參數(shù)進行監(jiān)控，有效地彌補了本地監(jiān)控的短板。所以本文基于WinCC 的Web UX 選件功能為電解水制氫站設計了一套具備遠程監(jiān)控的智能化控制系統(tǒng)。

1 電解水制氫遠程監(jiān)控系統(tǒng)介紹

在工業(yè)控制中，遠程監(jiān)控根據(jù)控制模式不同可分為三種：主機集中模式、客戶機-服務器（C/S）模式、瀏覽器-服務器（B/S）模式（如圖1）。本文設計的電解水制氫SCADA 系統(tǒng)是基于B/S 模式。B/S 模式下的客戶端使用的不再是應用程序而是瀏覽器，其客戶端與服務器端通訊采用http 協(xié)議，而C/S 模式采用自定義協(xié)議。B/S 模式根據(jù)服務器返回的數(shù)據(jù)重新生成界面，而C/S模式是根據(jù)服務器返回的數(shù)據(jù)更新界面。遠程監(jiān)控系統(tǒng)采用B/S 模式無需用戶單獨安裝應用程序或軟件，而C/S 模式的應用需單獨安裝，并且當軟件升級時，需要用戶再次進行安裝。另外，B/S 模式編程相對簡單，程序員只需進行界面開發(fā)和業(yè)務邏輯開發(fā)，無須再對通信模塊和自定義協(xié)議部分進行編程。B/S 模式實際上是對C/S 模式的一種改進和優(yōu)化。

圖1 B/S 模式

在B/S 模式中，客戶端在瀏覽器界面進行遠程操作，界面與通信模塊建立通訊，通信模塊將操作指令以http 協(xié)議標準進行打包，向Web 服務器發(fā)送請求，服務器的通訊模塊按照http 協(xié)議進行拆包，在Web 服務器中調(diào)用業(yè)務邏輯并對數(shù)據(jù)進行計算處理，Web 服務器通信模塊對計算后的數(shù)據(jù)再次進行打包發(fā)送至瀏覽器通信模塊，按照http 協(xié)議進行拆包獲取數(shù)據(jù)，瀏覽器根據(jù)服務器返回的數(shù)據(jù)生成新界面?；赪eb 的制氫站控制系統(tǒng)遠程監(jiān)控主要包括以下功能：遠程實時信息監(jiān)測、遠程設備操作、數(shù)據(jù)信息存儲、分級管理權限設置。

遠程實時信息功能可實現(xiàn)對制氫站內(nèi)儀表參數(shù)（系統(tǒng)壓力、液位、流量、溫度、氣體分析儀等）進行遠程實時顯示，并對現(xiàn)場設備運行狀態(tài)、報警信息情況、輔助設備運行情況等進行遠程監(jiān)視。在遠程客戶端網(wǎng)絡條件良好的情況下，基本可以實現(xiàn)遠程客戶端與現(xiàn)場儀表參數(shù)同步顯示。遠程設備操作用于實現(xiàn)遠程設備開關機、參數(shù)值設定、閥門啟停、輔助設備啟停、純化狀態(tài)切換等操作。數(shù)據(jù)信息存儲功能可實現(xiàn)對重要系統(tǒng)參數(shù)進行存儲，并以報表和歷史趨勢圖的形式進行顯示，方便操作人員在調(diào)試或處理事故過程中調(diào)取過去時間內(nèi)參數(shù)信息以及報警記錄。分級管理權限設置功能是為提高工廠安全性而開發(fā)的功能。用戶在WinCC 畫面中點擊登錄按鈕，在彈出的登錄界面輸入登錄名和密碼才能進行操作，不同登錄名的操作權限不同。用戶必須在其對應權限下進行操作，不可越級進行操作，這樣大大提高了制氫站的安全性，降低了人員誤操作的風險。

2 電解水制氫遠程監(jiān)控硬件設計

基于Web UX 的 SCADA 系統(tǒng)硬件設計分為2 層：遠程網(wǎng)絡和控制室網(wǎng)絡。電解水制氫站的PLC 系統(tǒng)遠程控制是如圖2 所示。遠程網(wǎng)絡由客戶端以及遠程網(wǎng)絡設備組成?？刂剖揖W(wǎng)絡的設計主要分為服務器層、控制器層和設備層3 層。

圖2 制氫站遠程控制系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖

圖3 用戶登錄界面和遠程監(jiān)控畫面

2.1 服務器層

本系統(tǒng)的服務器層主要是由Web 服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、WinCC 服務器組成，三者可在同一臺電腦上實現(xiàn)。Web 服務器是連接客戶端和數(shù)據(jù)庫服務器進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄?。?shù)據(jù)庫服務器是用于處理、存儲設備信息的服務器；WinCC 服務器是西門子上位軟件WinCC 自帶的，一方面可以實現(xiàn)運行常規(guī)的現(xiàn)場監(jiān)控軟件，另一方面，可以作為遠程監(jiān)控的服務器。

2.2 控制器層

控制器層的作用是處理來自現(xiàn)場儀表的參數(shù)數(shù)據(jù)，并根據(jù)控制邏輯做出相應的指令，將指令作用到被控對象上，并為上位機提供參數(shù)數(shù)據(jù)。本次設計控制器采用的是西門子S7-1200，下位編程軟件選擇西門子Portal編程軟件。

2.3 設備層

設備層由電解水制氫設備和網(wǎng)絡連接的設備等組成。電解水制氫設備包括氣液處理器框架、純化框架、輔助設備等。網(wǎng)絡連接的設備用于進行各層之間的網(wǎng)絡連接。

3 電解水制氫遠程監(jiān)控軟件設計

電解水制氫站系統(tǒng)的軟件設計主要包括數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)庫存儲、數(shù)據(jù)處理以及可視化顯示等，包括以下幾個模塊。

（1）設備SCADA 系統(tǒng)。實現(xiàn)電解水制氫設備的數(shù)據(jù)采集，并存到SQL 數(shù)據(jù)庫中。

（2）數(shù)據(jù)可視化模塊。將電解水制氫設備上的儀表參數(shù)實時進行顯示。

（3）報表功能。包括系統(tǒng)的報警記錄、數(shù)據(jù)報表以及歷史參數(shù)等可視化顯示功能。

（4）遠程監(jiān)控模塊?；赪inCC Web UX 選件以網(wǎng)頁訪問的形式實現(xiàn)電解水制氫設備的遠程監(jiān)控功能。

4 WinCC 畫面的發(fā)布以及訪問

4.1 Web UX 配置

Web UX 是WinCC 的一個選件，其基于公認的Web 標準，無須額外的軟件和硬件就可在支持HTML5 的Web 瀏覽器的設備上使用。下面對Web UX 選件的配置步驟進行介紹。

（1）安裝。Web UX 的安裝文件包含在WinCC 的DVD 中，在安裝時應該勾選上SIMATIC WINCC Web UX 和SIMATIC WINCC Navigator 選件，當然也可以根據(jù)需要在以后進行單獨安裝。安裝該選件時，會檢測Windows系統(tǒng)的IIS 配置，只有滿足條件時，才能進行下一步進行安裝。建議使用64 位操作系統(tǒng)，僅支持HTTPS 連接。

（2） 配置。 在安裝Web UX 選件后， 需要對WinCC Web UX 進行標準配置，并對IIS（Internet Information Service）網(wǎng)站進行配置，需要配置站點名稱、端口以及證書等參數(shù)。之后，在控制面板中選擇管理工具，進入IIS 管理界面，對新生成的網(wǎng)站進行IP地址綁定、端口配置和SSL 證書選擇。

4.2 畫面發(fā)布

（1）畫面設計。通過圖形編輯器設計創(chuàng)建屏幕畫面。在相應畫面激活Web-enable，在輸出畫面中檢查畫面兼容性，具有Web UX 屬性的畫面會被保存為.PDL 和后綴名為.json 的文件。

（2）畫面訪問。在圖形編輯器中完成畫面設計后，需要創(chuàng)建用戶和權限，并定義起始畫面。打開WinCC 的用戶管理器，選擇需要訪問Web UX 的用戶。激活Web UX 選項，配置起始畫面和起始語言。

4.3 訪問

保證客戶端和Web UX 服務器在同一個網(wǎng)絡。首先要激活WinCC 項目，然后在客戶端打開支持HTML的瀏覽器，輸入Web UX 站點的網(wǎng)址，輸入格式為：https://IP 地址，在彈出的登錄界面中輸入相應的用戶名和密碼，就可遠程瀏覽發(fā)布的畫面了。

5 結語

基于Web UX 選件的SCADA 系統(tǒng)可實現(xiàn)客戶端無須安裝和維護、隨時隨處可在世界范圍內(nèi)對制氫站的參數(shù)信息、運行情況和報警記錄等實現(xiàn)監(jiān)測。并組態(tài)配置集成在工程項目中，其具有無須安裝額外的軟件和硬件，無需進行后期維護以及操作簡單等優(yōu)點,有很好的應用前景，可大大提升水電解制氫站監(jiān)控的安全性能。