南洲水厂自动化.docx

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1、南洲水厂自动化摘要：本文介绍了南洲水厂自动化控制系统的构造及组成，以及设计考虑的主要问题；系统有效的解决了多种工业现场总线互联以及远程通讯等问题关键词：水厂，自动化，现场总线，通讯南洲水厂是广州市自来水公司第一间具有深度处理的全自动化的100万m/d饮用净水消费厂，其自动化系统要求以平安可靠、优质供水、节能降耗、治理方便为设计原那么，从实际出发，使水厂仪表检测和自动化控制到达国内同行先进程度。系统设计综合考虑了设备、仪表的性能、特点以及水处理工艺要求和整个自控系统的可扩展性及兼容性等问题，为本监控系统的正常运行提供保证。1.系统网络构造南洲水厂厂内监控系统主网采用以光纤为传输介质、遵循TCP/

2、IP协议的10M/100M，环网工业以太网为主干网络，现场主要设备采用独立SLC控制，采用DeviceNet等现场总线将其联接构成现场控制层；水质仪表、电类计量仪表、高压综合继电保护及测量等设备通过Modbus现场总线构成现场检测网络，并与主控PLC连网；主控PLC通过交换机连于全厂主网。控制排泥车等挪动设备的小型PLC通过低功率、近间隔的无线传输设备与子站主控PLC通讯。水厂与30km外的取水泵站那么通过VPN及无线方式通讯方式，监测源水泵站状态。水厂内部监控系统以多任务平台上的实时监控、开发和治理软件组成工控局域网和治理以太网。监控系统框图见图一所示。2.设备控制方式各受控设备具有就地就地

3、一步化、调试就地无联锁、停、远程控制由上位机进展一步化开停机或者分步调试功能。权限级别从高到低依次序为：停、调试、就地、远程控制。取水、送水及110KV变电站为有人值守站。其他按无人值守站考虑。南洲厂区、取水站、公司调度室无线通讯采用广州市自来水公司现有230MHz系统和电信GPRS/GSM方式，在三地间通过电信ADSL专线，进展数据传送；有线与无线互为备用，自动切换，正常以有线为主。通讯系统构造见图2所示。南洲水厂、西海取水泵站之间的数据传输采用VPN方式，GPRS作为数据的备份传输方式。南洲水厂与西海取水站之间的通讯以ADSL方式为主，南洲水厂采用固定IP的ADSL专线，西海取水采用动态I

4、P。在ADSL通讯链路上面建立VPN，采用硬件VPN网关作为VPN连接方式，进展信号传输。3.现场控制站根据工艺流程的分布和水厂总平面布置，分别在取水泵房控制室、药物投加室、滤池和反冲洗泵房控制室、深度处理控制室、变配电及送水泵房控制室、污泥处理控制室等设置六个现场控制站，其主要功能如下：1取水泵站PLC1用于取水泵站的工艺参数、电气参数、设备状态的收集，根据工艺经过要求通过网络对水泵等上述设备进展控制。水泵机组等由小型PLC控制。系统通过总线收集泵组及其他用电设备各类参数，PLC1现场控制站站内PLC通过无线系统水厂送水/中控室调度通讯。2药物投加系统PLC2各药物投加系统由独立供货商或者系

5、统集成商成套提供，PLC完成系统内各子系统的控制；通过DeviceNet或者以太网网络与各子系统控制器交换数据；通过网络电缆与投加系统里的电力监测器连接以收集其数据。3沉淀池及滤池系统PLC3沉淀池及滤池系统控制排泥车、滤池及其反冲洗设备。主要负责协调各滤池反冲洗控制，与各格滤池就地控制柜内小型PLC通过现场总线进展通讯。4深度处理PLC4PLC4现场控制站用于深度处理设备的控制，并通过现场总线和I/O与成套设备通讯，主要包括碳滤池系统、制氧、臭氧系统。5送水泵站及变电站PLC5PLC5现场控制站用于送水泵房、总出水、变配电系统的工艺参数、电气参数、设备状态的收集，根据工艺经过要求对送水泵组、

6、出口阀、配电等设备进展控制。通过DeviceNet总线与控制泵组的小型PLC联网，对其完成测控，通过总线收集泵组及其他用电设备各类参数，通过无线系统与取水泵站PLC通讯。水泵等由小型PLC独立控制。变电站供配电系统为两路110kV进线，内桥结线，二台站变，其监控及保护系统通过Modbus总线与主PLC通讯。6污泥处理系统PLC6PLC6现场控制站用于污泥处理系统的工艺参数、电气参数、设备状态的收集，根据工艺经过要求对主要设备及相关阀门进展控制。7中控室PLC7站PLC7站用于中控室模拟板驱动：通过系统网络通讯，收集接收各现场控制站检测到的主要工艺设备工况及报警信号，送至中控室模拟板RS232/

7、RS485接口，对其进展定时刷新，实现实时动态显示。现场控制站PLC采用美国AB公司产品，主控PLC采用ControlLogix系列，设备层采用MicroLogix1500系列，两者以DeviceNet网络联接，主控PLC经交换机与全厂以太网联接。重要站点如滤池等系统采用热备冗余CPU。水厂中控室配置有数传电台和GRPS通讯模快通讯调度系统软件可以在与其它RTU之间的通讯中选择最正确的通讯信道，使系统在总体上到达最正确的通讯效果。软件提供人工强迫选择通讯信道的功能；同时负责信道的故障判定，根据实际情况，指定RTU的主通讯信道，当主站和RTU通讯时，根据通讯失败次数、误码率等参数来判别主信道的通

8、讯质量，当主信道出现故障或者达不到要求的通讯质量时，自动切换到备用信道上工作。当采用备用信道通讯时，主站按一定的周期检测主信道的通讯质量，当主信道的通讯质量回复正常时，自动切换到主信道上工作。4.系统软件功能本监控系统软件采用组态软件、模块化设计，并具有汉化界面。各监控站数据从效劳器数据库中获取，以客户端方式运行。现场控制站的操纵员站的任务是在标准画面和用户组态画面上，设定、聚集和显示有关的运行信息，供运行人员据此对设备的运行工况进展监视和控制。操纵员站要求监视或者控制本工艺点的消费经过画面及消费实时数据，查询和打印各种历史数据：中控监控治理站作为取水、净水、供水和污泥处理的中心，用于全厂的数

9、据监控和数据治理，具有各操纵员站的全部内容。各系统具有以下主要功能：1报警处理2历史数据的治理3事件处理4人机界面5画面显示6数据通讯7报表产生8实时与历史数据分析9平安登录和密码保护10操纵控制功能：11其它功能。报警处理在任何时间和在任何显示上工作站均能在画面顶部或者底部显示出总的报警信息，包括报警设定值报警条件、报警值、报警状态、报警时间。这些报警信息通过报警声音提醒，使操纵人员可以快速地调用与本报警有关的画面，以得到可以寻找故障原因的具体资料。假如需要可以按要求调用并按命令分别打印登记在数据库中的报警内容。对于长期不正常事件由监视人员确认后可制止报警和登录。对于已确认的报警应带上报警发

10、生时标，存入报警数据库。对于末确认的报警应持续发出声光报警，直至值班人员确认，还可根据报警信号重要性动态改变报警级别。历史数据的治理操纵人员依权限可按要求进展分类列表，对于变量应说明时标，属性，测量范围，实时值，并用颜色或者符号说明数据性质。也可以在表格上用“指针选定数据点，对其设定值，测量范围，数据性质进展修改。事件处理a.事件登记报警、调度命令及设备操纵命令、挂标记牌操纵、修改设定值或者写入数据等事件都记入不可修改的“事件登记簿。b.事件检索操纵员可在“事件检索的视窗中按事件种别名称、对象名称、事件起始至截止的日期和时间及对象编号进展检索。c.事件记录存储事件库中具有足够的容量存放事件登记

11、，事件登记天天以数据文件形式入库，盘区存满后通知操纵员移出另外存储。人机界面a.人机界面运用开放系统的图形窗口技术。b.友好的操纵人员界面。c.程序员可在线修改和编辑画面。d.支持三维图形。e.带有具体的联机帮助功能。画面显示a站级显示：包含站内整个系统及相关系统的运行状态总貌，显示出主设备的状态、有关参数以及控制回路中经过变量与设定值的偏向。工艺控制图形的总体构造形式为窗口式和分层展开式相结合。b功能组显示：包含经过输入变量、报警条件、输出值、输入值、设定值、单元标号、缩写的文字标题、控制方式、报警值等。功能组显示画面包含所有监控单元或者回路。c细节显示：可观察以某一单元为根底的所有信息。d

12、其它显示：包含报警显示、趋势显示、成组显示、棒图显示、帮助显示、系统状态显示等。e在各个工艺经过的适宜位置实时显示主要相关数据。f画面显示系统的操件采用图形标记，下拉式屏幕菜单和键盘按钮。所有显示和打印输出均可显示出以24小时时间型式的时间。g趋势图显示功能可以用棒状图或者线状图显示历史趋势或者当前趋势，可选择1条至16条实时或者历史趋势图用不同颜色在同一时间内显示在一幅画面上。当前趋势显示根据实时原理不断校正。操纵员可以方便地调整趋势显示的时间坐标或者输入范围。5组态软件配置组态软件采用效劳器RSVIEWSE版本；系统效劳器配置成域控制器，并使用双机热备方案。RSVIEWSE使用冗余设计；后

13、台数据库使用SQLServer。RSVIEWSE从各个主控PLC中读取数据，再保存到SQLSERVER中。采用RSSQL工具进展RSVIEWSE数据与SQLServer数据库连接。PLC程序开发，RSVIEWSE开发部署在RSVIEWStudio中进展。调度通讯软件负责与水公司调度系统的通讯。而全厂数据治理那么由水厂数据治理系统负责，包括报表打印、决策分析、数据转存和备份；管网监测软件集成到RSVIEWSE的上位监控软件中。1RSVIEWSE冗余设计利用RSVIEWSE的冗余特性可以防止软件出现故障，同时它使操纵的中断和数据的丧失降低到最小程度。一个分布式HMI系统包括Server组件和Cli

14、ent组件。Client组件提供了系统操纵员作用的接口，一般是动态更新的图形显示。这些图形显示描绘了系统的当前状态，并且允许操纵员监视和控制其操纵。图形显示中的动态信息，包括动态图画、报警汇总、更新标签值以及实时和历史趋势，都是由HMI系统中的Server组件提供，Server同时记录历史数据和执行其它的后台监视和控制功能。为使操纵员可以维护和控制整个系统，Server组件必须给Client组件提供连续的信息，确保关键性的数据一直提供应Client。南洲水厂监控系统RSVIEW采用了冗余设计，系统在最坏情况下：Client在5秒钟内检测到和主Server间的通讯丧失，在设定时间内切换到备用Se

15、rver上。一般情况下，Client在小于5秒钟内检测到Server故障，然后在小于5秒内进展切换，连接到从Server上。Client在应用系统中可能根本感觉不到Server的切换。其切换对于Client是完全自动和透明的，在Server检测到故障而切换到冗余设备期间，操纵员不需要采取任何措施或者重新启动Client软件，就可以继续使用系统。切换经过中，操纵员可以和仍然在线的Server继续保持联络。Client软件仍继续运行使用。当主Server重新可用时，系统可以自动切换回该Server。RSViewSE具有三种类型的Server，FactoryTalkDirectoryServer：它

16、保证了应用系统的各个部件在计算机上或通过网络相互访问。RSViewHMIServer：用于储存HMI部件，例如图形显示，并且将这些组件提供应Client。同时它也储存标签数据库/检测报警和记录历史数据。DataServer：它充许Client访问PLC中的信息，其它硬件设备上的信息。本监控系统的RSVIEWSEServer配置如图3所示，每种类型的Server通过标准的组态选项配置冗余，可最大保护系统平安，及数据正确，到达上述作用。三台效劳器分别配置为：第一台配置成主FactoryTalkDirectoryServer、主RSViewHMIServer，第二台配置为主DataServer，第三

17、台那么配置为从FactoryTalkDirectoryServer、从RSViewHMIServer、从DataServer。当主FactoryTalkDirectoryServer、主RSViewHMIServe、主DataServer出现故障或者维护时，系统自动启用从Server，保证任何情况下系统正常运行。2数据流程根据工艺特点及分布式监控系统的特点，按下述规划进展水厂数据收集及保存。数据按两个方面的要求进展存储：一是数据的现场存储，主要用于数据的后备，防止控制系统中心数据效劳器存储失败后，用作补充或者效验比拟用。二是数据的中央存储，由数据效劳器完成，用作标准数据源，作为所有的处理和查询

18、用。RSVIEWSE先从各个主控PLC中得到各种消费数据，同时利用其标签功能，计算合成数据，如效率、电耗等；RSSQL收集各个RSVIEWSE标签的值并保存到SQLSERVER中，先储存到原始信息数据库。数据库那么分为以下：a.原始信息库数据库用于保存整个工控系统实时收集的数据，包括水质、电站、取水泵站、送水泵站、滤池、投加、污泥处理等子系统等主要参数。主要用作显示趋势图，并为实时信息数据库提供数据源。数据定时收集，在线存储，记录周期可调，按一定的周期采样，数据采用先入先出的保存形式，保存一月。数据同时保存在本地的ACCESS数据库中和SQLSERVER中，如图4。当SQL效劳器维护或者网络堵

19、塞时，RSVIEWSE无法把数据存放到SQLSERVER的时候，数据继续保存在当地的ACCESS数据库中。当故障去除后，RSSQL再把ACCESS中原始信息数据库中的数据导入SQLSERVER。这样充分保证了数据的连续性。采用RSSQL工具进展数据抽取，相对于使用VBA或者RSVIEWSE存取有以下优点：实时性强：RSSQL专用于工业级的数据连接、抽取工具。占用资源低：可以有效降级各个工作站的CPU的资源，加强整个系统的稳定性数据双向流动：上层数据库的改动，也可通过它修改下层数据为以后智能控制系统的建立打下根底，为上层治理系统与下层控制系统建立了双向的链路。b.实时信息数据库用于保存由原始信息

20、数据库转换而成的数据和其它消费数据，包括天气情况、消费调度数据、材料价格等。主要作用是用于报表处理，统计分析。并为标准数据库提供数据源。数据库保存于SQLSERVER中，消费数据记录周期5分钟，并可保存6个月采取先进先出的数据更新方式。原始信息数据库中的数据，经过检查和过滤后，送到实时信息数据库保存。这些数据将作为厂内的数据标准，成为全厂所有的工控子站包括现场子站、MIS系统，对外实时数据交换的标准数据，同时也作为以后统计、计量、保存、与外界数据交换、报表生成的数据根据。c.标准数据库由实时信息库中的内容、事件记录和报警记录生成一个主索引按天天增加一项新记录形式的关系数据库，还包括以此为根底应

21、衍生出各个消费报表数据，电子文档、打印硬拷贝等，还有各种初级统计报表如月报表，旬报表，季度报表等。标准数据库位于SQLSERVER中。3数据的存储为对水厂的数据能进展长期保存，必须定时对数据进展转存和备份。转存数据可人工操纵，也可设置定时自动转存，以保障数据平安,数据可转存、压缩保存或者刻录到光盘。原那么上按每月一次转存和备份。并可自由选择保存的时间范围。采样周期可调。从历史数据可以计算最小值、最大值、平均值、标准值、偏向值、累积值和其它特殊的方程式。此外，运行程序的结果也可以存储在历史数据库。所有采集的实时数据都按时序依次存储，对重要的经过数据和计算数据进展在线存储，并可保存至少48小时。用

22、户可定期将这些数据转存成历史数据。并可根据数据的组号、测点号、测点名称、时间间距、类型、名称、属性等工程来检索所存储的历史数据。历史数据保存期为两年，可转储，并可根据要求进展显示、查询、打印等。4实时与历史数据分析根据水厂工艺运行与治理特点，建立各种重要参数的历史知识规那么库，自动学习建立其规那么知识库；实时收集现场数据进展计算如泵站效率，供水本钱，机组电耗等，自动根据数据规那么库建立水厂的重要参数的知识学习规那么库、分析判定泵组是否在高效区运行，分析供水电耗是否正常，供水本钱是否公道，提供消费运行治理者决策根据。可以对逐日消费运行结果进展分析与处理，提供各级人员进展分析参考。6结论至2004年9月投入运行以来，系统稳定可靠，有效解决了多种工业总线互联及远程通讯等问题，知足消费实际需求，为南洲水厂的饮用净水消费发挥了重要作用。0