計算機遠程監督控制與數據采集系統研究

張裕豐 朱志偉

開發與應用

內容摘要 基于InTouch 2014的SCADA系統，是一類功能強大的計算機遠程監督控制與數據采集系統，其綜合利用了計算機技術、控制技術、通信與網絡技術，實現了對泵站分散的各種過程或設備的實時數據采集，本地或遠程的自動控制，以及生產過程的全面實時監控，并為調度、管理、優化和故障診斷提供必要和完整的數據及技術手段。文章依據上海黃浦江原水廠原水泵站的工程實踐，闡述了原水生產SCADA系統的構建。

關鍵詞 InTouch 原水生產 SCADA系統

1 工程項目背景

對黃浦江原水廠下屬的臨江泵站的SCADA系統從RSView升級為InTouch軟件平臺。工程主要涉及：一是對泵站內PLC系統的主干網從Controlnet網絡改造為以太網，增加了以太網模塊和交換機;二是開發和部署臨江泵站InTouch組態軟件系統[1]。

2 工程解決方案

該工程實施難度較大，涉及自動化控制（PLC）、網絡、計算機編程以及電氣自動化等專業。作為工程項目主導部門，計算機科室負責完成了前期設計和方案制訂。施工過程中，在確保安全供水的前提下，需要協調InTouch工控軟件系統的以太網組建，軟件開發和調試。臨江泵站的設備較多，且多數在運行中，涉及的軟件開發的工作量大，需要調試的設備多。主要解決了以下技術難點。

2.1 泵站PLC系統網絡結構的優化和改造

我廠PLC系統為三級網絡結構，PLC控制器和HMI間采用標準的分布式客戶機/服務器結構，PLC控制器與I/O設備采用分布式網絡結構，保證了系統可靠與安全[2]。

第一級為現場設備級。主要包括各種閥門﹑開關、變頻器、軟啟動、串級調速、同步勵磁等設備，以及壓力﹑溫度﹑流量、水位等的檢測裝置。與這些現場設備相關的各種檢測或控制信號，以不同形式接至PLC系統的各種AI﹑AO﹑DI或DO板卡。

第二級為控制處理級。主要包括PLC系統的中央控制器﹑通信I/O板卡和工業以太網交換機等。臨江泵站分為一泵房PLC系統、二泵房PLC系統、變電站PLC系統、以及小水廠PLC系統。嚴橋泵站分為泵房PLC系統和變電站PLC系統。

第三級為監控管理級。主要由工程師站﹑操作員站和工業以太網交換機組成。工程師站負責系統組態及日常維護。在操作員站中采用InTouch軟件進行集中監視、控制、報警、趨勢分析、信息管理和報表打印等功能。

本次網絡結構優化涉及的改造內容，是對臨江一泵房，臨江二泵房，臨江變電站，臨江小水廠各加裝一個7629C交換機，相應的PLC系統加裝以太網模塊，在臨江機房架設DA Server服務器，實現各個PLC系統、上位機以及服務器之間的工業以太網的網絡連接。

2.2 基于InTouch網絡版的臨江泵站生產運行監控系統的開發與應用

在臨江泵站原有Rsview組態軟件的基礎上，使用InTouch 2014開發新的應用程序。滿足上位機的功能，主要包括：①數據采集和狀態顯示;②遠程監控;③報警和報警處理，對重要設備的運行數據實行語音報警設置;④事故追憶和趨勢分析;⑤與其他應用系統的結合。

2.2.1 InTouch冗余服務器配置

兩臺服務器上運行DA Server，負責從PLC讀取數據，并給InTouch畫面提供數據。在客戶端上建立訪問名 GIS_A02_1_PLC1_A，需要啟用故障轉移，這樣在一個鏈路斷掉的時候，就會自動切到另外一個鏈路，如圖1所示。

指示當前連的是哪個Server，建立一個訪問名，新建一個點，使用剛才建的訪問名，地址就寫成 GIS_A02_1_PLC1_A，當此點的值是0時，代表訪問名GIS_A02_1_PLC1_A連接的是主數據源，當此點的值是1的時候，代表訪問名GIS_A02_1_PLC1_

A連接的是輔助數據源。

2.2.2 歷史報警功能

安裝數據庫msde或完整的sqlserver數據庫，打開SSMS 然后用Windows用戶連接，登錄賬戶選擇sa，打開然后修改密碼，添加AlmDbViewCtrl控件用于查詢數據庫，后面填上SQL用戶和前面設置的密碼，勾選上自動連接，然后測試連接，成功后就可以進入運行界面查看。

2.2.3 歷史曲線功能

啟用歷史曲線記錄，新建點的時候，需要勾選記錄數據，添加控件，用于顯示。添加的這幾個控件的進行設置，關鍵是這些控件的歷史趨勢和筆刻度的名字要寫的一樣，才能聯動起來?？梢栽贑：/HISDATA下面發現有數據文件生成了，InTouch就是從這些文件讀取數據而生成曲線的。所以若發現沒有曲線顯示出來，就可以先查看一下這里有沒相應的文件。

2.2.4 實時曲線功能

InTouch的實時曲線和歷史曲線基本一樣，都是從歷史文件里面讀出數據刷出圖形。不同之處在于，在實時曲線頁面多了一個腳本，用于從文件中實時讀出最新數據從而在畫面上刷新出來。

2.2.5 臨江泵站生產工藝

通過InTouch 2014組態軟件，計算機控制軟件可以采集所有生產設備的運行數據，實時顯示設備運行情況，并對泵房內的機泵和其他輔機進行遠程監視和控制。

如圖2所示，臨江一泵房工藝的監控界面中有：前池液位、調壓池液位、黃浦江液位以及6臺機泵的瞬時流量、累計流量、出水壓力、機泵運行狀態、轉速。同時，還顯示、污水井液位、水濁度、原水氨氮、6臺機泵的溫度監測點、以及輔機設備的狀態（轉換開關、冷卻水、真空閥、風機等狀態）。

（1）機泵控制界面

根據異步串級調速裝置和同步勵磁裝置的不同特性，制定不同的控制界面，如圖3和圖4所示。其中，串級調速裝置可以通過給定比例來對機泵進行調試，進而控制出水量。

在臨江一泵房的工藝中，通過3臺串級調速水泵來微調水量的變化，異步串級調速裝置的水泵可以根據給定的百分比，來調節水泵轉速，繼而調節水泵出水量。3臺串級調速裝置的特性不同，其調速給定百分比也不同，調速給定與對應轉速之間的關系如下所示：

異步1#機泵調速給定：10.5%～17.6%，對應轉速：205～293轉;

異步2#機泵調速給定：10.5%～17.6%，對應轉速：205～290轉;

異步3#機泵調速給定：24%～45%，對應轉速：205～295轉。

在臨江二泵房的工藝中，通過3臺變頻器水泵來微調水量的變化，變頻器的集成度較高，系統中可以直接給定轉速，進而微調出水量。

（2）變電站變配電系統

如圖5所示，臨江泵站35 kV變配電站分別由兩路35 kV母線進線，其中，Ⅰ段為思泵3707母線，Ⅱ段為浦泵7245母線，35 kV的電壓經變壓器轉變為6 kV，分別對應6 kV Ⅰ段和6 kV II段。泵站內的所有重要負載平衡分布在兩段上，6 kV Ⅰ段的負載有1#新變（二泵房變壓器1#變壓器）、同步1#電機、異步1#電機、異步1#逆變、異步2#電機、異步2#逆變以及Ⅰ段廠用變，6 kV Ⅱ段的負載有2#新變（二泵房變壓器2#變壓器）、異步3#逆變、異步3#電機、同步3#電機、同步2#電機以及Ⅱ段廠用變。

（3）水質監測

為了確保供應優質原水，在保障供水的基礎上，需要進一步加強原水的水質監測，裝有多個在線式水質監測儀，可實時查看到泵站內原水的水質數據，有濁度、水溫、余氯和氨氮4個指標。

（4）報警處置

在InTouch中可以對設備的運行參數設置告警值，以及監測狀態量。一旦系統監測到數據不在允許范圍內或狀態發生異動，報警信號即被觸發。運值人員查詢到報警信息，能實時了解設備工況變化;如有設備發生故障，可及時停役并排除隱患。

報警處置是遠程監控系統的重要組成部分，具體內容包括如下：①串級調速和同步勵磁裝置內部故障;液位（調壓池和前池）超出限定范圍;②水質（濁度和氨氮）超出限定范圍;③自動判斷機泵無法正常啟動的原因;④冷卻水總管低壓力;⑤冷卻水開關狀態;⑥變壓器油溫過高;⑦機泵振動和溫度超出限定范圍[3]。

3 改造后解決的問題

臨江泵站InTouch工控軟件系統完成開發和部署后，實現泵站生產數據的實時監控、報警和傳輸，以及一泵房、二泵房、小水廠的計算機遠程控制，尤其是有效保障了臨江二泵房無人值守模式的穩定運行。同時，在臨江的InTouch工控軟件系統為網絡版，配置了臨江工業數據庫服務器、GR服務器各1臺，滿足本泵站數據的傳輸和存儲。

4 結語

“黃浦江原水廠SCADA系統改造”工程項目現已保質保量實施完成。隨著InTouch工控軟件的不斷成熟和完善，在原水泵站的進一步應用，其軟件平臺的穩定性、安全性，以及強大的通信連接性能，靈活的架構，為現代化的原水廠智能化管理提供了有力支撐。

（第一作者系上海城投原水有限公司 助理工程師）

【參考文獻】

[1]王華忠，陳東青.工業控制系統及應用—SCADA系統篇[M].北京：電子工業出版社，2017.

[2]袁生貴，方東，李小凱.基于Intouch軟件的污水廠自動化系統監控軟件[J].計算機系統應用，2011（2）：165-168.

[3]陳玉萍，宋小菲.Intouch組態軟件在污水廠自動化系統監控軟件中的應用[J].工業控制計算機，2013（4）：28-29.