基于水廠自動(dòng)控制基礎(chǔ)上的集散型控制系統(tǒng)研究

摘 要：采用集散型控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水廠等運(yùn)行數(shù)據(jù)及狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。介紹了通過遠(yuǎn)程OPC軟件KEPServerEX對各水廠PLC數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、通過GPS對FineComm OPC Server采集的和達(dá)儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并采用Ifix組態(tài)軟件設(shè)計(jì)集團(tuán)調(diào)度中心的監(jiān)控界面系統(tǒng)方案。運(yùn)行結(jié)果表明，整個(gè)系統(tǒng)具有普遍地適用性，界面友好、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)可靠，具備一定的工程應(yīng)用意義和推廣作用。

關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)監(jiān)控；集散型；OPC；Ifix

水廠工業(yè)控制自動(dòng)化建設(shè)是現(xiàn)代化水廠升級改造的措施之一，大連市自來水集團(tuán)有限公司下轄多個(gè)水廠、供水分公司等，它們都分別引進(jìn)安裝了各個(gè)國家各種型號(hào)的PLC產(chǎn)品以及采用不同的上位機(jī)軟件進(jìn)行了相應(yīng)的人機(jī)界面開發(fā)，當(dāng)時(shí)充分滿足了各個(gè)水廠及供水分公司管理等管理的需求，運(yùn)行穩(wěn)定、安全、可靠。

隨著集團(tuán)信息建設(shè)的整體發(fā)展，各個(gè)水廠、網(wǎng)點(diǎn)各自為營，不能將現(xiàn)場管理情況在線實(shí)時(shí)傳輸?shù)郊瘓F(tuán)調(diào)度中心，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上公司的信息化發(fā)展腳步。這對整個(gè)公司的工業(yè)控制信息化建設(shè)升級提出了要求。

由于各水廠及分公司等情況的復(fù)雜性，本調(diào)度中心工業(yè)自動(dòng)化控制實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目的研發(fā)、調(diào)試和試運(yùn)行等管理經(jīng)驗(yàn)，可為同類行業(yè)的工業(yè)自動(dòng)化控制建設(shè)提供參考。

一、項(xiàng)目概況

截至2010年，大連市自來水集團(tuán)有限公司擁有水庫9座，凈水廠10座，高位配水池49座，DN100以上供水管網(wǎng)4618.5公里，擔(dān)負(fù)著大連市內(nèi)四區(qū)、高新園區(qū)、金州新區(qū)、旅順口區(qū)、普灣新區(qū)、保稅區(qū)的供水，供水面積達(dá)483.7平方公里，供水人口328萬人，日綜合供水能力135萬立方米。

基于公司集團(tuán)調(diào)度中心目前的管理要求，目前需要對5個(gè)凈水分公司，1個(gè)原水分公司，6個(gè)泵站，18個(gè)高位水池，9座水庫，以及三個(gè)供水分公司，一個(gè)計(jì)量中心等點(diǎn)位運(yùn)行情況實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

基于水廠自動(dòng)控制基礎(chǔ)上的集散型控制系統(tǒng)開發(fā)，將改造、完善供水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)、供水SCADA系統(tǒng)，在工程竣工后，可將現(xiàn)有的水廠和部分泵站、數(shù)據(jù)檢測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集到公司調(diào)度系統(tǒng)中來，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、顯示、打印、報(bào)警，建立起公司的信息系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)“現(xiàn)場無人值守，控制中心少人值班”的目標(biāo)，完成對整個(gè)工藝過程及全部生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)測和控制。為公司進(jìn)一步的工業(yè)控制系統(tǒng)升級改造、提高公司信息建設(shè)一體化夯實(shí)基礎(chǔ)。

二、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

（一）網(wǎng)絡(luò)方案

根據(jù)數(shù)據(jù)采集特點(diǎn)，本項(xiàng)目將在各水廠、供水分公司、計(jì)量中心等的調(diào)度室內(nèi)安裝一臺(tái)與中心調(diào)度系統(tǒng)能進(jìn)行通訊的計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)從分公司的PLC直接讀取數(shù)據(jù)，對各高位水池、水庫等使用儀器儀表的由和達(dá)公司對數(shù)據(jù)進(jìn)行GPS采集，并將數(shù)據(jù)通過運(yùn)營商專線匯聚接入到集團(tuán)中心機(jī)房。

同時(shí)，采用GPS 3G DTU無線數(shù)據(jù)傳輸方式作為備用，以保障系統(tǒng)實(shí)時(shí)可靠性。

數(shù)據(jù)收發(fā)兩端均采用光纖協(xié)議轉(zhuǎn)換器，集團(tuán)端接著進(jìn)入路由器、防火墻、交換機(jī)等進(jìn)入服務(wù)器，并進(jìn)行雙機(jī)冗余備份。

其中涉及到的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)包括水務(wù)集團(tuán)調(diào)度中心與各水廠、供水公司、檢測點(diǎn)等數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，數(shù)據(jù)中心新建網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有的營業(yè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)整合的集成建設(shè)，制定網(wǎng)絡(luò)安全策略，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

（二）系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

從1995年大沙溝原水分公司進(jìn)行自動(dòng)化控制改造以來，各個(gè)水廠都陸續(xù)進(jìn)行了工業(yè)控制自動(dòng)化建設(shè)的更新及改造。由于工控系統(tǒng)開發(fā)的公司不同，采用的PLC下位機(jī)軟件及上位機(jī)組態(tài)軟件均有很大的區(qū)別。PLC目前集團(tuán)公司各水廠所用有日本三菱、德國西門子、美國GE、昆騰、施耐德等各系列及型號(hào)，上位機(jī)有MITSUBISHI、IFIX、Intouch、組態(tài)王等，版本也各不相同。考慮到調(diào)度中心實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可靠性、穩(wěn)定性、及時(shí)性，采取將數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)接入到各水廠生產(chǎn)自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)中，直接從PLC端讀取數(shù)據(jù)。

中心調(diào)度系統(tǒng)對以下數(shù)據(jù)信息的采集：

1.水廠入廠原水流量、壓力和全部水質(zhì)指標(biāo)。

2.水廠清水池、送水泵房全部信息（包括：水位、水質(zhì)、水溫、水泵狀態(tài)、供電系統(tǒng)狀態(tài)、水泵轉(zhuǎn)速、水泵前后壓力等信息）和出廠的全部流量、壓力、水質(zhì)信息。

3.加壓泵站的全部信息，其中包括：水位、水質(zhì)、水泵狀態(tài)、供電系統(tǒng)狀態(tài)、水泵轉(zhuǎn)速、水泵前后壓力等信息。

4.高位水池水深、水庫液位、管網(wǎng)壓力點(diǎn)壓力數(shù)據(jù)等。

考慮到各水廠、泵站PLC的多樣性，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集試驗(yàn)后，采用KEPServerEX進(jìn)行采集數(shù)據(jù)OPC遠(yuǎn)程傳輸。根據(jù)和達(dá)公司的管理應(yīng)用軟件接口要求，對高位水池、水庫等的數(shù)據(jù)，采用FineComm傳輸方式，先進(jìn)入和達(dá)的 OPC服務(wù)器，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)。對以上的數(shù)據(jù)最終均需按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和通訊協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行恼{(diào)度系統(tǒng)。

上位機(jī)采用IFIX組態(tài)軟件編寫生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)人機(jī)界面。

（三）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)本項(xiàng)目的地理位置分布狀況及集散型控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)情況，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的調(diào)度中心實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)分為三層：即各水廠、供水分公司、集團(tuán)計(jì)量中心等基層調(diào)度中心，集團(tuán)公司調(diào)度中心，機(jī)房。

基層調(diào)度中心需將信號(hào)傳入集團(tuán)中心調(diào)度系統(tǒng)（根據(jù)集團(tuán)管理制度和管理方式的升級情況，以后可選擇集團(tuán)調(diào)度中心能下達(dá)調(diào)度指令到達(dá)水廠、泵站的控制系統(tǒng)中）。所以基層采集點(diǎn)增加設(shè)備：采集計(jì)算機(jī)、光纖協(xié)議轉(zhuǎn)換器、路由器、GPS 3G模塊。

機(jī)房：防火墻、路由器、光纖協(xié)議轉(zhuǎn)換器、交換機(jī)、服務(wù)器等。

集團(tuán)調(diào)度中心：路由器、計(jì)算機(jī)、大屏幕投影儀等。

三、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（一）通訊專線在系統(tǒng)試運(yùn)行時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)斷線情況，嚴(yán)重地影響了系統(tǒng)問題的判斷，最后，在實(shí)時(shí)監(jiān)控中增加一個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)頁面及遠(yuǎn)程登錄管理，以判斷是網(wǎng)絡(luò)還是采集軟件的存在問題。

（二）基層水廠有斷電情況，因屏幕正常處于斷電狀態(tài)而往往難以發(fā)現(xiàn)。最后增加UPS電源，進(jìn)行短時(shí)供電，并設(shè)置停電蜂鳴報(bào)警。計(jì)算機(jī)設(shè)置斷電自動(dòng)重啟，KEPServerEX隨重啟自動(dòng)運(yùn)行。

（三）基層數(shù)據(jù)斷掉重傳后，服務(wù)器端仍舊顯示數(shù)據(jù)原狀態(tài)或斷線狀態(tài)，未進(jìn)行及時(shí)刷新。這時(shí)需要將服務(wù)器端的IFIX進(jìn)行重新啟動(dòng)，以刷新數(shù)據(jù)。

四、結(jié)語

根據(jù)各個(gè)水廠、泵站等硬件多樣化、地理位置分散特點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集及傳輸采用多種OPC方式，結(jié)合組態(tài)軟件開發(fā)具有C/S（客戶機(jī)/服務(wù)器）及B/S（瀏覽器/服務(wù)器） 集散型工業(yè)控制系統(tǒng)，集團(tuán)調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)了對各水廠等的基層數(shù)據(jù)采集，有效地進(jìn)行了對其運(yùn)行狀態(tài)畫面動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控并重要數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張婉青. 水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)[J]. 科技視界，2015，（30）：294-295.

[2]白昊. 現(xiàn)代水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].長安大學(xué)，2013.

[3]楊鵬，蔣步軍，陳虹，劉正意. 集散控制系統(tǒng)在中小型水廠的應(yīng)用[J]. 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2001，（10）：22-24+28.