南洲水廠自動(dòng)化綜合監(jiān)控系統(tǒng)

摘要：本文介紹了南洲水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成，以及設(shè)計(jì)考慮的主要問(wèn)題；系統(tǒng)有效的解決了多種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線互聯(lián)以及遠(yuǎn)程通訊等問(wèn)題 關(guān)鍵詞： 水廠，自動(dòng)化，現(xiàn)場(chǎng)總線，通訊   南洲水廠是廣州市自來(lái)水公司第一間具有深度處理的全自動(dòng)化的 100 萬(wàn) m /d 飲用凈水生產(chǎn)廠，其自動(dòng)化系統(tǒng)要求以安全可靠、優(yōu)質(zhì)供水、節(jié)能降耗、管理方便為設(shè)計(jì)原則，從實(shí)際出發(fā)，使水廠儀表檢測(cè)和自動(dòng)化控制達(dá)到國(guó)內(nèi)同行先進(jìn)水平。系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合考慮了設(shè)備、儀表的性能、特點(diǎn)以及水處理工藝要求和整個(gè)自控系統(tǒng)的可擴(kuò)展性及兼容性等問(wèn)題，為本監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供保證。 1.  系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 南洲水廠廠內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)主網(wǎng)采用以光纖為傳輸介質(zhì)、遵循 TCP/IP 協(xié)議的（10M/100M，環(huán)網(wǎng)）工業(yè)以太網(wǎng)為主干網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)主要設(shè)備采用獨(dú)立 SLC 控制，采用 DeviceNet 等現(xiàn)場(chǎng)總線將其聯(lián)接構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)控制層；水質(zhì)儀表、電類計(jì)量?jī)x表、高壓綜合繼電保護(hù)及測(cè)量等設(shè)備通過(guò) Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，并與主控 PLC 連網(wǎng)；主控 PLC 通過(guò)交換機(jī)連于全廠主網(wǎng)。 控制排泥車等移動(dòng)設(shè)備的小型 PLC 通過(guò)低功率、近距離的無(wú)線傳輸設(shè)備與子站主控 PLC 通訊。水廠與 30km外的取水泵站則通過(guò) VPN 及無(wú)線方式通訊方式，監(jiān)測(cè)源水泵站狀態(tài)。水廠內(nèi)部監(jiān)控系統(tǒng)以多任務(wù)平臺(tái)上的實(shí)時(shí)監(jiān)控、開(kāi)發(fā)和管理軟件組成工控局域網(wǎng)和管理以太網(wǎng)。監(jiān)控系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖一所示。

2.  設(shè)備控制方式 各受控設(shè)備具有就地（就地一步化）、調(diào)試（就地?zé)o聯(lián)鎖）、停、遠(yuǎn)程控制（由上位機(jī)進(jìn)行一步化開(kāi)停機(jī)或分步調(diào)試）功能。 權(quán)限級(jí)別從高到低依次序?yàn)椋和?、調(diào)試、就地、遠(yuǎn)程控制。 取水、送水及 110KV 變電站為有人值守站。其他按無(wú)人值守站考慮。 南洲廠區(qū)、取水站、公司調(diào)度室無(wú)線通訊采用廣州市自來(lái)水公司現(xiàn)有 230MHz 系統(tǒng)和電信GPRS/ GSM 方式，在三地間通過(guò)電信 ADSL 專線，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；有線與無(wú)線互為備用，自動(dòng)切換，正常以有線為主。通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 2 所示。 南洲水廠、西海取水泵站之間的數(shù)據(jù)傳輸采用 VPN 方式，GPRS 作為數(shù)據(jù)的備份傳輸方式。

南洲水廠與西海取水站之間的通信以 ADSL 方式為主，南洲水廠采用固定 IP 的 ADSL 專線， 西海取水采用動(dòng)態(tài) IP。在 ADSL 通信鏈路上面建立 VPN，采用硬件 VPN 網(wǎng)關(guān)作為 VPN連接方式， 進(jìn)行信號(hào)傳輸。 3.  現(xiàn)場(chǎng)控制站 根據(jù)工藝流程的分布和水廠總平面布置，分別在取水泵房控制室、藥物投加室、濾池和反 沖洗泵房控制室、深度處理控制室、變配電及送水泵房控制室、污泥處理控制室等設(shè)置六個(gè)現(xiàn) 場(chǎng)控制站，其主要功能如下： 1）取水泵站（PLC1）    用于取水泵站的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)的采集，根據(jù)工藝過(guò)程要求通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)水泵等上述設(shè)備進(jìn)行控制。水泵機(jī)組等由小型 PLC 控制。系統(tǒng)通過(guò)總線采集泵組及其他用電設(shè)備各類參數(shù)，PLC1 現(xiàn)場(chǎng)控制站站內(nèi) PLC通過(guò)無(wú)線系統(tǒng)水廠送水/中控室調(diào)度通訊。   2） 藥物投加系統(tǒng)（PLC2） 各藥物投加系統(tǒng)由獨(dú)立供貨商或系統(tǒng)集成商成套提供，PLC 完成系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)的控制；通過(guò) DeviceNet 或以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與各子系統(tǒng)控制器交換數(shù)據(jù)；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)電纜與投加系統(tǒng)里的電力監(jiān)測(cè)器連接以采集其數(shù)據(jù)。 3）沉淀池及濾池系統(tǒng)（PLC3） 沉淀池及濾池系統(tǒng)控制排泥車、濾池及其反沖洗設(shè)備。主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各濾池反沖洗控制，與各格濾池就地控制柜內(nèi)小型 PLC通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通訊。 4）深度處理（PLC4） PLC4 現(xiàn)場(chǎng)控制站用于深度處理設(shè)備的控制，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線和 I/O 與成套設(shè)備通訊，主要包括碳濾池系統(tǒng)、制氧、臭氧系統(tǒng)。   5）送水泵站及變電站（PLC5） PLC5 現(xiàn)場(chǎng)控制站用于送水泵房、總出水、變配電系統(tǒng)的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)的采集，根據(jù)工藝過(guò)程要求對(duì)送水泵組、出口閥、配電等設(shè)備進(jìn)行控制。通過(guò) DeviceNet 總線與控制泵組的小型 PLC 聯(lián)網(wǎng)，對(duì)其完成測(cè)控，通過(guò)總線采集泵組及其他用電設(shè)備各類參數(shù)，通過(guò)無(wú)線系統(tǒng)與取水泵站 PLC 通訊。水泵等由小型 PLC 獨(dú)立控制。變電站供配電系統(tǒng)為兩路 110kV進(jìn)線，內(nèi)橋結(jié)線，二臺(tái)站變，其監(jiān)控及保護(hù)系統(tǒng)通過(guò) Modbus 總線與主PLC 通訊。 6）污泥處理系統(tǒng)（PLC6） PLC6 現(xiàn)場(chǎng)控制站用于污泥處理系統(tǒng)的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)的采集，根據(jù)工藝過(guò)程要求對(duì)主要設(shè)備及相關(guān)閥門進(jìn)行控制。 7） 中控室 PLC7 站 PLC7 站用于中控室模擬板驅(qū)動(dòng)：通過(guò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊，采集接收各現(xiàn)場(chǎng)控制站檢測(cè)到的主要工藝設(shè)備工況及報(bào)警信號(hào)，送至中控室模擬板（RS232/RS485 接口），對(duì)其進(jìn)行定時(shí)刷新，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示。 現(xiàn)場(chǎng)控制站 PLC 采用美國(guó) AB 公司產(chǎn)品，主控 PLC 采用 ControlLogix 系列，設(shè)備層采用MicroLogix1500 系列，兩者以 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，主控 PLC 經(jīng)交換機(jī)與全廠以太網(wǎng)聯(lián)接。重要站點(diǎn)如濾池等系統(tǒng)采用熱備冗余 CPU。 水廠中控室配置有數(shù)傳電臺(tái)和 GRPS通訊?？? 通訊調(diào)度系統(tǒng)軟件可以在與其它 RTU 之間的通信中選擇最佳的通信信道，使系統(tǒng)在總體上達(dá)到最佳的通信效果。軟件提供人工強(qiáng)制選擇通信信道的功能；同時(shí)負(fù)責(zé)信道的故障判斷，根據(jù)實(shí)際情況，指定 RTU 的主通信信道，當(dāng)主站和 RTU 通信時(shí)，根據(jù)通信失敗次數(shù)、誤碼率等參數(shù)來(lái)判別主信道的通信質(zhì)量，當(dāng)主信道出現(xiàn)故障或達(dá)不到要求的通信質(zhì)量時(shí)，自動(dòng)切換到備用信道上工作。當(dāng)采用備用信道通信時(shí)，主站按一定的周期檢測(cè)主信道的通信質(zhì)量，當(dāng)主信道的通信質(zhì)量回復(fù)正常時(shí)，自動(dòng)切換到主信道上工作。 4.  系統(tǒng)軟件功能 本監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用組態(tài)軟件、模塊化設(shè)計(jì)，并具有漢化界面。各監(jiān)控站數(shù)據(jù)從服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取，以客戶端方式運(yùn)行。 現(xiàn)場(chǎng)控制站的操作員站的任務(wù)是在標(biāo)準(zhǔn)畫面和用戶組態(tài)畫面上，設(shè)定、匯集和顯示有關(guān)的運(yùn)行信息，供運(yùn)行人員據(jù)此對(duì)設(shè)備的運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)視和控制。操作員站要求監(jiān)視或控制本工藝點(diǎn)的生產(chǎn)過(guò)程畫面及生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，查詢和打印各種歷史數(shù)據(jù)： 中控監(jiān)控管理站作為取水、凈水、供水和污泥處理的中心，用于全廠的數(shù)據(jù)監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理，具有各操作員站的全部?jī)?nèi)容。各系統(tǒng)具有以下主要功能：    1）報(bào)警處理    2）歷史數(shù)據(jù)的管理    3）事件處理    4）人機(jī)界面    5）畫面顯示    6）數(shù)據(jù)通信    7）報(bào)表產(chǎn)生    8）實(shí)時(shí)與歷史數(shù)據(jù)分析    9）安全登錄和密碼保護(hù)    10）操作控制功能：    11）其它功能。    ?報(bào)警處理    在任何時(shí)間和在任何顯示上工作站均能在畫面頂部或底部顯示出總的報(bào)警信息，包括報(bào)警設(shè)定值（報(bào)警條件）、報(bào)警值、報(bào)警狀態(tài)、報(bào)警時(shí)間。這些報(bào)警信息通過(guò)報(bào)警聲音提醒，使操作人員可以快速地調(diào)用與本報(bào)警有關(guān)的畫面，以得到可以尋找故障原因的詳細(xì)資料。如果需要可以按要求調(diào)用并按命令分別打印登記在數(shù)據(jù)庫(kù)中的報(bào)警內(nèi)容。對(duì)于長(zhǎng)期不正常事件（由監(jiān)視人員確認(rèn)后）可禁止報(bào)警和登錄。對(duì)于已確認(rèn)的報(bào)警應(yīng)帶上報(bào)警發(fā)生時(shí)標(biāo)，存入報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)于末確認(rèn)的報(bào)警應(yīng)持續(xù)發(fā)出聲光報(bào)警，直至值班人員確認(rèn)，還可依據(jù)報(bào)警信號(hào)重要性動(dòng)態(tài)改變報(bào)警級(jí)別。    ?歷史數(shù)據(jù)的管理    操作人員依權(quán)限可按要求進(jìn)行分類列表，對(duì)于變量應(yīng)表明時(shí)標(biāo)，屬性，測(cè)量范圍，實(shí)時(shí)值，并用顏色或符號(hào)表明數(shù)據(jù)性質(zhì)。也可以在表格上用“指針”選定數(shù)據(jù)點(diǎn)，對(duì)其設(shè)定值，測(cè)量范圍，數(shù)據(jù)性質(zhì)進(jìn)行修改。    ?事件處理    a. 事件登記    報(bào)警、調(diào)度命令及設(shè)備操作命令、掛標(biāo)記牌操作、修改設(shè)定值或?qū)懭霐?shù)據(jù)等事件都記入不可修改的“事件登記簿”。    b. 事件檢索    操作員可在“事件檢索”的視窗中按事件類別名稱、對(duì)象名稱、事件起始至截止的日期和時(shí)間及對(duì)象編號(hào)進(jìn)行檢索。    c. 事件記錄存儲(chǔ)    事件庫(kù)中具有足夠的容量存放事件登記，事件登記每天以數(shù)據(jù)文件形式入庫(kù)，盤區(qū)存滿后通知操作員移出另外存儲(chǔ)。    ?人機(jī)界面    a. 人機(jī)界面運(yùn)用開(kāi)放系統(tǒng)的圖形窗口技術(shù)。    b. 友好的操作人員界面。    c. 程序員可在線修改和編輯畫面。    d. 支持三維圖形。    e. 帶有詳細(xì)的聯(lián)機(jī)幫助功能。    ?畫面顯示    a．站級(jí)顯示：包含站內(nèi)整個(gè)系統(tǒng)及相關(guān)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)總貌，顯示出主設(shè)備的狀態(tài)、有關(guān)參數(shù)以及控制回路中過(guò)程變量與設(shè)定值的偏差。工藝控制圖形的總體結(jié)構(gòu)形式為窗口式和分層展開(kāi)式相結(jié)合。    b．功能組顯示：包含過(guò)程輸入變量、報(bào)警條件、輸出值、輸入值、設(shè)定值、單元標(biāo)號(hào)、縮寫的文字標(biāo)題、控制方式、報(bào)警值等。功能組顯示畫面包含所有監(jiān)控單元或回路。    c．細(xì)節(jié)顯示：可觀察以某一單元為基礎(chǔ)的所有信息。    d．其它顯示：包含報(bào)警顯示、趨勢(shì)顯示、成組顯示、棒圖顯示、幫助顯示、系統(tǒng)狀態(tài)顯示等。    e．在各個(gè)工藝過(guò)程的合適位置實(shí)時(shí)顯示主要相關(guān)數(shù)據(jù)。    f．畫面顯示系統(tǒng)的操件采用圖形標(biāo)記，下拉式屏幕菜單和鍵盤按鈕。 所有顯示和打印輸出均可顯示出以 24 小時(shí)時(shí)間型式的時(shí)間。    g．趨勢(shì)圖顯示功能    可以用棒狀圖或線狀圖顯示歷史趨勢(shì)或當(dāng)前趨勢(shì)，可選擇 1 條至 16 條實(shí)時(shí)或歷史趨勢(shì)圖（用不同顏色）在同一時(shí)間內(nèi)顯示在一幅畫面上。當(dāng)前趨勢(shì)顯示根據(jù)實(shí)時(shí)原理不斷校正。     操作員可以方便地調(diào)整趨勢(shì)顯示的時(shí)間坐標(biāo)或輸入范圍。 5． 組態(tài)軟件配置 組態(tài)軟件采用服務(wù)器 RSVIEW SE 版本；系統(tǒng)服務(wù)器配置成域控制器，并使用雙機(jī)熱備方案。RSVIEW SE 使用冗余設(shè)計(jì)；后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)使用 SQL Server。RSVIEW SE 從<< p="">