石家莊市引崗黃水庫水供水二期工程自控系統(tǒng)的選擇與應(yīng)用

分類：技術(shù)教程日期：2007-03-26 00:00:00

1 引言
目前，隨著計算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和自動化水平的提高和發(fā)展，先進(jìn)的生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)及辦公自動化信息管理系統(tǒng)已作為現(xiàn)代企業(yè)必不可缺的經(jīng)營和管理手段，對于提高企業(yè)的工作效率和管理水平，發(fā)揮著越來越重要的作用。目前監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是突破傳統(tǒng)的、孤立的、封閉式的系統(tǒng)模式，達(dá)到完全開放式的、高可靠性和直面對象的實時多任務(wù)信息監(jiān)控管理系統(tǒng)。

2 項目簡介
石家莊市引崗黃水庫水供水二期工程是日供水量10萬噸的小型給水泵站，占地約45畝，主要構(gòu)筑物有配水泵房、加氯間、10/0.4kV變配電站、清水池、綜合樓及附屬構(gòu)筑物等。早在2000年項目建設(shè)之初，我們就充分認(rèn)識到了控制系統(tǒng)的實時性及開放性的重要所在。小型工業(yè)以太網(wǎng)在當(dāng)時國內(nèi)還比較少見，但經(jīng)過多方調(diào)研及比較，最終確定選用澳大利亞MITS a unit of LOGICA公司的SMS監(jiān)控系統(tǒng)。
MITS公司的站級監(jiān)控系統(tǒng)SMS是專門為泵站和變電站設(shè)計的實時多任務(wù)小型工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，具有實時、分布式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。同時采用了“容錯”技術(shù), 保證系統(tǒng)高可靠性。相對于傳統(tǒng)的“主/從”備份型式, 它采用雙機(jī)互為熱備份的技術(shù)，不僅保證了系統(tǒng)的高可靠性, 同時系統(tǒng)可實現(xiàn)從單、雙服務(wù)器到多服務(wù)器的規(guī)?；奶攸c, 有利于系統(tǒng)今后的擴(kuò)展。

3 系統(tǒng)設(shè)計
3.1 監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成
項目網(wǎng)絡(luò)示意圖入圖1所示。該監(jiān)控系統(tǒng)為實時多任務(wù)一級監(jiān)控系統(tǒng)，配水泵房設(shè)監(jiān)控主站，它下設(shè)兩個現(xiàn)場站，其一配水泵房現(xiàn)場站負(fù)責(zé)采集、監(jiān)控變配電系統(tǒng)、泵房內(nèi)設(shè)備及部分儀表;其二加氯間現(xiàn)場站負(fù)責(zé)采集、監(jiān)控加氯系統(tǒng)、加氯間內(nèi)設(shè)備及部分儀表。配水泵房監(jiān)控主站及配水泵房現(xiàn)場站安裝于泵房控制室內(nèi)，加氯間現(xiàn)場站安裝于加氯間值班室內(nèi)。
同時生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)還要通過無線網(wǎng)絡(luò)與自來水公司調(diào)度系統(tǒng)保持實時通訊。

圖1 SMS監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖
泵站管理信息系統(tǒng)設(shè)在綜合樓內(nèi)，它通過網(wǎng)橋與實時生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)相連。
在泵站周邊還設(shè)有數(shù)個管網(wǎng)壓力測量點，它們的實時數(shù)據(jù)也要采集進(jìn)泵站監(jiān)控系統(tǒng)。
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用先進(jìn)的互為熱備份10/100MB/s的雙以太網(wǎng)，符合IEEE802.3的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。SMS SCADA系統(tǒng)采用Windows NT中文操作系統(tǒng)，泵站信息管理系統(tǒng)也采用Windows NT。泵站信息管理系統(tǒng)通過HUB(視為同一網(wǎng)段)與SCADA系統(tǒng)相連。SCADA系統(tǒng)通過ODBC將數(shù)據(jù)傳到泵站信息管理系統(tǒng)，且不影響SCADA系統(tǒng)的運(yùn)行速度。SMS SCADA服務(wù)器通過SQL將采集的數(shù)據(jù)寫到數(shù)據(jù)庫中，為泵站信息管理系統(tǒng)、公司調(diào)度系統(tǒng)等有權(quán)限的用戶提供網(wǎng)絡(luò)共享服務(wù)，進(jìn)行諸如報表生成，數(shù)據(jù)分析等工作。
在控制中心, MITS 采用TCP/IP協(xié)議, 建立與 Windows NT主機(jī)服務(wù)器、工作站、打印機(jī)等的連接。網(wǎng)絡(luò)通訊速率可達(dá)100MB/S。使用TCP/IP的方案保證用戶的資源和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展, 從而節(jié)省額外投資。
SMS系統(tǒng)是開放、分布式的監(jiān)控系統(tǒng)。包括基于Windows NT操作系統(tǒng)下的監(jiān)控軟件。同時SMS系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)的SQL和ODBC與用戶的管理信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
具備支持開放式的“Internet”連接功能，支持用戶根據(jù)安全權(quán)限，遠(yuǎn)程訪問SMS系統(tǒng)。
在計算機(jī)硬件系統(tǒng)中，該SMS監(jiān)控系統(tǒng)的SMS SCADA監(jiān)控主機(jī)服務(wù)器采用高性能、高可靠性的COMPAQ奔騰III 866MHz，256M內(nèi)存，21″彩色監(jiān)視器(分辨率達(dá)到1280×1024)監(jiān)控計算機(jī)，工作站采用COMPAQ EC奔騰III 800MHz，256M內(nèi)存，21″彩色監(jiān)視器(分辨率達(dá)到1280×1024)計算機(jī)。其中監(jiān)控主機(jī)服務(wù)器與工作站互為冗余熱備方式，每臺設(shè)備均可百分之百的承擔(dān)系統(tǒng)全部任務(wù)，當(dāng)其中一臺計算機(jī)發(fā)生故障時，另一臺計算機(jī)可繼續(xù)工作，使整個系統(tǒng)具有極高的可靠性和擴(kuò)展性。
報警與事件打印分開設(shè)置，2臺A3 EPSON LQ 1900K打印機(jī)，分別用于系統(tǒng)實時報警記錄的打印和事件記錄的打印。
泵房現(xiàn)場站及加氯間現(xiàn)場站均選用MD1000 RTU/C控制器。完成現(xiàn)場采集和監(jiān)控功能，并能把現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)和狀態(tài)量通過SMS SCADA通信鏈路傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，而監(jiān)控中心可以把下發(fā)命令和數(shù)據(jù)通過通信鏈路傳輸?shù)较鄳?yīng)的現(xiàn)場MD1000 RTU/C。MD1000 RTU/C具有支持雙網(wǎng)的特點，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。
MD1000 RTU/C采用了標(biāo)準(zhǔn)的LAN網(wǎng)絡(luò)硬件和協(xié)議用于分布處理, 并對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化, 提供快速響應(yīng)。
同時MD1000 RTU/C是模塊化結(jié)構(gòu), 在槽內(nèi)插入不同的模塊, 即可組態(tài)不同的應(yīng)用能力。它提供了比其它的傳統(tǒng)性PLC更強(qiáng)的控制和通信功能，可支持DNP3.0, MODBUS等通用的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，可與多種RTU和PLC之間進(jìn)行通信。這樣就滿足了工程中許多電氣設(shè)備的通訊要求。例如:直流屏的通信協(xié)議為DNP3.0、變頻器及加氯機(jī)的通信協(xié)議為MODBUS。
最主要的是當(dāng)監(jiān)控計算機(jī)及雙冗余以太網(wǎng)同時發(fā)生故障，即泵站監(jiān)控中心及GUI癱瘓時，MD1000 RTU/C仍然可以正常工作，不影響企業(yè)生產(chǎn)，這一點極大地滿足了供水行業(yè)生產(chǎn)的特殊性。使整個供水系統(tǒng)真正成為穩(wěn)定的、高可靠性的、安全的系統(tǒng)。
系統(tǒng)增加的測壓點RTU采用MITS MD3311RTU/C，將采集的本地數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

3.2 通信系統(tǒng)構(gòu)成
泵站通信系統(tǒng)設(shè)計原則為:按無線信道為主，有線信道為輔，故障狀態(tài)下互為備用來考慮。
MITS MD1000 RTU/C提供遵循工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通訊接口, 如RS-232, RS-485, IEEE802.3 Ethernet(以太網(wǎng))和IEEE802.4(令牌總線)接口。這允許MITS MD1000 RTU/C可以支持無線, 租用線, PSTN, 微波和衛(wèi)星等通訊接口。并兼有通訊服務(wù)器的功能。
首先在泵站內(nèi)設(shè)微波通訊塔，與公司調(diào)度之間采用微波通訊，此外向當(dāng)?shù)仉娦啪稚暾圖DN專線作為與公司調(diào)度之間的備用通信信道。
自來水公司原有調(diào)度系統(tǒng)選用的是摩托羅拉設(shè)備，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)MCPM協(xié)議轉(zhuǎn)換RTU，將MODBUS協(xié)議轉(zhuǎn)換為MDLC協(xié)議以便與公司調(diào)度系統(tǒng)通訊。達(dá)到兩期系統(tǒng)的完整性。使泵站監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實時地傳送到公司調(diào)度系統(tǒng)。
DDN專線的傳輸帶寬為64k，這一速率完全可以滿足泵站監(jiān)控系統(tǒng)的需要，當(dāng)然可以申請更高速率的專線，但性能價格比差。
臺無線數(shù)傳電臺與一期公司調(diào)度系統(tǒng)及新增測壓點構(gòu)成無線通訊網(wǎng)絡(luò)。
在MITS SMS GUI服務(wù)器里安裝MITS ODBC軟件,以將SCADA系統(tǒng)與泵站信息管理系統(tǒng)連接,達(dá)到SCADA系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的完美結(jié)合。
MITS能夠建立在基于TCP/IP上的網(wǎng)絡(luò)能力, 來提供對于如Telnet, SLIP和CSLIP的支持。這些協(xié)議提供給用戶從遠(yuǎn)方來訪問RTU的能力, 以及獲得I/O點的實時信息和通信鏈路信息。通過使用二相密碼確認(rèn)機(jī)制，可減小非法訪問進(jìn)入系統(tǒng)。

4 軟件開發(fā)
監(jiān)控軟件建立于WINDOWS NT之上，利用與RTU設(shè)備相配套的SCADA平臺軟件，在泵房監(jiān)控站編制數(shù)據(jù)采集軟件，進(jìn)行實時和歷史數(shù)據(jù)的處理，進(jìn)而編制實時工況畫面，趨勢畫面，報警畫面等軟件。掛網(wǎng)設(shè)備做到實時通信，資源共享。
SMS系統(tǒng)同時也具有一個先進(jìn)的圖形用戶界面(GUI), 允許用戶訪問全部SMS SCADA功能數(shù)據(jù)。GUI提供給用戶一個非常強(qiáng)大的, 方便易用的組態(tài)設(shè)計工具，GUI具有X-Windows窗口式界面。GUI提供給用戶一個圖形符號庫, 這樣用戶可以非常方便地選擇和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接的編輯。
MITS所提供的SMS系統(tǒng), 具有全監(jiān)控功能和用戶化自動控制功能。MITS同時提供給用戶全功能的軟件模塊和工具, 使用戶能夠維護(hù)和提高這個控制系統(tǒng), 以及實現(xiàn)仿真應(yīng)用。MITS將提供給用戶綜合的技術(shù)培訓(xùn), 使用戶具有應(yīng)用開發(fā)能力。
在工程中我們開發(fā)的主畫面有:全廠主工藝流程圖、加氯系統(tǒng)圖、10/0.4kV電力系統(tǒng)圖等。在主工藝流程中軟件組態(tài)基本上分為供水蓄水流程、調(diào)速泵啟動流程、定速泵啟動流程、加氯流程四大塊。其中供水蓄水流程框圖如圖2所示:
圖2中:L清水池液位，三段供水時間為:
5:30-8:00 11:30-13:30 17:00-20:30