摘 要:介紹了廣東省恩平市水處理廠使用的SCADA系統(tǒng)。系統(tǒng)以A-B 公司的SLC 500及MicroLogix 1000為可編程控制器,以ControlNet網(wǎng)、DFl無線電通訊方式和以態(tài)網(wǎng)為通訊網(wǎng)絡(luò),以RSView32及RSView32 ADS為監(jiān)控組態(tài)軟件,實(shí)現(xiàn)水處理廠的自動(dòng)監(jiān)控和供水管網(wǎng)壓力的檢測以及整個(gè)水廠的管理調(diào)度。
自動(dòng)控制和管理.
1 引言
廣東省恩平市水處理廠是廣東省恩平重點(diǎn)工程項(xiàng)目,它的勝利竣工通水使恩平市人民喝上了放心優(yōu)質(zhì)的自來水，出廠水達(dá)到了歐共體標(biāo)準(zhǔn)。通過建立一套完整的SCADA系統(tǒng),整個(gè)水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)、并綜合考慮與無線電調(diào)度系統(tǒng)、公司企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的銜接,建立自控系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)(Intranet)系統(tǒng)三位一體的綜合管理與控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了整個(gè)水處理生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制,通過無線電調(diào)度系統(tǒng)在城市管網(wǎng)壓力的檢測，可以實(shí)現(xiàn)城市管網(wǎng)調(diào)度，同時(shí)將水處理廠的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)和管線監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)送回公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。在公司內(nèi)部網(wǎng)上任何一個(gè)終端在授權(quán)情況下能監(jiān)視水處理廠的運(yùn)行和城市管網(wǎng)壓力情況。通過該系統(tǒng)的使用,動(dòng)態(tài)掌握水處理廠和城市管網(wǎng)壓力的運(yùn)行情況,做到心中有數(shù)、合理調(diào)度、降低了生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率、提高了公司的生產(chǎn)管理水平。
2 SCADA系統(tǒng)構(gòu)成
2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
如圖1所示, 恩平水處理廠SCADA系統(tǒng)由水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng), 城市管網(wǎng)測壓點(diǎn),供水集團(tuán)公司辦公大樓內(nèi)部網(wǎng)構(gòu)成。以太網(wǎng)用于系統(tǒng)的管理層, ControlNet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。管理層與控制層通過基于客戶/服務(wù)器HMI組態(tài)軟件RSView32活動(dòng)顯示系統(tǒng)(Active Display System,ADS)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)信息交互。ControlNet網(wǎng)采用屏蔽同軸電纜進(jìn)行通訊,具有連接方便、通訊距離遠(yuǎn)的特點(diǎn),是PLC通訊廣泛應(yīng)用穩(wěn)定的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。無線通訊采用具有SCADA功能的DF1主從通訊協(xié)議,PLC通過其標(biāo)準(zhǔn)RS232與數(shù)傳電臺實(shí)現(xiàn)無線通訊,通訊速率可達(dá)960Obps。
2.2 水處理廠自控系統(tǒng)組成
根據(jù)水處理廠設(shè)備分類和控制要求水處理廠自控系統(tǒng)包括:取水泵站PLC1、加藥站PLC2、濾池站PLC3（包括公共反沖洗）、送水泵站PLC4和中心控制室組成。水處理廠自控系統(tǒng)由管理層、控制管理層、現(xiàn)場控制層三層組成,控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用集散型控制系統(tǒng)。以便于實(shí):” 集中管理、分散控制” 的三級控制。指揮權(quán)集中,控制權(quán)分散,注重功能分散,以求控制靈活,提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。PLC1用于監(jiān)控取水泵房取水泵運(yùn)行和操作的，包括檢測泵運(yùn)行溫度、電量參數(shù)，以及原水的pH、濁度、溫度等水質(zhì)參數(shù)。PLC2加藥站用于監(jiān)控加礬計(jì)量泵、石灰泵以及加氯機(jī)的運(yùn)行和操作的，包括檢測加藥混合后水質(zhì)的SCD、pH、余氯，通過反饋，PLC PID調(diào)節(jié)設(shè)備的加藥量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。這樣使水能達(dá)到更好的沉淀和殺毒消菌的效果，并且保證水的pH。這是制水廠最關(guān)鍵的控制環(huán)節(jié)。PLC3是控制濾池自動(dòng)恒水位過濾、自動(dòng)公共反沖洗的。PLC4是監(jiān)控送水泵房送水泵運(yùn)行和操作的。包括檢測泵運(yùn)行溫度、電量參數(shù)，以及出廠水的pH、濁度、余氯、壓力、流量等參數(shù)。保證城市供水量和水質(zhì)。水處理廠的PLC通過屏蔽同軸電纜在全廠組成一個(gè)ControlNet網(wǎng)，
水處理廠中心控制室配置兩臺HMI操作站, 互為熱備，是由兩臺各裝有一塊1784KTCX15卡的電腦運(yùn)行RSView32系統(tǒng)做成了人機(jī)界面，監(jiān)測和控制整個(gè)制水廠的生產(chǎn)和運(yùn)行情況以及監(jiān)測城市管網(wǎng)的壓力情況。配置打印機(jī)打印報(bào)警、生產(chǎn)報(bào)表和曲線等。
2.3 城市管網(wǎng)測壓點(diǎn)組成
在SCADA系統(tǒng)中,用于城市管網(wǎng)壓力監(jiān)測的PLC5-PLC12采用最為經(jīng)濟(jì)可靠的微型可編程控制器MicroLogix 1000，采集監(jiān)測點(diǎn)的參數(shù)數(shù)據(jù)并作為SCADA系統(tǒng)的DF1從站。
2.4 公司監(jiān)視站的組成
公司監(jiān)視站包括供水集團(tuán)公司大樓內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和裝有1784PCIC卡的SCADA系統(tǒng)的服務(wù)器電腦。由于制水中心控制室和供水集團(tuán)公司大樓相距較遠(yuǎn),采用了同軸電纜組成的ControlNet網(wǎng)相連，裝有1784PCIC卡服務(wù)器電腦安裝了RSView32及RSView32 ADS為監(jiān)控組態(tài)軟件,用于監(jiān)視制水廠和城市管網(wǎng)的壓力實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，也實(shí)現(xiàn)了公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)的通訊。從而,通過ControlNet網(wǎng)、無線電調(diào)度系統(tǒng)、公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)將水處理自控系統(tǒng)、城市管網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)和公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)聯(lián)成了一體化網(wǎng)絡(luò)。在經(jīng)理室和有關(guān)職能部門配置監(jiān)視終端,作為系統(tǒng)的客戶機(jī)和公司網(wǎng)絡(luò)上的其他任何終端一樣只需安裝ADS工作站或者Web Browser,在授權(quán)的情況下均可以監(jiān)視制水廠和城市管網(wǎng)壓力的運(yùn)行情況。系統(tǒng)具有Internet/Intranet接口,可方便實(shí)現(xiàn)在任何地點(diǎn)、任何時(shí)候通過撥號上網(wǎng)的方式監(jiān)視生產(chǎn)運(yùn)行情況,即遠(yuǎn)程監(jiān)視。
2.5 系統(tǒng)軟件的組成
系統(tǒng)軟件是整個(gè)系統(tǒng)的核心,直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的成敗。系統(tǒng)軟件主要包括操作系統(tǒng)、監(jiān)控軟件平臺等。制水廠中控室操作站采用Windows NT操作系統(tǒng)和RSView32人機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件。供水集團(tuán)公司大樓ADS服務(wù)器電腦安裝Windows 2000 Server作為內(nèi)部網(wǎng)上的獨(dú)立服務(wù)器，運(yùn)行RSView32人機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件和RSView32 ADS Server。RSView32是羅克韋爾自動(dòng)化軟件公司采用開放的技術(shù),以MFC(微軟基礎(chǔ)級)、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(gè)在圖形顯示中利用ActiveX、VBA、OPC的HMI產(chǎn)品,提供了監(jiān)視、控制和數(shù)據(jù)采集等全部功能,是一個(gè)使用方便、可擴(kuò)展性強(qiáng)、監(jiān)控性能高的監(jiān)控組態(tài)軟件。RSView32 ADS將RSView32 HMI軟件擴(kuò)展為客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。ADS服務(wù)器不僅可以在現(xiàn)場,而且可以通過國際互聯(lián)網(wǎng)在世界任何地方接入?？蛻舳丝梢圆捎肁DS Station軟件或Internet Explorer作為監(jiān)控軟件平臺。系統(tǒng)安全策略利用Windows 2000和RSView32提供的雙重安全功能,Windows 2000在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)層負(fù)責(zé)管理操作人員或系統(tǒng)管理員的登錄,而RSView32通過設(shè)置不同的安全級別在應(yīng)用層對各用戶的操作權(quán)限進(jìn)行控制,從而保證系統(tǒng)的正常操作,防止越權(quán)操作。
3 SCADA系統(tǒng)協(xié)議
ControlNet網(wǎng)是A-B公司新推出的全新的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)開放的高速確定性網(wǎng)絡(luò)，他可用于傳輸對時(shí)間有苛刻要求的信息，通信速率可達(dá)到5Mbps。提供實(shí)時(shí)的控制和對等的通信服務(wù)。采用生產(chǎn)者/客戶方式，將傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)針對不同站點(diǎn)需多次發(fā)送該為一次發(fā)送多點(diǎn)共享，減少了網(wǎng)絡(luò)發(fā)送次數(shù)，從而使網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)、有效。用RSNETworx軟件完成ControlNet的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。由于歷史的原因我們采用的是SLC5/03 PLC，所以要上ControlNet網(wǎng)每個(gè)PLC機(jī)架上加了1747-SCNR通信模塊，在送水泵站PLC4上另外還加了塊1747-KFC15通信模塊，以滿足1784KTCX15和1784PCIC卡與PLC cpu的通信，關(guān)于詳細(xì)的配置我將在另一篇文章中介紹。
A-B公司的SLC5/03、SLC5/04和MicroLogix 1000可編程控制器具有內(nèi)置的多功能標(biāo)準(zhǔn)RS232接口通道0,該接口的系統(tǒng)方式支持DFl通訊協(xié)議。DF1協(xié)議是A-B公司PLC系統(tǒng)廣泛支持的通訊,包括各系列PLC及裝有RSLinx通訊軟件的計(jì)算機(jī)均支持DF1協(xié)議,通過該協(xié)議可以構(gòu)成基于PLC的調(diào)度系統(tǒng)。恩平城市管網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)采用點(diǎn)對多點(diǎn)半雙工通訊模式,PLC4作為主站采用DFl半雙工主通訊方式,其他PLC5- PLC12控制器作為從站采用DFl半雙工從通訊方式,主站PLC采用對各站輪詢方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
4 SCADA系統(tǒng)功能與特點(diǎn)
4.1 集中管理、分散控制
在制水廠中心控制室能集中對全系統(tǒng)各種設(shè)備和生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視和控制。能實(shí)現(xiàn)三級控制。即:就地手動(dòng)控制,分站PLC控制,中控室集中控制。在控制室具有自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程手動(dòng)控制(遙控)兩種方式。
(1)就地手動(dòng)控制:就是能在就地通過控制箱或柜上的按鈕或控制器對設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)控制。
(2)分站PLC控制:就是各分站PLC執(zhí)行自己的控制程序,處理該站現(xiàn)場I/O信號。在與中心控制室脫機(jī)或通訊出現(xiàn)故障時(shí)各分站能獨(dú)立利用自己的PLC進(jìn)行控制及PLC之間的通訊。
(3)中控室集中控制:就是在中心控制室能對全廠生產(chǎn)過程和城市管網(wǎng)壓力進(jìn)行監(jiān)測控制和數(shù)據(jù)處理,對所控設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)或遙控控制。在自動(dòng)控制方式下能對制水廠的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制,如開泵過程為先開泵后開閥,停泵過程為先關(guān)閥后停泵。若吸水井水位高于泵軸,直接開泵;若吸水井水位低于泵軸,開泵之前先抽真空,真空形成后,停真空泵,開泵(泵閥聯(lián)動(dòng))；通過閉環(huán)反饋PID對進(jìn)行自動(dòng)投加處理；以及濾池的PID恒水位自動(dòng)過濾，自動(dòng)進(jìn)行反沖洗等…在遙控方式下能對各控制設(shè)備進(jìn)行獨(dú)立控制。
4.2 通訊能力強(qiáng)
水處理整個(gè)PLC組成一個(gè)ControlNet網(wǎng)絡(luò)。無線電通訊速率可達(dá)960Obps。DF1輪詢時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際需要在監(jiān)控畫面上設(shè)定,以達(dá)到數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)有效。公司采用10OM以態(tài)網(wǎng),保證了整個(gè)系統(tǒng)可以快速穩(wěn)定和可靠的運(yùn)行。
4.3 系統(tǒng)可擴(kuò)展性和開放性強(qiáng)
該系統(tǒng)采用的硬件和軟件都是符合國際標(biāo)準(zhǔn),世界流行應(yīng)用廣泛的產(chǎn)品,例如:監(jiān)控系統(tǒng)是基于微軟公司的WindowsNT、2000或9X平臺,支持各種規(guī)范的協(xié)議如OPC、ODBC、ActiveX、DDE等。為過程控制系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)交互信息,實(shí)現(xiàn)管理控制一體化提供了接口基礎(chǔ)。
4.4 豐富的畫面顯示功能
計(jì)算機(jī)操作站顯示的畫面有管網(wǎng)監(jiān)控圖、制水廠各個(gè)分站的動(dòng)態(tài)模擬圖、高壓配電圖、設(shè)備操作畫面、趨勢圖、報(bào)警畫面等。操作人員通過調(diào)用這些畫面可以全面的掌握整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況,并且很方便地對設(shè)備進(jìn)行操作。
4.5 報(bào)警和保護(hù)處理功能
系統(tǒng)記錄設(shè)備和軟件報(bào)警發(fā)生時(shí)的有關(guān)信息,如故障標(biāo)簽名稱、報(bào)警信息、故障報(bào)警時(shí)間等,并可以對報(bào)警信息進(jìn)行管理。系統(tǒng)還提供了對重要設(shè)備的保護(hù)功能,如過載、超溫及三相電流不平衡等保護(hù)。
4.6 報(bào)表功能
本系統(tǒng)輸出報(bào)表有生產(chǎn)日志、生產(chǎn)日報(bào)表、月報(bào)表、季度報(bào)表、年報(bào)表與管網(wǎng)壓力報(bào)表等。
4.7 遠(yuǎn)程監(jiān)視功能
采用基于客戶/服務(wù)器HMI組態(tài)軟件RSView32 ADS,實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)視。操作人員可在中心控制室對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控,公司領(lǐng)導(dǎo)在辦公室甚至出差在外也可以監(jiān)視查詢制水廠及城市管網(wǎng)壓力的運(yùn)行情況,及時(shí)掌握生產(chǎn)情況以便更快作出決策和調(diào)度,提高生產(chǎn)效率。
