控制网

宋永杰，卜永涛，李  杰

1  引言
石家庄高新技术产业开发区供水排水公司成立于1994年3月，企业自成立以来一直致力于信息自动化的建设。目前，该公司拥有供水厂一座，设计供水能力为5万吨/日；补压井11眼，水源井6眼（目前正在开凿）；污水处理厂一座，日处理能力10万吨。近几年来该公司共投入860多万元搞信息自动化系统，集中实现了全公司生产运行管理和职能部门管理的自动化。系统采用计算机技术、通信技术、自动化技术、GPS技术及大屏幕技术等，并与先进合理的生产技术相互结合，共同完成对整个工业过程的控制和管理。集中实现回路调节、参数报警、历史数据存储、工艺流程动态显示等功能，并采用专家软件系统进行优化。采用网络技术将不同地理位置的计算机及相关网络设备连接起来，形成综合性以太网络，提高生产效率，降低运营成本，各项技术均达到国内领先水平。
2  网络监控系统构成及功能特点
如图1所示，整个公司网络连接情况较为复杂。公司、水厂与污水处理厂内部采用100M双绞线，水源地开闭所―水厂值班室―调度中心由16芯单膜光纤连接，工业以太网与办公以太网完全隔开，两个网络在调度中心由服务器联接。总公司―水厂―污水处理厂，采用11M微波通讯，其产品选用以色列BreezeCOM系列；自动化控制设备之间通过无线方式、RI/O和DH485网络等进行通讯，网络传输协议分别遵守TCP/IP和DH485协议。
2.1  自动化控制系统
自动化控制系统采用三级调度，其中调度中心为一级调度，水厂值班室为二级调度，各现场实现三级控制，层次分明，可操作性强。
(1)  设备构成及功能
供水厂自动控制系统由4台操作站、2台服务器和若干现场控制站（含测压点3个）组成，通过服务器与办公网络连接，供网上用户浏览实时生产数据和各种生产报表。
?  调度中心配有2台IBM Server 232系列服务器，其具体配置为PIII1.26G/SCSI18.2G*2/512M,可实现双机热备功能，一台主域控制器，一台备份域控制器。在主域有故障时，备份域自动切换到主域，保证系统稳定正常工作；配备HP L5000系列打印机两台，用于各种报表的打印；操作站选用研华PⅢ800/128M/40G/17’工控机，用于监视、控制各操作现场，通过通讯网络采集系统内各站点的设备工作状态以及与调度、控制有关的工艺参数，供生产调度人员，对整个系统运行情况统一调配控制；可随时对各子站运行状况进行监测；系统采用SQLserver 7.0数据库，可保存生产数据，并可对历史数据进行分析；可动态显示各种图形和数据，显示通讯系统、工艺和控制图、区内井群图、输配水管网图、污水处理流程工艺和控制功能；还可提供报警提示、闭路监控等功能。

图1  网络控制系统图

调度中心的大屏幕，由二块150英寸的丹麦DNP屏幕拼接而成。显示控制器采用世界最专业的NT850控制器，基于WinNT4.0操作系统，PIII800/SCSI硬盘/多个100M网卡，可显示工控系统监控画面，监视系统画面，地理信息系统及GPS车辆定位信息等。
调度中心配备美国冠军10kVA/4H在线式UPS两台，并实现了双机热备功能，可供调度中心所有设备在停电状态下使用12小时以上。
?  水厂值班室配备三组PLC，其中两组配置完全相同，处理各子站PLC送来的参数，且互为热备状态。配置为：框架1746-A4、电源1746-P2、CPU1747-L552、两个1747-BSN热备扫描模块；第三组PLC配置为：框架1746-13、电源1746-P4、1747-ASB RI/O扫描模块及若干开关量、模拟量模块。整个工艺过程通过操作画面进行监视与控制，值班人员通过对参数的设置来控制生产的运行，对重要参数做出实时及历史趋势分析，具备多级报警功能等。另配Epson1600KIII打印机两台，用于报表和历史数据的打印。
?  各补压井现场控制器PLC选用美国AB的SLC500系列可编程控制器，用于采集控制补压井的各种数据和设备。管网测压点现场控制器采用AB的Micrologix1000可编程控制器，内存为1K，通讯接口为RS232和DH485。功能为采集和控制测压点的压力和二氧化氯信号，并对故障产生报警信号，由电台传回水厂值班室和调度中心。101～109号补压井，均采用AB公司的1336PLUSⅡ系列变频器进行控制，有37kW和45kW两种，通过1203-GM2模块与PLC通讯；201、202号及水源井配备AB公司的SMC Dialog Plus 150-B97NBDB软启动器控制，其通讯模块为1203-GD1。水厂加氯间和纯水车间采用1747-ASB扫描模块，另配相关开关量和模拟量模块。其中，加氯间主要用来采集进厂总流量及二氧化氯含量，二氧化氯发生器调整、故障缺料信号等；纯水车间主要监控功能有进水流量、PH值信号、大瓶小瓶计数。
(2)  软件构成
1～4号操作站操作系统为Windows NT，采用美国Rockwell Automation公司的Rsview32人机监控软件包。该软件可运行在Windows98/2000/NT下，具有先进的图形组态、实时监控、历史趋势记录、开放的数据库等一系列功能特点。编程组态灵活方便，为设计开发等技术人员带来了极大的方便。
在系统的现场控制站同样采用该公司的RSLogix500组态软件包。它运行在Windows98 /2000/NT下，支持全中文注释功能和符号地址数据库，可对PLC进行在线诊断，与Rsview32共享数据库，可轻松完成梯形编辑、I/O组态、数据库编辑、拖放编辑等功能，为软件开发人员节省了组态开发时间。
(3)  通讯链路
值班室PLC与交换机用屏蔽双绞线连接形成100M工控以太网络，为数据传输提供较大带宽；101～109号井测压点采用无线超短波通道，频率为230MHz；201、202号井、纯水车间、加氯间与值班室PLC采用RI/O和现场扫描方式通讯。
(4)  控制功能
?  工艺显示功能 该功能集中显示了整个供水工艺流程，现场测量数值显示，设备运行状态显示，报警显示（补压井红外报警、PLC通讯报警等），操作方式显示及操作画面切换功能。
?  报表生成功能 该系统可生成的报表有补压井生产日报表、月报表、年报表、测压点报表等，为公司统计和领导决策提供第一手资料。
?  历史趋势查询 系统提供所有运行设备（包括井群、测压点、供电系统）运行参数历史趋势曲线显示。每条趋势曲线画面包括曲线名称、曲线说明、数据选择、时间选择、显示选择等内容，显示直观，可操作性强。
?  报警处理功能 该功能主要记录发生的报警名称、报警时间、确认时间等有关信息，并可对报警信息进行管理。
?  画面操作功能 可实现对系统运行参数设定，手动/自动方式选择，启动和停止操作设定，供水压力参数设定，PID手动/自动切换等功能，报警系统设防/撤防。
2.2  办公自动化系统
(1)  设备构成
办公自动化系统由一台HPLH3000服务器及公司水厂所属若干上网计算机组成。整个办公网络瓶颈是总公司―水厂―污水处理厂的11M无线微波系统，其余全部达到100M到桌面。公司还利用IP技术和微波通道在局域网上安装IP语言网关，实现了公司―水厂―污水处理厂的直拨IP电话功能。
(2)  软件系统构成
采用莲花公司群件系统的Lotus Domino/Notes产品。该产品功能丰富，可以较容易地以Domino为平台开发出面向协作应用的解决方案，它基于Clent/server结构，非常适合于办公自动化系统的开发与应用。
(3)  系统结构与特点
该系统基于标准群件系统和大型数据库的综合办公系统，采用B/S模式，维护安装方便。在客户端根据个人职责的不同定制不同的主界面；它可以按不同的部门、职务分组实现对用户的权限管理，系统可定制不同的办公流程，以适应部门工作变化，可提供历史记录查询，多重安全保护机制。其组成模块如图2所示。
2.3  地理信息系统（GIS）
(1)  设备构成
系统由两台HP图形工作站连到办公网络上，网上授权用户均可调用，查询管网信息。另外，配有佳瓦特（Javat）GPS接收机一套，可进行动态静态测量，协助制作电子地图。

图2  组织模块图

(2)  软件构成
公司的管网地理信息系统采用美国Ampac公司开发的具有世界先进水平的供水管网管理软件，该软件具有8大功能，分别是管网基础资料管理系统、自来水用户管理系统、地理信息管理系统、管网运行状态分析管理系统、管网水质管理系统、水源水泵优化调度系统、管网紧急事故处理系统、管网改扩建规划管理系统。
该系统除具备普通地理信息系统的功能外，更擅长对供水管网、用户、水源等与供水有关的基础信息的管理。采用美国最先进计算模型，进行快速精确计算，与三遥接口，实现对管网实时分析；方便快捷的爆管事故处理可确定最优的停水方案，具有良好的开放性，可与其它系统进行数据交换，实现数据共享，各类数据均可在企业局域网上浏览。
2.4  工业监视与车辆GPS调度系统
构成监控系统的设备主要包括前台各区域摄像机、云台及红外探头等。信号通过监控网络或工控网络传至调度中心监控报警矩阵主机。GPS车辆系统主要是由车载单元、中心控制单元和监控计算机组成，信号分别通过GPS和GSM网络传至监控计算机。
由于自来水行业对安全要求的特殊性，石家压高新区供水排水公司在各补压井分别安装了红外线报警系统，采用保安力红外探头，对井群的任何非法入侵人员进行报警，加强了安防力度。厂内闭路摄像系统覆盖整个厂区和关键部位，能随时监控厂区内的安防及生产情况。该公司拥有12部汽车，用GPS汽车定位监视，便于查询汽车的位置及行车线路，加强了公司对公务用车的管理，便于合理调度和利用。闭路监控摄像机和GPS汽车定位监视可通过NT850在大屏幕上显示出来，图像清晰，效果直观。
2.5  污水厂自动控制系统
污水厂自动控制系统由中控室的两个上位机监控工作站、下位5个PLC控制站及安装在现场的RI/O模块组成。该系统具有“集中监视，分散控制”功能。整个污水处理厂采用三级调度，一级为水厂调度中心，二级调度为污水厂中控室，三级调度为现场控制，当设备或通讯故障时，现场调度拥有控制优先权。
设备构成及功能如下：
?  PLC控制站由可编程控制器及附属设备组成，型号为西门子S7-315-2DP和S7-318-2两种。用于采集现场检测到仪表的测量值、设备的状态信号，控制现场设备，将处理后的数据送入通信网络并接收上位机及其它现场控制站信息。PLC的编程工作可采用编程器完成，也可通过上位机编程再下装来完成。5个PLC控制站的控制范围如下：① 总变电室高低压电量；② 进水格栅、进水泵房及曝气沉砂池；③ 1～4#生物池；④ 5～6#生物池；⑤ 污泥处理系统。
?  上位监控工作站由两台大众PIII工控机和一台彩色打印机组成。该工作站主要将各现场控制器送来的数据进行整理，存储和显示，同时也可对下位设备监控。每台监控计算机可显示工艺流程、设备状态、过程参数和报警信息等，同时可以打印生成各类图表和事件报警。另外，所有信息可通过网络系统传至水厂调度中心，但只作一个监视点，不进行远程控制。
3  结语
石家压高新区供水排水公司的信息自动化系统的投入运行至今，各项生产指标均达到或超过国家标准。采用工业100M以太网和办公100M以太网相结合，又各自独立的方式传输数据，使网络结构层次分明。根据实际情况采用不同的传输介质，具有良好的性能价格比。在自动控制系统的投运，一改传统的运行工巡井方式，采用远程控制水泵启停，对数据的采集报表等自动生成功能，提高了劳动效率，大大节省了劳动力，潜水泵的变频运行方式在一定程度上节省了电能，降低了运行成本。整体自动化系统的投运，提高了公司的信息自动化水平、科学管理水平和服务质量，增强了企业的竞争力，实现了企业经济和社会效益的双丰收。