通讯技术在水厂数据传送中的应用--控制网



通讯技术在水厂数据传送中的应用
企业：控制网 日期：2005-09-01
领域：人机界面 点击数：1601


一、 概述
    信息是否能共享是一个企业管理规范化和现代化的标尺，为了充分发挥它的作用，信息必须迅速而精确地在各种型号的计算机（包括工业控制机）、终端机等通讯设备之间传递。水厂是供水企业的生产基地，所以生产数据、监控图像的再现、调度系统的完善无一不依赖于此。水厂生产管理要求：把各水厂，各泵站和各测压点的生产运行状况的各类数据，通过计算机网络，及时准确的传送到公司的调度部门，以便公司领导和各有关部门能及时和准确地掌握到整个公司的实时生产状况，确保水厂安全供水。

    惠州市自来水总公司现有三间水厂，工艺处理流程为常规的自来水工艺，工艺流程图如图1


图1   水厂工艺流程

    其中进行数据采集、生产监控的主要是一级泵房、净水系统（包括投矾、投氯、反应、沉淀 、过滤）、二级泵房。与水厂有关的还有全市范围内测压点的数据。数据通信的目的就是要完成计算机之间、计算机与各种数据终端之间的信息传递。为了实现数据通信，必须进行数据传输，即将位于一地的数据源发出的数据信息通过数据通信网络送到另一地的数据接收设备。

二、 现有通讯平台的构成
    现有水厂目前涉及到的通讯有以下几种：
    1、 生产层控制系统主要是三菱PLC，网络为MELSECNET/10网互联通讯；
    2、 厂内部数据及图像传输利用厂内部局域网，目前三间水厂厂内部局域网初步建成，可以完成生产监控、数据共享、图像传送；
    3、 一级泵站至厂内部利用无线数字电台，可进行生产数据再现，目前只有河南岸水厂完成此项系统；
    4、 厂内部到总公司调度室利用帧中继技术进行数据传送，由于带宽有限，还不能进行图像传送；
    5、 市区各测压点与总公司调度室利用无线模拟电台进行数据实时传送。
    由于安装时期不同，选用设备不同，现有通讯平台包含多种协议，在统一标准，兼容性方面有所欠缺。
    水厂通讯系统结构图如图2


图2  水厂通讯系统结构图

    （一） 、生产层通讯
    采用集散测控系统，控制方式采用PLC+PC监控方式，设制一个中心控制主站和几个现场分站，各PLC站之间通过三菱MELSECNET/10网互联通讯，传输速度达10Mbps，通讯网为令牌总线网。它提供一种浮动主站功能，当一个主PLC站停止运行，网络系统仍能让所有挂网的PLC继续正常运行。

    中心控制室与各计算机之间用串口RS-232通讯，现场设备的控制方式分为手动与自动两种控制方式：手动时PLC监测设备的运行状态，自动时PLC监控设备的运行。生产数据可实时传送至上位机对生产进行监控。

    （二） 、吸水泵房与厂部中控室通讯
    数据传输可以简单地分为有线（包括架设光缆、电缆和租用电信专线）和无线（分为建立专用无线数据传输系统，如无线数传电台或借助GSM、CDMA等公用网信息平台）两大类方式。

    由于水厂工艺的特殊性，吸水泵房一般离水厂比较远，相比较而言，用无线数传建立专用无线数据传输方式比其它方式具有如下优点
    1）、成本廉价；因为有线方式的建立必须架设电缆，或挖电缆沟，在远距离方面，这无疑需要大量的人力、物力，而用无线数传建立专用无线数据传输方式，在每个终端连接无线数传电台和架设适当高度的电台就可以了，投资是相当节省。
    2)、建设工程周期短；一般无线组网工程周期只需要几天或几周（视工程量大小而定）就可以完成。
    3）适应性好；不受地理环境限制。
    4）、扩展性好；如果用有线建立的通讯网络，如果增加新的设备，则需要重新布线，施工比较麻烦，而且有可能破坏原有的通讯线路。如果用无线数传建立专用无线数据传输方式，只需新增设备与无线电台相接就可以实现系统的扩充。
    5）、设备维护上更容易实现；有线通讯链路的维护需沿线路检查，出现故障，不能及时找出故障点，而无线数传建立专用无线数据传输方式，只需维护数传电台，能及时找出故障，恢复线路正常。
在吸水泵房与厂部中控室通讯中，我们选用点对点半双工数字电台，美国MDS EL705产品，工作频率在240MHZ频段。

无线数传电台通讯连接图如图3


图3 无线数传电台通讯连接图

    吸水泵房采集器选用研华ADAM4000系列模块，这是一种内置微处理器、变送器和计算机接口的智能设备，模拟量输入模块是ADAM-4017，为毫伏级、伏级电压和电流输入信号，可采集水位、水压、电流、电压等多种模拟量；数字量I/O模块是ADAM-4050，采集电机、阀门开关状态。通讯模块是ADAM-4520（RS-232/RS-485转换器），用于与电台通讯，电台没有RS-485接口，可用此模块转换。

    在厂部上位机对ADAM组态，由于FIX没有ADAM驱动，我们采用OPC技术与FIX组态软件通讯。OPC（OLE for process control的缩写），即把OLE应用于工业控制领域。OLE意思是对象的连接和嵌入， 其实质是在硬件开发商和软件开发商之间建立一套完整的"规则"。只要双方均遵循这条规则，数据交换对两者来说都是透明的，硬件供应商就无需考虑应用程序的多种需求和传输协议，软件开发商也无需了解硬件的实质和操作过程。

    通过对OPC服务器接口，服务器（server）、组（group）和数据项（item）的配置，完成了与组态软件FIX 的通讯，通过组态就可以实时监测到吸水泵房的运行情况。

    在两年多的应用过程中，发现此套系统抗干扰能力强，数据传送准确，并且利用网管软件insite在不中断数据传输的情况下可以监测、维护、设置电台参数，如接收频率、接收信号强度、信噪比、工作温度等，可以选择电台最佳的工作范围。

    （三）、总公司与各水厂通讯
    是通过租用电信业务帧中继来实现，帧中继技术主要用于传递数据业务，它使用一组规程将数据信息以帧的形式(简称帧中继协议)有效地进行传送。在传统的数据通信业务中，特别象DDN，用户预定了一条64K的电路，那么它只能以64Kbit/s的速率来传送数据。而在帧中继技术中，用户向帧中继业务供应商预定的是约定信息速率(简称CIR)，而实际使用过程中用户可以以高于CIR的速率发送数据，却不必承担额外的费用。其费用是相同DDN专线带宽收费的40%。帧中继通讯示意图如图4。


图4  帧中继通讯示意图

    各厂局域网和公司局域网代表两个要通过帧中继网络互联的局域网。路由器的作用是将各厂局域网的帧(以太网帧)封装打包成FR的帧，通过DTU（数字通讯单元）进行信元交换后，送入FR网络进行传送。通过公司级DTU连入公司级路由器将从FR网络接收到的帧中继帧解包，并转换为以太网帧送给公司局域网。帧中继网络是由许多帧中继交换机通过中继电路连接组成。

    在软件方面，我们选用组态软件FIX7.0及数据库软件SQL server。FIX组态软件提供的Real-Time ODBC SQL允许向SQL server写入实时过程数据。在FIX中只需配置ODBC SQL接口，设置好传出、传入数据点及传送间隔。在SQL server数据库中建好SQL命令表及存储数据的数据表。在操作系统中设置ODBC数据源。通过通讯测试成功，即可将FIX中的实时数据传入SQL数据库服务器中。并通过路由器、DTU、帧中继网络传送到公司调度系统，利用VB编写界面软件，可定时看到生产数据。

    （四）、各测压点与总公司调度室的通讯
    目前我公司有一套测压点数据采集通讯系统，于1996年安装并使用，它由主站和多个相关远程站组成，对全市11处水压进行监测。测压点数据采集通讯系统由一套主体设备通讯双向终端、一套天线和一台压力变送器组成。通讯双向终端由一台模拟电台、一块数据采集通讯模块及电源构成。上位机选用INTOUCH组态软件。通过近9年的运行，发现维护量很大，数据采集芯片易受雷击，模拟电台抗干扰能力差，容易被噪声源干扰，传输数据有时会有误差。

三、水厂通讯系统存在的问题
    1、各系统之间缺乏统一标准，没有统一传输媒介。系统一旦确定，不能随意更改，灵活性较差。如某一系统因技术的发展更新、升级，布线确需更改、更新时，将费时、费工、费钱，还可能耽误系统的正常运行。

    2、设计复杂，各系统之间互不能很好兼容。同样是电台传输，测压点系统与吸水泵房数字电台传输就不能兼容。目前水厂现场仪器、仪表模拟信号采用屏蔽线传输，开关信号采用普通电缆线传输；厂内通讯采用超五类双绞线；安全监控视频信号采用同轴电缆传输。这几种电缆均需分别独立设计，然后还得再进行综合安排，布线复杂。

    3、软件编制方面没处理好，导致通讯时而中断。例如各水厂数据传送与公司调度室涉及到组态软件FIX，数据库软件SQL server、界面编程软件dephi,因此软件接口处理尤为重要。

    4、目前公司和各水厂之间是通过帧中继通讯，带宽有限，10多个点带宽共为2M，导致资源共享受到限制。

四、通讯系统改进的方法
    1、可选用现场总线技术来进行生产级通讯，现场总线技术主要特征是采用数字通讯方式取代设备级的4-20mA模拟量信号及开关量信号，使用一根电缆连接所有的设备。可节省硬件成本；设计、安装简便；系统维护、扩充方便等优点。

    2、供水信息系统要建立一个好的平台，这对公司的调度起着至关重要的作用，目前有一些专门供生产用组态软件、数据库软件及应用软件可很好地对生产数据进行传送及处理，与其它GIS系统、营业收费系统相结合，可科学进行水量的调配，能够在保证供水服务质量的前提出下节约大量的成本。

    3、建立一个完善的局域网，所有的生产信息除在生产调度上实现共享，重要的数据库链接到公司和水厂的局域网中，以Web页的形式发布。作为公司和水厂的管理层可以通过Web页的游览直接了解生产状况和下达生产指令。

    4、测压点系统与供水信息系统之间可通过OPC技术或统一软件的方法进行融合，达到信息共享的目的，同时为调度系统更加科学化提供准确的数据资料。

五、结束语
    通讯系统是否完善，数据能否共享，直接影响一个企业的运转效率及管理水平。随着各种相关技术的不断进步，可以预测将会出现更多信息技术。只有合理、科学的应用相关技术，建立信息化平台及通讯平台，才能帮助供水企业更好地提高服务质量，造福用户。
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