基于PLC和無線數(shù)傳的SCADA系統(tǒng)在水廠中應用 2011-01-27 11:38:31來源:互聯(lián)網(wǎng)

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1、引言

自來水廠的制水過程是從水源地取水經(jīng)輸水管網(wǎng)至水廠經(jīng)處理達標后通過配水管網(wǎng)送至用戶。北京市石景山區(qū)楊莊水廠是以地下水為水源的水廠，規(guī)劃供水管線39千米，其中輸水管線4千米，配水管網(wǎng)35千米，工期工程設計供水能力為5萬噸/日，1998年月12月正式供水。該廠有10口水源井、1口補壓井及1 配個水廠，水源井潛水泵電動機容量為6臺85KW、4臺45KW，補壓井為45KW，配水廠內(nèi)有配水泵房一座、清水池兩座、變電站一個、加氯間一座、綜合樓一座，配水泵房內(nèi)有6臺160KW配水泵，其中2臺為變頻調(diào)速泵，4臺工頻泵，由兩路10KV/0.4KV容量為800KVA變壓器，加氯間有3臺加氯機，配水管網(wǎng)設有8個遠端壓力測量點。

我們針對水廠制水過程的特點和對控制系統(tǒng)的功能要求，并根據(jù)該廠的具體情況，最終決定采用羅克韋樂自動化的基于PLC的SCADA系統(tǒng)和基于客戶/服務器HMI組態(tài)軟件RSView32活動顯示系統(tǒng)（Active Display System ,ADS）
2、水廠對控制系統(tǒng)的要求

2.1、分散性

水廠最大的特點是地域極為分散。通常水源地、補壓井、測壓點距離廠區(qū)幾公里甚至幾十公里，這樣就造成控制系統(tǒng)I/O點分散，因此需要分布式的具有SCADA功能的控制系統(tǒng)。此外，控制功能也具有分散性，如各配水泵、水源井能分別地，互不影響地進行起動或停止控制。

2.2 集中監(jiān)控

為了節(jié)省人力，降低制水成本，水源井、補壓井等應常常是無人值守，操作人需要在中控室對整個水廠進行集中監(jiān)控。

2.3 小型化、集成化

以水源井為例，泵房內(nèi)通常有一口號或兩口井，對一臺或兩臺泵的控制點數(shù)很少，對于管網(wǎng)測壓點也很少。因此為了降低系統(tǒng)造價，控制系統(tǒng)需要小型化、低成本的具有集成SCADA通訊功能的控制器。

2.4 適應性

通常水源井泵房內(nèi)環(huán)境溫度一年四季變化很大，對于北方地區(qū)更是如此，此外供水量隨著季節(jié)和白天夜晚有很大變化，控制系統(tǒng)應能適應環(huán)境和供水量的變化，保持穩(wěn)定供水。

2.5 以邏輯控制為主

水廠的控制大部份是對輸水泵和配水泵的邏輯控制，回路控制通常只應用在加氯量及出水壓力的控制。而邏輯控制是可編程序控制器（PLC）的傳統(tǒng)應用領域，因此這也是目前水廠的控制系統(tǒng)廣泛采用PLC的原因。

2.6 可靠性、安全性

水廠的安全、穩(wěn)定運行直接關系到千家萬戶，所以從控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計、軟硬件產(chǎn)品質(zhì)量到控制程序編制等各個環(huán)節(jié)都必須是高可靠性的。

2.7 可維持性

系統(tǒng)在系統(tǒng)軟件、應用軟件和硬件方面具有強大的報警和故障自診斷功能，方便工程師對系統(tǒng)故障進行分析和維護。

2.8 可擴展性

系統(tǒng)應采用具有一定標準及應用較為廣泛的軟硬件產(chǎn)品，并考慮一定的余量，為將來水廠的擴建及系統(tǒng)的變更打下基礎。

2.9 開放性

開放性是用戶對控制系統(tǒng)的普遍需求。隨著計算機和網(wǎng)絡技術的發(fā)展和應用的普及，人們越來越需要過程控制系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)交互信息，從而實現(xiàn)管理與控制一體化。盡管各控制系統(tǒng)生產(chǎn)廠家在現(xiàn)場控制器模塊級還不可能完全開放或通用，但必須要求上位機監(jiān)控系統(tǒng)具有開放性，例如：監(jiān)控系統(tǒng)應基于微軟公司的WindowsNT、2000或9X平臺，支持各種規(guī)范的協(xié)議如OPC、ODBC、ActiveX、DDE等。
3、 控制系統(tǒng)構(gòu)成

3.1 控制系統(tǒng)硬件

楊莊水廠根據(jù)系統(tǒng)不同功能層次采用四種通信方式，共有19個PLC控制站構(gòu)成控制系統(tǒng)。以太網(wǎng)用于系統(tǒng)的管理層，DH+網(wǎng)和無線通訊用于各PLC控制器及計算機操作站之間的控制層通訊，遠程I/O網(wǎng)用于配水廠PLC控制器與變頻器軟起動器的設備層通訊,管理層與控制層通過服務器實現(xiàn)信息交互。DH+網(wǎng)和遠程I/O網(wǎng)采用屏蔽雙絞線進行通訊，具有連接方便、通訊距離遠的特點,是PLC通訊應用很廣的工業(yè)網(wǎng)絡,在通訊速度為57.6Kbps下，不加中繼可達10000英尺（3040米）加中繼可達12公里，DH+網(wǎng)可掛接64個控制器，遠程I/O網(wǎng)可掛接32個設備。無線通訊采用具有SCADA功能DF1主從通訊協(xié)議，PLC通過其標準RS232口與數(shù)傳電臺相連來實現(xiàn)無線通訊，通訊速率為9600bps/19200 bps。PLC1作為SCADA系統(tǒng)的主站用于控制和監(jiān)測配水系統(tǒng)和供電系統(tǒng)，PLC2用于監(jiān)控加氯系統(tǒng)，PLC00～PLC03、PLC07分別控制0#～3#、07#水源井，PLC05、PLC08分別控制5#、6#、和8#、9#兩口水源井，PLC10控制10#補壓井，PLC11～PLC18用于配水管網(wǎng)壓力監(jiān)測，位于中控室的OS1、OS2計算機PLC00～PLC02控制器只采用DH+網(wǎng)進行通訊；3#水源井～9#水源井距廠區(qū)較遠，為了防止通訊電纜被意外切斷影響水廠的運行，PLC03～08控制器采用互為熱備的DH+網(wǎng)和無線通訊，通常性況下采用速度較高的DH+有線通訊，一旦DH+網(wǎng)通訊失敗，系統(tǒng)將自動轉(zhuǎn)換到DF1無線通訊；10#補壓井和測壓點距離廠區(qū)更遠，采用有線通訊方式代價太高，因此PLC10及PLC11～PLC18控制器只采用DF1無線通訊方式。