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SLC500及MicroLogix1000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，以RSView32及RSView32ADS為監(jiān)控組態(tài)軟件，實現(xiàn)水處理廠的自動監(jiān)控和供水管網(wǎng)壓力的檢測以及整個水廠的管理調(diào)度。
　　
　　自動控制和管理
　　
　　1、引言
　　
　　廣東省恩平市水處理廠是廣東省恩平重點工程項目,它的勝利竣工通水使恩平市人民喝上了放心的自來水，出廠水達到了歐共體標準。通過建立一套完整的SCADA系統(tǒng),整個水處理廠的自動控制系統(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)。實現(xiàn)了整個水處理生產(chǎn)過程的自動控制,通過無線電調(diào)度系統(tǒng)在城市管網(wǎng)壓力的檢測，可以實現(xiàn)城市管網(wǎng)調(diào)度，同時將水處理廠的生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)和管線監(jiān)測數(shù)據(jù)實時送回公司內(nèi)部網(wǎng)絡。在公司內(nèi)部網(wǎng)上任何一個終端在*情況下能監(jiān)視水處理廠的運行和城市管網(wǎng)壓力情況。通過該系統(tǒng)的使用,動態(tài)掌握水處理廠和城市管網(wǎng)壓力的運行情況,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)構成
　　
　　2.1系統(tǒng)總體結構
　　
　　如圖1所示,恩平水處理廠SCADA系統(tǒng)由水處理廠的自動控制系統(tǒng),城市管網(wǎng)測壓點,供水集團公司辦公大樓內(nèi)部網(wǎng)構成。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控制器及計算機操作站之間的控制層通訊。管理層與控制層通過基于客戶/服務器HMI組態(tài)軟件RSView32活動顯示系統(tǒng)(ActiveDisplaySystem,ADS)服務器實現(xiàn)信息交互。ControlNet網(wǎng)采用屏蔽同軸電纜進行通訊,具有連接方便、通訊距離遠的特點,是PLC通訊廣泛應用穩(wěn)定的工業(yè)網(wǎng)絡。無線通訊采用具有SCADA功能的DF1主從通訊協(xié)議,PLC通過其標準RS232與數(shù)傳電臺實現(xiàn)無線通訊,通訊速率可達960Obps。
　　
　　2.2水處理廠自控系統(tǒng)組成
　　
　　根據(jù)水處理廠設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)結構采用集散型控制系統(tǒng)。以便于實:”集中管理、分散控制”的三級控制。指揮權集中,控制權分散,注重功能分散,以求控制靈活,提高整個系統(tǒng)的可靠性。PLC1用于監(jiān)控取水泵房取水泵運行和操作的，包括檢測泵運行溫度、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)控加礬計量泵、石灰泵以及加氯機的運行和操作的，包括檢測加藥混合后水質(zhì)的SCD、pH、余氯，通過反饋，PLCPID調(diào)節(jié)設備的加藥量實現(xiàn)自動控制。這樣使水能達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zui關鍵的控制環(huán)節(jié)。PLC3是控制濾池自動恒水位過濾、自動公共反沖洗的。PLC4是監(jiān)控送水泵房送水泵運行和操作的。包括檢測泵運行溫度、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卡的電腦運行RSView32系統(tǒng)做成了人機界面，監(jiān)測和控制整個制水廠的生產(chǎn)和運行情況以及監(jiān)測城市管網(wǎng)的壓力情況。配置打印機打印報警、生產(chǎn)報表和曲線等。
　　
　　2.3城市管網(wǎng)測壓點組成
　　
　　在SCADA系統(tǒng)中,用于城市管網(wǎng)壓力監(jiān)測的PLC5-PLC12采用zui為經(jīng)濟可靠的微型可編程控制器MicroLogix1000，采集監(jiān)測點的參數(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)視站包括供水集團公司大樓內(nèi)部網(wǎng)絡和裝有1784PCIC卡的SCADA系統(tǒng)的服務器電腦。由于制水中心控制室和供水集團公司大樓相距較遠,采用了同軸電纜組成的ControlNet網(wǎng)相連，裝有1784PCIC卡服務器電腦安裝了RSView32及RSView32ADS為監(jiān)控組態(tài)軟件,用于監(jiān)視制水廠和城市管網(wǎng)的壓力實時數(shù)據(jù)，也實現(xiàn)了公司內(nèi)部網(wǎng)絡與控制網(wǎng)絡的通訊。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)絡聯(lián)成了一體化網(wǎng)絡。在室和有關職能部門配置監(jiān)視終端,作為系統(tǒng)的客戶機和公司網(wǎng)絡上的其他任何終端一樣只需安裝ADS工作站或者WebBrowser,在*的情況下均可以監(jiān)視制水廠和城市管網(wǎng)壓力的運行情況。系統(tǒng)具有Internet/Intranet接口,可方便實現(xiàn)在任何地點、任何時候通過撥號上網(wǎng)的方式監(jiān)視生產(chǎn)運行情況,即遠程監(jiān)視。
　　
　　2.5系統(tǒng)軟件的組成
　　
　　系統(tǒng)軟件是整個系統(tǒng)的核心,直接關系到整個系統(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WindowsNT操作系統(tǒng)和RSView32人機監(jiān)控組態(tài)軟件。供水集團公司大樓ADS服務器電腦安裝Windows2000Server作為內(nèi)部網(wǎng)上的獨立服務器，運行RSView32人機監(jiān)控組態(tài)軟件和RSView32ADSServer。RSView32是羅克韋爾自動化軟件公司采用開放的技術,以MFC(微軟基礎級)、DCOM(分布元件對象)組件技術為基礎的人機監(jiān)控軟件,是*個在圖形顯示中利用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,是一個使用方便、可擴展性強、監(jiān)控性能高的監(jiān)控組態(tài)軟件。RSView32ADS將RSView32HMI軟件擴展為客戶/服務器結構。ADS服務器不僅可以在現(xiàn)場,而且可以通過互聯(lián)網(wǎng)在世界任何地方接入。客戶端可以采用ADSStation軟件或InternetExplorer作為監(jiān)控軟件平臺。系統(tǒng)安全策略利用Windows2000和RSView32提供的雙重安全功能,Windows2000在內(nèi)部網(wǎng)絡系統(tǒng)層負責管理操作人員或系統(tǒng)管理員的登錄,而RSView32通過設置不同的安全級別在應用層對各用戶的操作權限進行控制,從而保證系統(tǒng)的正常操作,防止越權操作。
　　
　　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，是一個開放的高速確定性網(wǎng)絡，他可用于傳輸對時間有苛刻要求的信息，通信速率可達到5Mbps。提供實時的控制和對等的通信服務。采用生產(chǎn)者/客戶方式，將傳統(tǒng)的網(wǎng)絡針對不同站點需多次發(fā)送該為一次發(fā)送多點共享，減少了網(wǎng)絡發(fā)送次數(shù)，從而使網(wǎng)絡實時、有效。用RSNETworx軟件完成ControlNet的網(wǎng)絡組態(tài)。由于歷史的原因我們采用的是SLC5/03PLC，所以要上ControlNet網(wǎng)每個PLC機架上加了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PLCcpu的通信，關于詳細的配置我將在另一篇文章中介紹。
　　
　　A-B公司的SLC5/03、SLC5/04和MicroLogix1000可編程控制器具有內(nèi)置的多功能標準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通訊軟件的計算機均支持DF1協(xié)議,通過該協(xié)議可以構成基于PLC的調(diào)度系統(tǒng)。恩平城市管網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)采用點對多點半雙工通訊模式,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現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
　　
　　4、SCADA系統(tǒng)功能與特點
　　
　　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)各種設備和生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)進行監(jiān)視和控制。能實現(xiàn)三級控制。即:就地手動控制,分站PLC控制,中控室集中控制。在控制室具有自動控制和遠程手動控制(遙控)兩種方式。
　　
　　(1)就地手動控制:就是能在就地通過控制箱或柜上的按鈕或控制器對設備進行手動控制。
　　
　　(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或通訊出現(xiàn)故障時各分站能獨立利用自己的PLC進行控制及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)壓力進行監(jiān)測控制和數(shù)據(jù)處理,對所控設備進行自動或遙控控制。在自動控制方式下能對制水廠的相關設備進行聯(lián)動控制,如開泵過程為先開泵后開閥,停泵過程為先關閥后停泵。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)；通過閉環(huán)反饋PID對進行自動投加處理；以及濾池的PID恒水位自動過濾，自動進行反沖洗等…在遙控方式下能對各控制設備進行獨立控制。
　　
　　4.2通訊能力強
　　
　　水處理整個PLC組成一個ControlNet網(wǎng)絡。無線電通訊速率可達960Obps。DF1輪詢時間可以根據(jù)實際需要在監(jiān)控畫面上設定,以達到數(shù)據(jù)的實時有效。公司采用10OM以態(tài)網(wǎng),保證了整個系統(tǒng)可以快速穩(wěn)定和可靠的運行。
　　
　　4.3系統(tǒng)可擴展性和開放性強
　　
　　該系統(tǒng)采用的硬件和軟件都是符合標準,世界流行應用廣泛的產(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,實現(xiàn)管理控制一體化提供了接口基礎。
　　
　　4.4豐富的畫面顯示功能
　　
　　計算機操作站顯示的畫面有管網(wǎng)監(jiān)控圖、制水廠各個分站的動態(tài)模擬圖、高壓配電圖、設備操作畫面、趨勢圖、報警畫面等。操作人員通過調(diào)用這些畫面可以全面的掌握整個系統(tǒng)的運行情況,并且很方便地對設備進行操作。
　　
　　4.5報警和保護處理功能
　　
　　系統(tǒng)記錄設備和軟件報警發(fā)生時的有關信息,如故障標簽名稱、報警信息、故障報警時間等,并可以對報警信息進行管理。系統(tǒng)還提供了對重要設備的保護功能,如過載、超溫及三相電流不平衡等保護。
　　
　　4.6報表功能
　　
　　本系統(tǒng)輸出報表有生產(chǎn)日志、生產(chǎn)日報表、月報表、季度報表、年報表與管網(wǎng)壓力報表等。
　　
　　4.7遠程監(jiān)視功能
　　
　　采用基于客戶/服務器HMI組態(tài)軟件RSView32ADS，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的遠程監(jiān)視。操作人員可在中心控制室對生產(chǎn)過程進行監(jiān)控,公司領導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)壓力的運行情況,及時掌握生產(chǎn)情況以便更快作出決策和調(diào)度、提高生產(chǎn)效率。　　
　　5、綜合使用效果與實際存在問題
　　
　　恩平水處理廠自2001年11月調(diào)試完畢，正式投如使用以來，系統(tǒng)運行比較穩(wěn)定，自動化控制效果良好。通過整個SCADA系統(tǒng)在水處理廠良好運行，做到了心中有數(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。
　　
　　但是由于特定的原因我們采用的是SLC5/03PLC，而沒有選用A-B的ControlLogix5000系列PLC,雖然每個機架上加了1747-SCNR通信模塊組成了一個ControlNet網(wǎng)，但是電腦上的1784KTCX15和1784PCIC卡是沒有辦法直接和SLC5/03PLCCPU通信的。為了解決這個問題我們在送水泵站PLC4上另外還加了塊1747-KFC15通信模塊，這樣送水泵站SLC5/03PLCCPU通過RS232串口可以先和1747-KFC15通信，電腦上的1784KTCX15和1784PCIC卡通過ControlNet網(wǎng)和1747-KFC15進行通信，從而解決了1784KTCX15和1784PCIC卡與SLC5/03PLCCPU的通信的問題，由于只有一塊1747-KFC15通信模塊，對于其他的取水、加藥和濾池站的SLC5/03PLC，我們通過ControlNet網(wǎng)，先把要處理的PLC地址傳送到各自的1747-SCNR通信模塊M地址中，然后把取水、加藥和濾池站1747-SCNR的M數(shù)據(jù)傳到送水泵站1747-SCNR上，這樣再把所有的送水泵站1747-SCNR上的傳送來的M地址送到送水泵站SLC5/03PLCCPU上，從而實現(xiàn)了對整個水處理廠的各個分站的監(jiān)控。雖然問題是解決了，也存在不足之處，SLC5/03PLCCPU通過RS232串口和1747-KFC15通信的速率zui大只能設到19200bps,這樣電腦上的1784KTCX15和1784PCIC卡與SLC5/03PLCCPUzui多也只能是19200bps，而ControlNet網(wǎng)是一個開放的高速確定性網(wǎng)絡，通信速率可達到5Mbps。這樣，ControlNet網(wǎng)的高速、實時、有效難以體現(xiàn)出來了。
　　
　　以下給出一些控制畫面圖：