SCADA系统在城市供水调度系统中的应用

摘 要：介绍了广东省台山市自来水有限公司供水调度系统使用的SCADA系统。系统以A-B公司的SLC504及MicroLogix1000、MicroLogix1500为可编程控制器，以DH+网、DF1无线电通讯方式和以态网为通讯网络，以MACAM2000为监控组态软件，实现取水泵站、供水厂、和输水管网的自动控制、远程监控和管理。 关键字：SCADA；可编程控制器；通讯网络；MACAM2000 Application of SCADA System in Supply water to manage project Abstract: Have introduced the Guangdong province Taishan city water supply of running water of limited company to manage the SCADA system that system uses. System with MicroLogix1500 and MicroLogix1000 and SLC504 of A-B company is but programming controler, so as DH + net and DF1 radio communication way and is taking form net as communication network, with MACAM2000 as monitoring group form software, realize to take pump station, the factory of water supply, the automatic control of and water-supply-pipe net, long-range monitoring and management. Keyword: SCADA; programming controler; Communication network; MACAM2000 1引言 台山市自来水有限公司原供水调度系统是由芬兰AQUA公司于94年建成使用，该系统投入运行以来，97年前基本达到了原设计要求，为台山市的供水事业发挥了积极的作用。但从98年开始，由于受无线电通信的干扰，系统基本无法正常运行，而且，随着公司供水管网范围的不断扩大及近年来计算机、自动化及遥测技术的发展和新产品的出现，原有的无线电供水调度系统已显得不能适应新的形势发展的要求，需要对原无线电供水调度系统进行全面改造。本次改造,通过建立一套完整的SCADA系统[1]，包括取水泵站的自动控制系统、并综合考虑与无线电调度系统、公司企业内部网络的衔接，建立自控系统、调度系统、企业内部网(Intranet)系统三位一体的综合管理与控制系统。实现了取水泵站、供水厂、和输水管线生产过程的自动控制，通过无线电调度系统在供水厂自控系统中能监视取水泵站、输水管线监测点的参数，同时将供水厂生产运行数据和管线监测数据实时送回公司内部网络。在公司内部网上任何一个终端在授权情况下能监视取水泵站、供水厂、和输水管网的运行情况。通过该系统的使用，动态掌握水厂、泵站和输水管线的运行情况，做到心中有数、合理调度、降低了生产成本、提高生产效率、提高了公司的生产管理水平。 2 SCADA系统设计与系统构成 2.1 系统总体结构 如图1所示，台山市自来水有限公司供水调度SCADA系统由取水泵房、台城供水厂的自动控制系统，输水管线测压点，公司属下镇级水厂，公司办公大楼和供水厂中央控制室的内部网构成。以太网用于系统的管理层，DH+网和无线通讯用于各PLC控制器及计算机操作站之间的控制层通讯。管理层与控制层通过基于客户/服务器HMI组态监控软件MACAM2000实现信息交互。DH+网采用屏蔽双绞线进行通讯，具有连接方便、通讯距离远的特点，是PLC通讯广泛应用的工业网络。无线通讯采用具有SCADA功能的DF1主从通讯协议，PLC通过其标准RS232与数传电台相连实现无线通讯，通讯速率可达9600bps。 图1 台山市供水调度SCADA系统结构图 2.2 台城供水厂自控系统组成 根据水厂设备分类和控制要求水厂自控系统包括：投药加氯消毒站PLC2、滤池过滤站PLC3、供水泵站PLC4和中心控制室组成。水厂自控系统由管理层、控制管理层、现场控制层三层组成，控制系统结构采用集散型控制系统[2]。以便于实现”集中管理、分散控制”的三级控制。指挥权集中，控制权分散，注重功能分散，以求控制灵活，提高整个系统的可靠性。PLC2、PLC3、PLC4分别用于监控水厂内投药加氯消毒站、滤池过滤站、供水泵站用于控制和监测厂内所有设备的运行状况。 水厂中心控制室配置两台HMI操作站，用于对整个水厂生产过程和输水管线运行情况的监视和控制。配置打印机打印报警、生产报表和曲线等。在中心控制室、公司调度室还配置了一套模拟屏，可以直观、动态显示水厂、泵站和管线运行情况（包括所有设备的状态、主要工艺参数）。 2.3 取水泵站控制系统组成 在SCADA系统中，用于取水泵站生产运行数据和设备运行状态的PLC5采用最为经济可靠的微型可编程控制器MicroLogix1500，采集泵站监测点的参数数据并作为SCADA系统的DF1从站。 2.4 公司属下镇级水厂及输水管线测点组成 在SCADA系统中，用于输水管网参数监测的PLC6-PLC22采用最为经济可靠的微型可编程控制器MicroLogix1000、MicroLogix1500，采集监测点的参数数据并作为SCADA系统的DF1从站。 2.5 公司监视站组成 PLC1作为SCADA系统的主站安装于公司调度办公楼，选用小型可编程控制器SLC5/04，用于监测输水管线测压点参数，水厂、泵站设备运行状态和生产运行数据，以实现在公司内部网上对水厂、泵站生产运行参数、设备运行状况和管线的运行情况的实时监视。通过无线电调度系统将水厂自控系统、泵站自控系统、调度系统和公司内部网络联成一体化网络。在经理室和有关职能部门配置监视终端，作为系统的客户机与公司网络上的其他任何终端一样只需安装MACAM工作站或者Web Browser，在授权的情况下均可以监视水厂、泵站和输水管线的运行情况。系统具有Internet/Intranet接口，可方便实现在任何地点、任何时候通过拨号上网的方式监视生产运行情况，即远程监视。 2.6 系统软件的组成 系统软件是整个系统的核心，直接关系到整个系统的成败。系统软件主要包括操作系统监控软件平台等。水厂中控室操作站采用主流的Windows 2000 Professional操作系统和WINCC人机监控组态软件。而公司总调度室则采用MACAM2000人机监控组态软件作为内部网上的工作站安装Windows 2000 Professional操作系统（或者安装Windows 2000 Server作为内部网上的独立服务器）运行。MACAM2000客户端可以安装Windows95/98、NT和Windows 2000等操作平台。MACAM2000是深圳合广信息技术有限公司采用开放的技术，以MFC（微软基础级）、DCOM（分布元件对象）组件技术为基础的人机监控软件，提供了监视、控制和数据采集等全部功能，是一个使用方便、可扩展性强、监控性能高的监控组态软件。MACAM2000软件扩展为客户/服务器结构。系统安全策略利用Windows 2000和MACAM2000提供的双重安全功能，Windows 2000在内部网络系统层负责管理操作人员或系统管理员的登录，而MACAM2000通过设置不同的安全级别在应用层对各用户的操作权限进行控制，从而保证系统的正常操作，防止越权操作。 2.7 SCADA系统协议 A-B公司的SLC5/03、SLC5/04和MicroLogix1000、MicroLogix1500可编程控制器具有内置的多功能标准RS232接口通道0，该接口的系统方式支持DF1通讯协议。DF1协议是A-B公司PLC系统广泛支持的通讯，包括各系列PLC及装有RSLinx通讯软件的计算机均支持DF1协议，通过该协议可以构成基于PLC的SCADA系统。台山市自来水供水调度SCADA系统采用点对多点半双工通讯模式，PLC1作为主站采用DF1半双工主通讯方式，其他PLC控制器作为从站采用DF1半双工从通讯方式，主站PLC采用对各站轮询方式实现数据交换。 3 SCADA系统功能与特点 3.1 集中管理、分散控制 在水厂控制室能集中对全系统各种设备和生产运行数据进行监视和控制，主要的工艺参数和设备的状态在模拟屏上显示。能实现三级控制。即：就地手动控制，分站PLC控制，中控室集中控制。在控制室具有自动控制和远程手动控制（遥控）两种方式。 （1）就地手动控制：就是能在就地通过控制箱或柜上的按钮或控制器对设备进行手动控制。 （2）分站PLC控制：就是各分站PLC执行自己的控制程序，处理该站现场I/O信号。在与中心控制室脱机或通讯出现故障时各分站能独立利用自己的PLC进行控制及PLC之间的通讯。 （3）中控室集中控制：就是在中心控制室能对水厂、泵站生产过程和输水管线进行监测控制和数据处理，对所控设备进行自动或遥控控制。在自动控制方式下能对水厂、泵站的相关设备进行联动控制，如开泵过程为先开泵后开阀，停泵过程为先关阀后停泵。若吸水井水位高于泵轴，直接开泵；若吸水井水位低于泵轴，开泵之前先抽真空，真空形成后，停真空泵，开泵（泵阀联动。在遥控方式下能对各可控设备进行独立控制。 3.2 通讯能力强 水厂、取水泵站PLC组成一个广泛引用于工业控制的DH+网络，无线电通讯速率可达9600bps。DF1轮询时间可以根据实际需要在监控画面上设定，以达到数据的实时有效。公司采用100M以态网，保证了整个系统可以快速稳定和可靠的运行。 3.3 系统可扩展性和开放性强 该系统采用的硬件和软件都是符合国际标准，世界主流、应用广泛的产品，例如：监控系统是基于微软公司的WindowsNT、2000或9X平台，支持各种规范的协议如OPC、ODBC、ActiveX、DDE等。为过程控制系统与管理信息系统交互信息，实现管理控制一体化提供了坚实接口基础。 3.4 丰富的画面显示功能 计算机操作站显示的画面有管网监控图、泵房动态模拟图、高压配电图、设备操作画面、趋势图、报警画面等。操作人员通过调用这些画面可以全面的掌握整个系统的运行情况，并且很方便地对设备进行操作。 3.5报警和保护处理功能 系统记录设备和软件报警发生时的有关信息，如故障标签名称、报警信息、故障报警时间等，并可以对报警信息进行管理。系统还提供了对重要设备的保护功能，如过载、超温及三相电流不平衡等保护。 3.6报表功能 本系统输出报表有生产日志、生产日报表、月报表、季度报表、年报表与管网压力报表等。 3.7远程监控功能 在公司办公大楼的以态网络采用基于客户/服务器HMI组态软件MACAM2000，实现<