牡丹江四水厂监控系统在供水企业的应用

　　【摘要】简要介绍了牡丹江四水厂监控系统的系统结构，硬件和软件及功能设计，并结合国内水厂监控系统的应用情况，介绍该厂在监控系统改造方面进行的积极探索和应用。
　　【关键词】监控系统，INTOUCH，PLC（可编程控制器）
　　
　　牡丹江四水厂源水为牡丹江江水，取水泵站位于江边，设双吸离心泵5台，日取水能力22万立方米，至净水厂设DN900毫米、长1500米输水管道三条。
　　水厂占地面积8万平方米，主要建筑物有净化间、药剂间、变电所、送水泵站、排水泵站、中心控制楼等。
　　一期工程净化系统设有稳压井、隔板反应池、虹吸滤池；二期工程净化系统设有竖轴式机械搅拌混合池、网格反应池、斜管沉淀池、气浮池、虹吸滤池。
　　药剂间内设投药及加氯系统，投药系统由硫酸铝投加、水玻璃投加和氢氧化钠投加组成。
　　送水泵站设双吸离心泵6台，由三条DN900毫米管道向市区供水。
　　二期工程引进挪威政府贷款，进口国外设备，采用自动控制，对一期工程进行了改造，并对原取水泵站、送水泵站、变电所及药剂间主要设备进行了更换。全厂自动控制系统设中心控制室及5个自控分站。
　　一、监控系统技术改造的基本原则
　　1、选用成熟的、技术先进的产品。
　　2、选用界面友好、稳定可靠、安全性高、操作维护简单方便和开放性好的软件系统。
　　3、系统的硬件设备和软件选择应充分考虑现有系统的特点，充分考虑今后运行维护和升级换代的方便。
　　4、实时性强，并有丰富的人机联系手段。
　　5、应充分考虑合理利用现有设备和软件，以降低改造费用。
　　6、系统的升级改造工作不应影响水厂正常的生产和安全。
　　7、所选硬件设备和软件系统应符合国际和国家的有关标准。
　　二、监控系统结构
　　３.1监控系统硬件构成及完成的功能
　　3.1.1厂站级主工作站
　　厂站级主工作站设有两台服务器，互为热备用，任何一台服务器故障，系统仍可安全可靠运行。服务器是采用SUNBlade2500，采用了技术先进的高主频SPARC64位CPU芯片，操作系统是SUN公司的UNIX操作系统Solaris，它是获得国际工业标准组织认可的64位操作系统，具有成熟可靠和性能完善的UNIX操作系统，配有19寸液晶显示器，厂站级工作站上有全厂的数据备份功能，负责分站的运行管理，AGC、AVC计算和处理，经济运行及优化调度，数据库管理，综合计算，事故故障信号的分析处理等。
　　3.1.2操作员工作站
　　操作员工作站为两台HPWorkstationXW4200，配有两台21寸液晶显示器，操作系统为Readhat9.0。操作员工作站供运行值班人员使用，具有图形显示、运行监视、发操作控制命令、设定与变更工作方式，各图表曲线的生成，事故故障信号的处理等功能。水厂所有的操作控制和负荷调节，都可以通过鼠标器及键盘实现；通过液晶显示器可以对水厂的生产、设备运行作实时监视，并取得所需的各种信息。同时还具备在通道发生故障时，短时间记录历史数据的功能，在通道恢复时，将历史数据备份到梯级调度中的计算机监控系统中。
　　3.1.3工程师站、打印及语音报警服务器
　　工程师站，打印及语音报警服务器为HPWorkstationXW4200，配有21寸液晶显示器。工程师站用于系统维护和管理人员进行修改定值，增加和修改数据库、画面和报表，并可做应用系统的开发和软件维护工作，具有操作员工作站及培训站的所有功能。打印机直接连接在计算机监控系统的网络上，在打印服务器的驱动下，完成打印功能。同时还能提供远程诊断功能，通过电话拨号方式，可以将远程计算机与水厂计算机监控系统连接，实现在线诊断和远程维护。
　　3.1.4通讯处理机
　　通讯处理机主要实现模拟屏与GPS时钟同步的接口功能，把模拟屏的遥信信号和遥测信号采集过来，通过这样的方式加强了监控系统全面监视的功能。与GPS进行通信，上位机通过通讯处理机使监控系统达到时钟同步。
　　3.1.5网络设备
　　牡丹江四水厂计算机监控系统的网络由100M光纤以太网络交换机等网络设备构成，通过路由器与广域通讯网络相连接实现与牡丹江梯级调度中心通信，实现梯调遥控的功能，分站的计算机设备都按IEEE802.3标准连接到快速的光纤以太网上。网络交换机设备和网络路由器设备全部采用美国CISCO公司，交换机型号为Cisco2950，路由器的型号为Cisco2611。
　　3.1.6就地控制单元
　　就地控制单元包括5台机组，均采用了法国施耐德公司的MODICONTSXPREMIUM系列PLC（可编程控制器），包括电源模块、开入模块、开出模块、模拟量模块、测温模块。机组PLC通过南瑞的多功能串口装置SJ-30把多功能表、温度巡检装置、调速器等设备与PLC相互通讯，通过PLC把采集的信息量上送给上位机。厂用/公用PLC通过MB+网络与两台主机进行通讯，把主机的信息通过MB+网络送入到厂用/公用PLC上，并上送至上位机。
　　3.2监控系统软件构成
　　牡丹江四水厂软件主要是工控软件INTOUCH系统，它是基于分布式对象计算技术，从系统的规划、设计、软件实现到提供给用户的组态工具、应用界面都使用了面向对象和跨平台的技术。具有充分的开放性、可扩展性和异构平台适应性。NTOUCH系统主要包括图形组态、顺控组态、报表组态、数据库组态等。它的主要特点如下如示：
　　1、采用Windows3.0管理内存，扩大存贮空间，因而使NTOUCH软件对被监控的点数（回路数）和最大画面数均不受限制。
　　2、作图功能完善，图形逼真。
　　3、具有十一种数据类型，及其数据类型转换功能。
　　4、具有实时曲线图四条、历史趋势曲线四条和报警画面，做在线操作人员的在线指导。
　　5、多种用户数据输入方式。
　　6、组态方式灵活。
　　４监控系统的主要功能
　　4.1功能概述
　　计算机监控系统能实时、准确、有效地完成对各分站被控对象的安全监控。其主要功能如下：数据采集和处理；安全运行监视；控制与调节；梯级调度调度控制、调节；运行参数记录、统计；报警、语音报警及电话自动报警（ONCALL）；人机界面；数据通信；系统自诊断；软件开发与维护；运行指导；仿真培训等功能。[!--empirenews.page--]
　　4.2各级功能的分配
　　计算机监控系统的控制级别分为梯级调度中心控制、水厂中心控制室站级控制及就地控制三级。正常运行时，由梯级调度中心监控系统对水厂进行远方实时控制、安全监视及调度管理。水厂计算机监控系统的操作员工作站只有在控制权切到水厂控制时才可以完成监控功能。水厂计算机监控系统的操作员工作站配置有实时数据库和历史数据，实时数据库保证在发生控制权切换时，完成监控功能，历史数据库功能主要在水厂与梯级调度中心的通讯主、备通道全部中断时，为了保证历史数据不丢失。PLC既作为水厂监控系统的就地控制层，向水厂级和梯级调度中心上行发送采集的各种数据和事件信息，接受水厂级和梯级调度中心的下行命令对设备进行监控，又能脱离水厂级和梯级调度中心独立工作。因此在系统总体功能分配上，数据采集和控制操作的主要功能均由PLC完成。其它的功能如水厂运行监视、事件报警、与外系统通讯、统计记录等功能则由水厂级和梯级调度中心的计算机监控系统完成。
　　4.3就地单元监控装置的功能
　　4.3.1数据采集与处理
　　PLC通过此功能对水厂的主、辅设备的运行状态和运行参数及测量值进行实时采集，存入实时数据库，作为系统实时监视、报警、控制、制表，计算和处理的依据。同时机组PLC通过南瑞的多功能串口装置SJ-30把多功能表、温度巡检装置、调速器等设备与PLC相互通讯，通过PLC把采集的信息量上送给上位机，完成对模拟量、开关量、温度量、电度量等采集和处理。
　　4.3.2安全运行监视
　　对现场的点量进行状态监视和事件报警、事件顺序记录；越复限检查和梯度越限检查和报警；水厂设备的状态监视变化趋势和参数显示；系统事故或运行设备工作异常时，监控系统能自动输出音响报警。
　　4.3.3控制和调节
　　控制方式分为梯调中心、水厂中控室、就地控制方式。水厂的控制和调节功能主要有：单台机组的开、停机操作；机组的负荷调节；机组的碟阀开启、关闭操作；机组的开关操作；机组油、水、气等辅助设备的操作；各种机组状态的转换控制事故停机及紧急停机；牡丹江四水厂要求负荷调节速度快，调节准确，为了达到这一目标，监控系统把数字量直接下送到PLC寄存器中，通过PID调节算法，直接将开出脉冲发送至调速器或励磁调节器，达到控制负荷的作用。
　　4.3.4数据通信
　　PLC的通信包括以下内容：
　　1、作为监控系统光纤以太网络中的节点与水厂级进行通信，向水厂级和梯级调度发送数据采集和事件信息，接受其下行的控制命令并将执行结果回送水厂级和梯级调度。
　　2、作为就地控制单元实现和各种智能采集装置等设备的通信。
　　4.3.5自诊断
　　提供完备的硬件及软件自诊断功能，包括在线周期性诊断、请求诊断和离线诊断。诊断内容包括：CPU模件故障；计算机内存自检；通讯模件故障；电源故障；硬件及其接口自检：包括外围设备、通信接口、各种功能模件等，当诊断出故障时，应自动发出信号。对于I/O模件诊断，达到诊断到每一I/O点；自恢复功能(包括软件及硬件的监控定时器功能)；掉电保护。
　　５监控系统特点
　　5.1采用全分布开放系统结构，数据服务器、操作员工作站、工程师工作站等都使用符合开放系统国际标准的UNIX操作系统，网络软件为TCP/IP、工作站图形系统符合X-Window/Motif标准。上述各计算机都直接接入高速网络，可获得高可靠性、高速通讯和共享资源的能力。
　　5.2网络上接入的每一设备都具有自己特定的功能，实现功能的分布，每个节点严格执行其规定的功能，并通过网络与其它节点交换信息，既保证了某一设备故障只影响局部功能，又利于今后功能的扩充。网络采用高可靠性的快速工业以太网，充分保证计算机监控系统网络的可靠性。
　　5.3拥有丰富的组态工具，可实现对全系统所有功能的组态，包括系统配置组态、I/O数据库组态、对象数据库组态、图形组态、可视化流程组态，历史库组态和报表组态。
　　5.4光字牌画面自动生成，可按事故、故障定义光字牌的颜色，可按对象、事件类型进行光字牌显示及查询。
　　5.5系统先进、可靠。各级工作站均采用开放式系统结构，各级工作站、通讯处理机及PLC直接接入以太网可获得高速通讯和资源共享，使系统既可靠实用、又便于扩充，整个系统性价比高。
　　5.6全面的监控功能，系统可以通过就地控制单元、中控室及梯调对现场进行全面的监控，一旦发生事故或故障，On-Call系统会自动寻相关的运行人员，维护人员及生产技术管理人员，以保证生产的正常进行。
　　5.7水厂分站的主要设备的控制由计算机监控系统来实现，取消了常规控制。
　　６结束语
　　本文通过对牡丹江自来水公司四水厂的监控系统改造、完善、更新，优化了系统控制模式，水厂的综合自动化水平有了显著的提高，为“梯调遥控，无人值班，少人值守“奠定了基础，通过监控系统的运行，各项功能可靠，运行、维护方便，大大提高了生产系统的自动化水平和运行人员的劳动生产力，节省了生产成本，为同类水厂的监控系统的应用及改造具有一定的指导意义。
　　参考文献
　　[1]南瑞自动化专辑，水（电）厂自动化1997（2）
　　[2]计算机监控系统功能与设计，水（电）厂自动化2002（3）
　　[3]东北勘探设计研究院计算机监控系统改造方案2005

《牡丹江四水厂监控系统在供水企业的应用》

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