石家莊市引崗黃水庫水供水二期工程自控系統的選擇與應用

分類：技術教程日期：2007-03-26 00:00:00

1 引言
目前，隨著計算網絡技術、通信技術和自動化水平的提高和發展，先進的生產過程監控系統及辦公自動化信息管理系統已作為現代企業必不可缺的經營和管理手段，對于提高企業的工作效率和管理水平，發揮著越來越重要的作用。目前監控系統的發展趨勢是突破傳統的、孤立的、封閉式的系統模式，達到完全開放式的、高可靠性和直面對象的實時多任務信息監控管理系統。

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、綜合樓及附屬構筑物等。早在2000年項目建設之初，我們就充分認識到了控制系統的實時性及開放性的重要所在。小型工業以太網在當時國內還比較少見，但經過多方調研及比較，最終確定選用澳大利亞MITS a unit of LOGICA公司的SMS監控系統。
MITS公司的站級監控系統SMS是專門為泵站和變電站設計的實時多任務小型工業以太網監控系統，具有實時、分布式關系型數據庫系統。同時采用了“容錯”技術, 保證系統高可靠性。相對于傳統的“主/從”備份型式, 它采用雙機互為熱備份的技術，不僅保證了系統的高可靠性, 同時系統可實現從單、雙服務器到多服務器的規模化的特點, 有利于系統今后的擴展。

3 系統設計
3.1 監控系統構成
項目網絡示意圖入圖1所示。該監控系統為實時多任務一級監控系統，配水泵房設監控主站，它下設兩個現場站，其一配水泵房現場站負責采集、監控變配電系統、泵房內設備及部分儀表;其二加氯間現場站負責采集、監控加氯系統、加氯間內設備及部分儀表。配水泵房監控主站及配水泵房現場站安裝于泵房控制室內，加氯間現場站安裝于加氯間值班室內。
同時生產過程監控系統的數據還要通過無線網絡與自來水公司調度系統保持實時通訊。

圖1 SMS監控系統網絡示意圖
泵站管理信息系統設在綜合樓內，它通過網橋與實時生產監控系統相連。
在泵站周邊還設有數個管網壓力測量點，它們的實時數據也要采集進泵站監控系統。
系統網絡采用先進的互為熱備份10/100MB/s的雙以太網，符合IEEE802.3的網絡標準，采用TCP/IP網絡協議。SMS SCADA系統采用Windows NT中文操作系統，泵站信息管理系統也采用Windows NT。泵站信息管理系統通過HUB(視為同一網段)與SCADA系統相連。SCADA系統通過ODBC將數據傳到泵站信息管理系統，且不影響SCADA系統的運行速度。SMS SCADA服務器通過SQL將采集的數據寫到數據庫中，為泵站信息管理系統、公司調度系統等有權限的用戶提供網絡共享服務，進行諸如報表生成，數據分析等工作。
在控制中心, MITS 采用TCP/IP協議, 建立與 Windows NT主機服務器、工作站、打印機等的連接。網絡通訊速率可達100MB/S。使用TCP/IP的方案保證用戶的資源和網絡發展, 從而節省額外投資。
SMS系統是開放、分布式的監控系統。包括基于Windows NT操作系統下的監控軟件。同時SMS系統通過標準的SQL和ODBC與用戶的管理信息系統進行數據交換。
具備支持開放式的“Internet”連接功能，支持用戶根據安全權限，遠程訪問SMS系統。
在計算機硬件系統中，該SMS監控系統的SMS SCADA監控主機服務器采用高性能、高可靠性的COMPAQ奔騰III 866MHz，256M內存，21″彩色監視器(分辨率達到1280×1024)監控計算機，工作站采用COMPAQ EC奔騰III 800MHz，256M內存，21″彩色監視器(分辨率達到1280×1024)計算機。其中監控主機服務器與工作站互為冗余熱備方式，每臺設備均可百分之百的承擔系統全部任務，當其中一臺計算機發生故障時，另一臺計算機可繼續工作，使整個系統具有極高的可靠性和擴展性。
報警與事件打印分開設置，2臺A3 EPSON LQ 1900K打印機，分別用于系統實時報警記錄的打印和事件記錄的打印。
泵房現場站及加氯間現場站均選用MD1000 RTU/C控制器。完成現場采集和監控功能，并能把現場采集的數據和狀態量通過SMS SCADA通信鏈路傳輸到監控中心，而監控中心可以把下發命令和數據通過通信鏈路傳輸到相應的現場MD1000 RTU/C。MD1000 RTU/C具有支持雙網的特點，提高了控制系統的可靠性。
MD1000 RTU/C采用了標準的LAN網絡硬件和協議用于分布處理, 并對網絡狀態變化, 提供快速響應。
同時MD1000 RTU/C是模塊化結構, 在槽內插入不同的模塊, 即可組態不同的應用能力。它提供了比其它的傳統性PLC更強的控制和通信功能，可支持DNP3.0, MODBUS等通用的數據通信協議，可與多種RTU和PLC之間進行通信。這樣就滿足了工程中許多電氣設備的通訊要求。例如:直流屏的通信協議為DNP3.0、變頻器及加氯機的通信協議為MODBUS。
最主要的是當監控計算機及雙冗余以太網同時發生故障，即泵站監控中心及GUI癱瘓時，MD1000 RTU/C仍然可以正常工作，不影響企業生產，這一點極大地滿足了供水行業生產的特殊性。使整個供水系統真正成為穩定的、高可靠性的、安全的系統。
系統增加的測壓點RTU采用MITS MD3311RTU/C，將采集的本地數據通過無線網絡傳輸到監控中心。

3.2 通信系統構成
泵站通信系統設計原則為:按無線信道為主，有線信道為輔，故障狀態下互為備用來考慮。
MITS MD1000 RTU/C提供遵循工業標準通訊接口, 如RS-232, RS-485, IEEE802.3 Ethernet(以太網)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, 微波和衛星等通訊接口。并兼有通訊服務器的功能。
首先在泵站內設微波通訊塔，與公司調度之間采用微波通訊，此外向當地電信局申請DDN專線作為與公司調度之間的備用通信信道。
自來水公司原有調度系統選用的是摩托羅拉設備，監控系統設MCPM協議轉換RTU，將MODBUS協議轉換為MDLC協議以便與公司調度系統通訊。達到兩期系統的完整性。使泵站監控系統的數據實時地傳送到公司調度系統。
DDN專線的傳輸帶寬為64k，這一速率完全可以滿足泵站監控系統的需要，當然可以申請更高速率的專線，但性能價格比差。
臺無線數傳電臺與一期公司調度系統及新增測壓點構成無線通訊網絡。
在MITS SMS GUI服務器里安裝MITS ODBC軟件,以將SCADA系統與泵站信息管理系統連接,達到SCADA系統與管理系統的完美結合。
MITS能夠建立在基于TCP/IP上的網絡能力, 來提供對于如Telnet, SLIP和CSLIP的支持。這些協議提供給用戶從遠方來訪問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機制，可減小非法訪問進入系統。

4 軟件開發
監控軟件建立于WINDOWS NT之上，利用與RTU設備相配套的SCADA平臺軟件，在泵房監控站編制數據采集軟件，進行實時和歷史數據的處理，進而編制實時工況畫面，趨勢畫面，報警畫面等軟件。掛網設備做到實時通信，資源共享。
SMS系統同時也具有一個先進的圖形用戶界面(GUI), 允許用戶訪問全部SMS SCADA功能數據。GUI提供給用戶一個非常強大的, 方便易用的組態設計工具，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行網絡連接的編輯。
MITS所提供的SMS系統, 具有全監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, 使用戶能夠維護和提高這個控制系統, 以及實現仿真應用。MITS將提供給用戶綜合的技術培訓, 使用戶具有應用開發能力。
在工程中我們開發的主畫面有:全廠主工藝流程圖、加氯系統圖、10/0.4kV電力系統圖等。在主工藝流程中軟件組態基本上分為供水蓄水流程、調速泵啟動流程、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