南洲水厂自动化综合监控系统

摘要：本文介绍了南洲水厂自动化控制系统的结构及组成，以及设计考虑的主要问题；系统有效的解决了多种工业现场总线互联以及远程通讯等问题 关键词： 水厂，自动化，现场总线，通讯   南洲水厂是广州市自来水公司第一间具有深度处理的全自动化的 100 万 m /d 饮用净水生产厂，其自动化系统要求以安全可靠、优质供水、节能降耗、管理方便为设计原则，从实际出发，使水厂仪表检测和自动化控制达到国内同行先进水平。系统设计综合考虑了设备、仪表的性能、特点以及水处理工艺要求和整个自控系统的可扩展性及兼容性等问题，为本监控系统的正常运行提供保证。 1.  系统网络结构 南洲水厂厂内监控系统主网采用以光纤为传输介质、遵循 TCP/IP 协议的（10M/100M，环网）工业以太网为主干网络，现场主要设备采用独立 SLC 控制，采用 DeviceNet 等现场总线将其联接构成现场控制层；水质仪表、电类计量仪表、高压综合继电保护及测量等设备通过 Modbus现场总线构成现场检测网络，并与主控 PLC 连网；主控 PLC 通过交换机连于全厂主网。 控制排泥车等移动设备的小型 PLC 通过低功率、近距离的无线传输设备与子站主控 PLC 通讯。水厂与 30km外的取水泵站则通过 VPN 及无线方式通讯方式，监测源水泵站状态。水厂内部监控系统以多任务平台上的实时监控、开发和管理软件组成工控局域网和管理以太网。监控系统框图见图一所示。

2.  设备控制方式 各受控设备具有就地（就地一步化）、调试（就地无联锁）、停、远程控制（由上位机进行一步化开停机或分步调试）功能。 权限级别从高到低依次序为：停、调试、就地、远程控制。 取水、送水及 110KV 变电站为有人值守站。其他按无人值守站考虑。 南洲厂区、取水站、公司调度室无线通讯采用广州市自来水公司现有 230MHz 系统和电信GPRS/ GSM 方式，在三地间通过电信 ADSL 专线，进行数据传送；有线与无线互为备用，自动切换，正常以有线为主。通讯系统结构见图 2 所示。 南洲水厂、西海取水泵站之间的数据传输采用 VPN 方式，GPRS 作为数据的备份传输方式。

南洲水厂与西海取水站之间的通信以 ADSL 方式为主，南洲水厂采用固定 IP 的 ADSL 专线， 西海取水采用动态 IP。在 ADSL 通信链路上面建立 VPN，采用硬件 VPN 网关作为 VPN连接方式， 进行信号传输。 3.  现场控制站 根据工艺流程的分布和水厂总平面布置，分别在取水泵房控制室、药物投加室、滤池和反 冲洗泵房控制室、深度处理控制室、变配电及送水泵房控制室、污泥处理控制室等设置六个现 场控制站，其主要功能如下： 1）取水泵站（PLC1）    用于取水泵站的工艺参数、电气参数、设备状态的采集，根据工艺过程要求通过网络对水泵等上述设备进行控制。水泵机组等由小型 PLC 控制。系统通过总线采集泵组及其他用电设备各类参数，PLC1 现场控制站站内 PLC通过无线系统水厂送水/中控室调度通讯。   2） 药物投加系统（PLC2） 各药物投加系统由独立供货商或系统集成商成套提供，PLC 完成系统内各子系统的控制；通过 DeviceNet 或以太网网络与各子系统控制器交换数据；通过网络电缆与投加系统里的电力监测器连接以采集其数据。 3）沉淀池及滤池系统（PLC3） 沉淀池及滤池系统控制排泥车、滤池及其反冲洗设备。主要负责协调各滤池反冲洗控制，与各格滤池就地控制柜内小型 PLC通过现场总线进行通讯。 4）深度处理（PLC4） PLC4 现场控制站用于深度处理设备的控制，并通过现场总线和 I/O 与成套设备通讯，主要包括碳滤池系统、制氧、臭氧系统。   5）送水泵站及变电站（PLC5） PLC5 现场控制站用于送水泵房、总出水、变配电系统的工艺参数、电气参数、设备状态的采集，根据工艺过程要求对送水泵组、出口阀、配电等设备进行控制。通过 DeviceNet 总线与控制泵组的小型 PLC 联网，对其完成测控，通过总线采集泵组及其他用电设备各类参数，通过无线系统与取水泵站 PLC 通讯。水泵等由小型 PLC 独立控制。变电站供配电系统为两路 110kV进线，内桥结线，二台站变，其监控及保护系统通过 Modbus 总线与主PLC 通讯。 6）污泥处理系统（PLC6） PLC6 现场控制站用于污泥处理系统的工艺参数、电气参数、设备状态的采集，根据工艺过程要求对主要设备及相关阀门进行控制。 7） 中控室 PLC7 站 PLC7 站用于中控室模拟板驱动：通过系统网络通讯，采集接收各现场控制站检测到的主要工艺设备工况及报警信号，送至中控室模拟板（RS232/RS485 接口），对其进行定时刷新，实现实时动态显示。 现场控制站 PLC 采用美国 AB 公司产品，主控 PLC 采用 ControlLogix 系列，设备层采用MicroLogix1500 系列，两者以 DeviceNet 网络联接，主控 PLC 经交换机与全厂以太网联接。重要站点如滤池等系统采用热备冗余 CPU。 水厂中控室配置有数传电台和 GRPS通讯模快 通讯调度系统软件可以在与其它 RTU 之间的通信中选择最佳的通信信道，使系统在总体上达到最佳的通信效果。软件提供人工强制选择通信信道的功能；同时负责信道的故障判断，根据实际情况，指定 RTU 的主通信信道，当主站和 RTU 通信时，根据通信失败次数、误码率等参数来判别主信道的通信质量，当主信道出现故障或达不到要求的通信质量时，自动切换到备用信道上工作。当采用备用信道通信时，主站按一定的周期检测主信道的通信质量，当主信道的通信质量回复正常时，自动切换到主信道上工作。 4.  系统软件功能 本监控系统软件采用组态软件、模块化设计，并具有汉化界面。各监控站数据从服务器数据库中获取，以客户端方式运行。 现场控制站的操作员站的任务是在标准画面和用户组态画面上，设定、汇集和显示有关的运行信息，供运行人员据此对设备的运行工况进行监视和控制。操作员站要求监视或控制本工艺点的生产过程画面及生产实时数据，查询和打印各种历史数据： 中控监控管理站作为取水、净水、供水和污泥处理的中心，用于全厂的数据监控和数据管理，具有各操作员站的全部内容。各系统具有以下主要功能：    1）报警处理    2）历史数据的管理    3）事件处理    4）人机界面    5）画面显示    6）数据通信    7）报表产生    8）实时与历史数据分析    9）安全登录和密码保护    10）操作控制功能：    11）其它功能。    �报警处理    在任何时间和在任何显示上工作站均能在画面顶部或底部显示出总的报警信息，包括报警设定值（报警条件）、报警值、报警状态、报警时间。这些报警信息通过报警声音提醒，使操作人员可以快速地调用与本报警有关的画面，以得到可以寻找故障原因的详细资料。如果需要可以按要求调用并按命令分别打印登记在数据库中的报警内容。对于长期不正常事件（由监视人员确认后）可禁止报警和登录。对于已确认的报警应带上报警发生时标，存入报警数据库。对于末确认的报警应持续发出声光报警，直至值班人员确认，还可依据报警信号重要性动态改变报警级别。    �历史数据的管理    操作人员依权限可按要求进行分类列表，对于变量应表明时标，属性，测量范围，实时值，并用颜色或符号表明数据性质。也可以在表格上用“指针”选定数据点，对其设定值，测量范围，数据性质进行修改。    �事件处理    a. 事件登记    报警、调度命令及设备操作命令、挂标记牌操作、修改设定值或写入数据等事件都记入不可修改的“事件登记簿”。    b. 事件检索    操作员可在“事件检索”的视窗中按事件类别名称、对象名称、事件起始至截止的日期和时间及对象编号进行检索。    c. 事件记录存储    事件库中具有足够的容量存放事件登记，事件登记每天以数据文件形式入库，盘区存满后通知操作员移出另外存储。    �人机界面    a. 人机界面运用开放系统的图形窗口技术。    b. 友好的操作人员界面。    c. 程序员可在线修改和编辑画面。    d. 支持三维图形。    e. 带有详细的联机帮助功能。    �画面显示    a．站级显示：包含站内整个系统及相关系统的运行状态总貌，显示出主设备的状态、有关参数以及控制回路中过程变量与设定值的偏差。工艺控制图形的总体结构形式为窗口式和分层展开式相结合。    b．功能组显示：包含过程输入变量、报警条件、输出值、输入值、设定值、单元标号、缩写的文字标题、控制方式、报警值等。功能组显示画面包含所有监控单元或回路。    c．细节显示：可观察以某一单元为基础的所有信息。    d．其它显示：包含报警显示、趋势显示、成组显示、棒图显示、帮助显示、系统状态显示等。    e．在各个工艺过程的合适位置实时显示主要相关数据。    f．画面显示系统的操件采用图形标记，下拉式屏幕菜单和键盘按钮。 所有显示和打印输出均可显示出以 24 小时时间型式的时间。    g．趋势图显示功能    可以用棒状图或线状图显示历史趋势或当前趋势，可选择 1 条至 16 条实时或历史趋势图（用不同颜色）在同一时间内显示在一幅画面上。当前趋势显示根据实时原理不断校正。     操作员可以方便地调整趋势显示的时间坐标或输入范围。 5． 组态软件配置 组态软件采用服务器 RSVIEW SE 版本；系统服务器配置成域控制器，并使用双机热备方案。RSVIEW SE 使用冗余设计；后台数据库使用 SQL Server。RSVIEW SE 从<< p="">