基于DCS的校園水電控制系統設計

摘 要：隨著人們對水電需求量的不斷提高，水和電的浪費問題以及智能管理問題日益被人們所重視，因此提升水電的監管水平、提高水電的利用效率正逐步成為人們的共識。以某高校為例，設計了一個基于DCS（Distributed Control System，簡稱集散控制系統）的校園水電控制系統，通過該系統可以實現全校水電的整體智能管理和監控，以滿足全校水電管理的節約化、系統化和智能化要求。

關鍵詞：DCS；水電控制系統；PLC

引言

隨著智能控制系統的迅速發展和辦公自動化水平的不斷提高，在高校中采用控制網絡實現供水和配電的智能化管理與監控已經顯得日益迫切[1]。本文正是在此背景下，以某一高校為研究對象，設計了一套基于DCS網絡的校園水電控制系統。從成本和管理的智能化來看，該系統力求改變傳統的人工抄表、人工現場故障診斷、水電浪費難以察覺等缺點，力求實現整個校園水電系統的統一化管理、統一化控制和統一化監查。

1 系統介紹

1.1 校園整體結構

為了對校園的水電控制系統進行研究，首先對整個校園的地理結構進行詳細分析。設某高校的外形為正方形，且長和寬均為1千米，詳細結構如圖1所示。為了實現整個校園水電的統一管理和智能監控，假設圖1中的 處水電科為整個校園的水電控制中心。通過該中心，可以實現整個校園水電的智能抄表、開關管理、漏水漏電監控、故障診斷以及用量分析。

1.2 DCS系統

DCS是分散控制系統的簡稱（也稱為集散控制系統），是一種集中式的新型計算機控制系統。主要組成包括過程控制級和過程監控級，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態方便[2]。整個DCS系統主要有現場控制站、數據通訊系統、人機接口單元、電源等。由于該系統可以通過工程師站實時調整系統配置和優化系統的參數設置，因此很容易保證DCS隨時處于最佳工作狀態[3]。

對高校校園的水電系統采用DCS控制網絡可以充分發揮集散控制系統的各種優點。比如，采用DCS控制系統后，首先，可以通過網上抄表系統實現教工家屬區、學生宿舍區、校園商業區的水電智能收費，可以節省大量的抄表人力和物力；其次，對校園的每棟樓實現水電遠程監管后，可以獲取任何樓棟的水電使用情況和浪費情況信息，方便水電科實現管理和維修；再次，通過對校園路燈、噴泉、宣傳顯示器的統一管理，可以實現這些資源的合理使用，避免不必要的浪費；最后，由于每一棟樓內均采用相對獨立的PLC控制系統，可以保證每一棟樓的水電控制系統的可靠性，同時在其它系統故障或癱瘓時仍保證各棟樓的水電正常供應。

2 系統設計方案

基于DCS的高校校園水電控制系統整體結構如圖2所示。從圖中可以看出，整個控制系統可以分為三層：管理層、控制層和現場儀表層。其中，管理層主要實現整個校園水電的監控和管理，并將該中心設置在后勤管理處；控制層主要實現對整個水電系統的控制，包括很多工作站的管理、新的控制數據的錄入和故障數據的監控等；現場儀表層主要實現現場控制儀表數據的錄入、現場計量儀表數據的錄入、PLC對現場泵、閥和繼電器的控制。

為了增加整個控制系統的魯棒性，這里特別設定在管理層和控制層故障或者癱瘓的情況下，仍然能實現現場小范圍的水電供應。在設計時，可以在每一棟樓或者幾棟樓建立一個現場工作站，采用PLC作為控制設備。這樣，在局部范圍內，可以實現現場的相對獨立運行。另外，由于DCS控制系統采用了冗余技術，也在一定程度上增加的整個系統的可靠性。

2.1 配電系統設計

對于上面的配電和供水系統，既要考慮到系統的可靠性要求，同時又要盡可能的降低整個系統的成本。一般可以將若干臨近的樓棟采用一個PLC控制系統，必要時可以采用PLC的遠程I/O接口。

3 結束語

本設計以DCS為控制網絡，以PLC為現場控制核心，對某高校的校園水電系統進行了設計，實現了高校水電系統的智能監控和管理。該設計既提升了高校水電監管系統的智能化水平，又增強了DCS控制系統的應用實踐。從改善現有高校以及工業廠礦的水電系統智能化方面分析，該設計有較高的實用價值和市場推廣價值。

參考文獻

[1]鄭明明，梁鴻.基于控制網絡的水電控制系統的設計方案[J].科學技術與工程，2009，9（9）：2501-2505.

[2]張雪蓮.PLC控制系統與DCS控制系統的優勢分析[J].電子世界，2012，（12）：87-88.

[3]張沛.如何提高DCS控制系統可靠性[J].信息技術，2012，（12）：57.

作者簡介：韓榮花（1972-），女，主要從事工業智能控制方向的研究。