摘要:本文通過分析水廠對控制系統(tǒng)的功能要求,介紹了羅克韋爾自動化的基于PLC的SCADA系統(tǒng)和RSView32人機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件及其活動顯示系統(tǒng)在水廠的應(yīng)用均天。
1刁夺、引言
　　自來水廠的制水過程是從水源地取水經(jīng)輸水管網(wǎng)至水廠經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后通過配水管網(wǎng)送至用戶剂东。北京市石景山區(qū)楊莊水廠是以地下水為水源的水廠迂卢，規(guī)劃供水管線39千米，其中輸水管線4千米桐汤，配水管網(wǎng)35千米而克，工期工程設(shè)計(jì)供水能力為5萬噸/日，1998年月12月正式供水怔毛。該廠有10口水源井员萍、1口補(bǔ)壓井及1 配個水廠，水源井潛水泵電動機(jī)容量為6臺85KW拣度、4臺45KW碎绎，補(bǔ)壓井為45KW，配水廠內(nèi)有配水泵房一座抗果、清水池兩座筋帖、變電站一個、加氯間一座冤馏、綜合樓一座日麸，配水泵房內(nèi)有6臺160KW配水泵，其中2臺為變頻調(diào)速泵逮光，4臺工頻泵代箭，由兩路10KV/0.4KV容量為800KVA變壓器，加氯間有3臺加氯機(jī)醇盏，配水管網(wǎng)設(shè)有8個遠(yuǎn)端壓力測量點(diǎn)腔族。
　　我們針對水廠制水過程的特點(diǎn)和對控制系統(tǒng)的功能要求虑夕，并根據(jù)該廠的具體情況，最終決定采用羅克韋樂自動化的基于PLC的SCADA系統(tǒng)和基于客戶/服務(wù)器HMI組態(tài)軟件RSView32活動顯示系統(tǒng)（Active Display System ,ADS）
2羽折、水廠對控制系統(tǒng)的要求
2.1沼改、分散性
　　水廠最大的特點(diǎn)是地域極為分散。通常水源地巍樟、補(bǔ)壓井经翻、測壓點(diǎn)距離廠區(qū)幾公里甚至幾十公里，這樣就造成控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)分散捍幽，因此需要分布式的具有SCADA功能的控制系統(tǒng)竹砾。此外，控制功能也具有分散性衩缘，如各配水泵吊违、水源井能分別地，互不影響地進(jìn)行起動或停止控制延都。
2.2 集中監(jiān)控
　　為了節(jié)省人力雷猪，降低制水成本，水源井晰房、補(bǔ)壓井等應(yīng)常常是無人值守求摇，操作人需要在中控室對整個水廠進(jìn)行集中監(jiān)控。
2.3 小型化殊者、集成化
　　以水源井為例与境，泵房內(nèi)通常有一口號或兩口井，對一臺或兩臺泵的控制點(diǎn)數(shù)很少猖吴，對于管網(wǎng)測壓點(diǎn)也很少摔刁。因此為了降低系統(tǒng)造價，控制系統(tǒng)需要小型化距误、低成本的具有集成SCADA通訊功能的控制器簸搞。
2.4 適應(yīng)性
　　通常水源井泵房內(nèi)環(huán)境溫度一年四季變化很大，對于北方地區(qū)更是如此准潭，此外供水量隨著季節(jié)和白天夜晚有很大變化趁俊，控制系統(tǒng)應(yīng)能適應(yīng)環(huán)境和供水量的變化，保持穩(wěn)定供水完骑。 
 2.5 以邏輯控制為主
　　水廠的控制大部份是對輸水泵和配水泵的邏輯控制剩跛，回路控制通常只應(yīng)用在加氯量及出水壓力的控制。而邏輯控制是可編程序控制器（PLC）的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域谢佩，因此這也是目前水廠的控制系統(tǒng)廣泛采用PLC的原因优狡。
2.6 可靠性、安全性
　　水廠的安全、穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到千家萬戶铣瞒，所以從控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)芯拇、軟硬件產(chǎn)品質(zhì)量到控制程序編制等各個環(huán)節(jié)都必須是高可靠性的。
2.7 可維持性
　　系統(tǒng)在系統(tǒng)軟件腔资、應(yīng)用軟件和硬件方面具有強(qiáng)大的報警和故障自診斷功能双漫，方便工程師對系統(tǒng)故障進(jìn)行分析和維護(hù)。
2.8 可擴(kuò)展性
　　系統(tǒng)應(yīng)采用具有一定標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用較為廣泛的軟硬件產(chǎn)品淡厦，并考慮一定的余量刑吕，為將來水廠的擴(kuò)建及系統(tǒng)的變更打下基礎(chǔ)。
2.9 開放性
　　開放性是用戶對控制系統(tǒng)的普遍需求旋乙。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的普及端伪，人們越來越需要過程控制系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)交互信息，從而實(shí)現(xiàn)管理與控制一體化装蓬。盡管各控制系統(tǒng)生產(chǎn)廠家在現(xiàn)場控制器模塊級還不可能完全開放或通用著拭，但必須要求上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有開放性，例如：監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)基于微軟公司的WindowsNT矛物、2000或9X平臺茫死，支持各種規(guī)范的協(xié)議如OPC跪但、ODBC履羞、ActiveX、DDE等屡久。
3忆首、 控制系統(tǒng)構(gòu)成
3.1 控制系統(tǒng)硬件
　　如下圖所示，楊莊水廠根據(jù)系統(tǒng)不同功能層次采用四種通信方式被环，共有19個PLC控制站構(gòu)成控制系統(tǒng)糙及。以太網(wǎng)用于系統(tǒng)的管理層，DH+網(wǎng)和無線通訊用于各PLC控制器及計(jì)算機(jī)操作站之間的控制層通訊筛欢，遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)用于配水廠PLC控制器與變頻器\軟起動器的設(shè)備層通訊,管理層與控制層通過服務(wù)器實(shí)現(xiàn)信息交互浸锨。DH+網(wǎng)和遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)采用屏蔽雙絞線進(jìn)行通訊，具有連接方便蝴勉、通訊距離遠(yuǎn)的特點(diǎn),是PLC通訊應(yīng)用很廣的工業(yè)網(wǎng)絡(luò),在通訊速度為57.6Kbps下私庇，不加中繼可達(dá)10000英尺（3040米）加中繼可達(dá)12公里，DH+網(wǎng)可掛接64個控制器生肖，遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)可掛接32個設(shè)備舀蚕。無線通訊采用具有SCADA功能DF1主從通訊協(xié)議，PLC通過其標(biāo)準(zhǔn)RS232口與數(shù)傳電臺相連來實(shí)現(xiàn)無線通訊盘瞄，通訊速率為9600bps/19200 bps厢申。PLC1作為SCADA系統(tǒng)的主站用于控制和監(jiān)測配水系統(tǒng)和供電系統(tǒng)，PLC2用于監(jiān)控加氯系統(tǒng)裹侍，PLC00~PLC03钧饥、PLC07分別控制0#~3#惨侍、07#水源井，PLC05嫩誉、PLC08分別控制5#栽埠、6#、和8#镐胃、9#兩口水源井镶骗，PLC10控制10#補(bǔ)壓井，PLC11~PLC18用于配水管網(wǎng)壓力監(jiān)測躲雅，位于中控室的OS1鼎姊、OS2計(jì)算機(jī)PLC00~PLC02控制器只采用DH+網(wǎng)進(jìn)行通訊；3#水源井~9#水源井距廠區(qū)較遠(yuǎn)相赁，為了防止通訊電纜被意外切斷影響水廠的運(yùn)行相寇，PLC03~08控制器采用互為熱備的DH+網(wǎng)和無線通訊，通常性況下采用速度較高的DH+有線通訊钮科，一旦DH+網(wǎng)通訊失敗唤衫，系統(tǒng)將自動轉(zhuǎn)換到DF1無線通訊；10#補(bǔ)壓井和測壓點(diǎn)距離廠區(qū)更遠(yuǎn)绵脯，采用有線通訊方式代價太高佳励，因此PLC10及PLC11~PLC18控制器只采用DF1無線通訊方式。
　　在控制系統(tǒng)中蛆挫，用于配水管網(wǎng)壓力監(jiān)測的PLC11~PLC18采用最為經(jīng)濟(jì)的微型可編程控制器MicroLogix1000赃承，其它控制器均選取用可編程控制器SLC5/04，用于1#悴侵、6#配水泵的變頻器采用A-B公司1336Plus變頻器瞧剖，其它配水泵和水源井都采用A-B公司具有泵控功能的SMC Dialog plus智能馬達(dá)控制器，HMI操作站選用研華586工控機(jī)灌滤，ADS服務(wù)器采用惠普HP E60服務(wù)器名娶，工控機(jī)、服務(wù)器的DH+通訊接口卡采用A-B公司的1784-KTX誉芙，無線通訊電臺采用美國MDS公司數(shù)字電臺MDS 2710健娄。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 
3.2 控制系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)軟件
　　水廠的人機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由位于中控室的兩套RSView32計(jì)算機(jī)操作站和位于綜合樓的基于客戶/服務(wù)器RSView32活動顯示系統(tǒng)（ADS）組成。操作站安裝Windows95操作系統(tǒng)作為RSView32運(yùn)行平臺笋窍，ADS服務(wù)器安裝Windows NT Server運(yùn)行平臺流肢，ADS客戶端安裝Windows98中文版操作系統(tǒng)作為RSView32 ADS Client運(yùn)行平臺。RSView32是羅克韋樂自動化軟件公司采用開放技術(shù)项凉，以MFC（微軟基礎(chǔ)級）期位、DCOM（分布元件對象）組件技術(shù)為基礎(chǔ)的人機(jī)監(jiān)控軟件，是第一個在圖形顯示中利用ActiveX、VBA剩膏、OPC的MMI產(chǎn)品胳瑟，提供了監(jiān)視、控制及數(shù)據(jù)采集等全部功能砂豌，是一個使用方便厢岂、可擴(kuò)展性強(qiáng)、監(jiān)控性能高的監(jiān)控組態(tài)軟件阳距。RSView32 ADS將RSView32功贖罪MMI軟件擴(kuò)展為客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)塔粒。ADS服務(wù)器不僅可在現(xiàn)場，而且可以通過國際互聯(lián)網(wǎng)（Internet）在世界任何地方連接進(jìn)入筐摘∽洳纾客戶端可以采用ADS軟件或Internet Explorer作為監(jiān)控軟件平臺。ADS最多可以同時支持20個特許的客戶連接咖熟。系統(tǒng)的安全策略利用Windows NT和RSView32提供的雙重安全功能圃酵，Windows NT在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)層面負(fù)責(zé)管理操作人員或系統(tǒng)管理員和登錄，而RSView32通過設(shè)置不同的安全級別在應(yīng)用層面對用戶的操作權(quán)限進(jìn)行控制馍管，從而保證系統(tǒng)和正常操作郭赐，防止越權(quán)操作。
 3.3 控制系統(tǒng)SCADA協(xié)議
　　A-B公司的可編程控制器SLC5/04和MicroLogix1000具有內(nèi)置的多功能的標(biāo)準(zhǔn)RS232接口通道0确沸，通過該接口可以和編程器連接進(jìn)行編程捌锭，也可以建立DH485網(wǎng)絡(luò)，還可以實(shí)現(xiàn)SCADA系統(tǒng)功能糯锦。該RS232接口有兩種工作方式攒陋，一種是系統(tǒng)方式，另一種是用戶方式值膝，系統(tǒng)方式支持DH485和DFI通訊協(xié)議，用戶方式支持標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼方式艰吏，通訊速率從110bps到19.2bps可組態(tài)。DFI協(xié)議是A-B公司PLC系統(tǒng)廣泛支持的通訊協(xié)議涣累，包括各系列PLC及裝有RS Linx通訊軟件的計(jì)算機(jī)均支持DFI協(xié)議，通過該協(xié)議可以構(gòu)成基于PLC的SCADA系統(tǒng)蹦争。DFI協(xié)議支持點(diǎn)對點(diǎn)全雙工通訊模式以及點(diǎn)對多點(diǎn)半雙工主從通訊模式，DFI主從通訊方式支持包括主站在內(nèi)的多達(dá)255個站瑞捂，站地址為0-255。SLC5/04通道0可組態(tài)選擇DFI全雙工，DFI半雙工主或DFI半雙工從喉恋，MicroLogix1000通道0可選擇DFI全雙工或DFI半雙工從。楊莊水廠無線通訊SCADA系統(tǒng)采用點(diǎn)對多點(diǎn)半雙工通訊模式母廷，PLC1作為主站采用DFI半雙工主通訊方式轻黑，其它PLC控制器作為從站采用DFI半雙工從通訊方式，主站PLC采用對各從站輪詢方式并通過信息（MSG）指令來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的琴昆。DFI主從通訊方式不僅能實(shí)現(xiàn)主站與從站的通訊氓鄙，而且能實(shí)現(xiàn)從站與從站的通訊。主站對從站的通訊可組態(tài)面基于信息的輪詢方式或標(biāo)準(zhǔn)的輪詢方式业舍。
4玖详、 控制系統(tǒng)功能
 4.1 可靠的控制策略
　　互為備用。在控制系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)上勤讽，各配水泵蟋座、輸水泵都具有獨(dú)立的控制功能互為備用，相互之間既可以在自動控制方式下實(shí)現(xiàn)任意組合聯(lián)鎖控制脚牍，也可以地手動控制方式下獨(dú)立控制。中控室的兩臺操作站具有同等的功能且互為熱備碗品，當(dāng)一臺出現(xiàn)故障時也不會影響水廠的操作。水源井PLC通訊采用了互為備用的DH+有線和DFI無線通訊韧践。
　　就地和遠(yuǎn)程控制方式班卖。各配水泵、輸水泵通過配水泵控制柜上的選擇開關(guān),可以選擇就地控制方式和遠(yuǎn)程控制方式聪蔬。遠(yuǎn)程控制是通過計(jì)算機(jī)操作站由PLC控制泵啟停屯片，就地控制是用控制柜或現(xiàn)場操作箱上的按鈕控制泵的啟停。當(dāng)PLC處于編程狀態(tài)或出現(xiàn)故障時可以采用就在控制方式床重。就地和遠(yuǎn)程控制方式相互切換不會影響泵的運(yùn)行。
 4.2 配水泵的控制
　　手動控制拙徽。各配水泵在遠(yuǎn)程控制方式下分手動控制和自動控制诗宣。手動控制是由操作員根據(jù)管網(wǎng)的壓力情況對配水泵進(jìn)行啟動和停止操作梧田。遠(yuǎn)程控制方式下配水泵與電動閥的聯(lián)鎖控制都由PLC自動完成侧蘸。
　　自動控制。PLC根據(jù)出水壓力和變頻器的輸出頻率穿稳，處于自動方式的配水泵進(jìn)行循環(huán)啟蜕卫ぃ控制，循環(huán)啟椭璨ぃ控制的規(guī)則是先開先停。
 4.3 水源井輸水泵的控制
　　手動控制引苇。操作員根據(jù)清水池液位對輸水泵進(jìn)行啟動和停止操作鸣谒。
　　自動控制。PLC根據(jù)清水池液位及各輸水泵起動水位和停止水位己倾，對處于自動方式的輸水泵進(jìn)行啟動和停止操作扶取。
 4.4 出水壓力變參數(shù)PID調(diào)節(jié)
　　出水壓力的調(diào)節(jié)是通過變頻器控制配水泵的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)蔫迅。在現(xiàn)場調(diào)試中翻框，我們發(fā)現(xiàn)固定參數(shù)的PID調(diào)節(jié)不能解決供水高峰的出水壓力控制動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性問題腺首。我們通過采用變參數(shù)PID調(diào)節(jié)方法很好地解決了這一問題趁啸。變參數(shù)PID調(diào)節(jié)是根據(jù)出水流量的大小采用不同的PID參數(shù)進(jìn)行出水壓力調(diào)節(jié)督惰。
 4.5 出水壓力自動設(shè)定
　　配水管網(wǎng)的壓力損失大小隨著供水量的變化而不同旅掂，供水量越大壓力損失也越大访娶。力了達(dá)到既滿足用戶對水壓穩(wěn)定的要求又能實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，我們根據(jù)出水量崖疤、出水壓力及各測壓點(diǎn)壓力測量值，采用模糊控制的方法對出水壓力進(jìn)行自動設(shè)定叮趴。
 4.6 豐富的畫面顯示功能
　　在計(jì)算機(jī)操作站顯示的畫面有工藝流程主畫面丰躺、工藝流程分畫面、高低壓供電監(jiān)控畫面肄琉、設(shè)備操作畫面窟礼、趨勢圖、調(diào)用菜單畫面染痊、報警畫面庆葱、報表畫面、防盜報警畫面胚高。操作人員通過調(diào)用這些畫面可以全面地了解水廠的運(yùn)行情況，并且很方便地對設(shè)備操作抛虏。
 4.7 故障診斷與報警處理功能
　　在各設(shè)備的操作畫面中都列出其起動條件狀態(tài)，如：上電情況迂猴、通訊狀態(tài)慕淡、故障狀態(tài)、就地/遠(yuǎn)程狀態(tài)沸毁、熱繼狀態(tài)等。記錄報警發(fā)生時的有關(guān)信息携兵，如：故障標(biāo)簽名稱疾掰、報警信息徐紧、故障報警時間、確認(rèn)報警時間等拂檩，并對報警信息進(jìn)行管理栓属。
 4.8 多重主設(shè)備保護(hù)功能
　　1336 Plus變頻器和SMC Dialog Plus智能馬達(dá)控制器提供了多重設(shè)備保護(hù)功能,如：過載周矢、失速及堵轉(zhuǎn)、欠載盹斟、欠壓沟赏、過壓提钟、電壓不平衡等保護(hù)。
 4.9 報表功能
　　本系統(tǒng)輸出的報表有以下五種藐檀，即輸水工藝參數(shù)日報表锻转、配水工藝參數(shù)日報表稽羔、輸水工藝參數(shù)月報表唐片、配水工藝參數(shù)月報表、水廠工藝參數(shù)年報表费韭。
 4.10 遠(yuǎn)程監(jiān)控功能
　　采用基于客戶/服務(wù)器HMI組態(tài)軟件RSView32 ADS，實(shí)現(xiàn)了對水廠的遠(yuǎn)程監(jiān)控星持。操作人員可在中央控制室對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控、公司經(jīng)理羹令、廠長损痰、工程師坐在辦公室甚至在家里也可以監(jiān)控水廠的運(yùn)行情況卢未。
5、 結(jié)束語
　　本系統(tǒng)在該水廠已穩(wěn)定運(yùn)行三年多躏宗，運(yùn)行結(jié)果表明羅克韋爾自動化的PLC基于SCADA系統(tǒng)能充分滿足對水廠控制系統(tǒng)的要求，對水廠的安全運(yùn)行根爆、提高供水質(zhì)量、節(jié)能降耗英鸵、優(yōu)化管理等方面起到了至關(guān)重要的作用。
（摘自深圳華夏盛電子有限公司網(wǎng)站）

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