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應(yīng)用設(shè)計(jì)

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南洲水廠自動(dòng)化綜合監(jiān)控系統(tǒng)

南洲水廠自動(dòng)化綜合監(jiān)控系統(tǒng)

摘要:本文介紹了南洲水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成,以及設(shè)計(jì)考慮的主要問題;系統(tǒng)有效的解決了多種工業(yè)現(xiàn)場總線互聯(lián)以及遠(yuǎn)程通訊等問題 關(guān)鍵詞: 水廠,自動(dòng)化,現(xiàn)場總線,通訊   南洲水廠是廣州市自來水公司第一間具有深度處理的全自動(dòng)化的 100 萬 m /d 飲用凈水生產(chǎn)廠,其自動(dòng)化系統(tǒng)要求以安全可靠、優(yōu)質(zhì)供水、節(jié)能降耗、管理方便為設(shè)計(jì)原則,從實(shí)際出發(fā),使水廠儀表檢測和自動(dòng)化控制達(dá)到國內(nèi)同行先進(jìn)水平。系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合考慮了設(shè)備、儀表的性能、特點(diǎn)以及水處理工藝要求和整個(gè)自控系統(tǒng)的可擴(kuò)展性及兼容性等問題,為本監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供保證。 1.  系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 南洲水廠廠內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)主網(wǎng)采用以光纖為傳輸介質(zhì)、遵循 TCP/IP 協(xié)議的(10M/100M,環(huán)網(wǎng))工業(yè)以太網(wǎng)為主干網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)場主要設(shè)備采用獨(dú)立 SLC 控制,采用 DeviceNet 等現(xiàn)場總線將其聯(lián)接構(gòu)成現(xiàn)場控制層;水質(zhì)儀表、電類計(jì)量儀表、高壓綜合繼電保護(hù)及測量等設(shè)備通過 Modbus現(xiàn)場總線構(gòu)成現(xiàn)場檢測網(wǎng)絡(luò),并與主控 PLC 連網(wǎng);主控 PLC 通過交換機(jī)連于全廠主網(wǎng)。 控制排泥車等移動(dòng)設(shè)備的小型 PLC 通過低功率、近距離的無線傳輸設(shè)備與子站主控 PLC 通訊。水廠與 30km外的取水泵站則通過 VPN 及無線方式通訊方式,監(jiān)測源水泵站狀態(tài)。水廠內(nèi)部監(jiān)控系統(tǒng)以多任務(wù)平臺(tái)上的實(shí)時(shí)監(jiān)控、開發(fā)和管理軟件組成工控局域網(wǎng)和管理以太網(wǎng)。監(jiān)控系統(tǒng)框圖見圖一所示。

2.  設(shè)備控制方式 各受控設(shè)備具有就地(就地一步化)、調(diào)試(就地?zé)o聯(lián)鎖)、停、遠(yuǎn)程控制(由上位機(jī)進(jìn)行一步化開停機(jī)或分步調(diào)試)功能。 權(quán)限級(jí)別從高到低依次序?yàn)椋和?、調(diào)試、就地、遠(yuǎn)程控制。 取水、送水及 110KV 變電站為有人值守站。其他按無人值守站考慮。 南洲廠區(qū)、取水站、公司調(diào)度室無線通訊采用廣州市自來水公司現(xiàn)有 230MHz 系統(tǒng)和電信GPRS/ GSM 方式,在三地間通過電信 ADSL 專線,進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送;有線與無線互為備用,自動(dòng)切換,正常以有線為主。通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖 2 所示。 南洲水廠、西海取水泵站之間的數(shù)據(jù)傳輸采用 VPN 方式,GPRS 作為數(shù)據(jù)的備份傳輸方式。

南洲水廠與西海取水站之間的通信以 ADSL 方式為主,南洲水廠采用固定 IP 的 ADSL 專線, 西海取水采用動(dòng)態(tài) IP。在 ADSL 通信鏈路上面建立 VPN,采用硬件 VPN 網(wǎng)關(guān)作為 VPN連接方式, 進(jìn)行信號(hào)傳輸。 3.  現(xiàn)場控制站 根據(jù)工藝流程的分布和水廠總平面布置,分別在取水泵房控制室、藥物投加室、濾池和反 沖洗泵房控制室、深度處理控制室、變配電及送水泵房控制室、污泥處理控制室等設(shè)置六個(gè)現(xiàn) 場控制站,其主要功能如下: 1)取水泵站(PLC1)    用于取水泵站的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)的采集,根據(jù)工藝過程要求通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)水泵等上述設(shè)備進(jìn)行控制。水泵機(jī)組等由小型 PLC 控制。系統(tǒng)通過總線采集泵組及其他用電設(shè)備各類參數(shù),PLC1 現(xiàn)場控制站站內(nèi) PLC通過無線系統(tǒng)水廠送水/中控室調(diào)度通訊。   2) 藥物投加系統(tǒng)(PLC2) 各藥物投加系統(tǒng)由獨(dú)立供貨商或系統(tǒng)集成商成套提供,PLC 完成系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)的控制;通過 DeviceNet 或以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與各子系統(tǒng)控制器交換數(shù)據(jù);通過網(wǎng)絡(luò)電纜與投加系統(tǒng)里的電力監(jiān)測器連接以采集其數(shù)據(jù)。 3)沉淀池及濾池系統(tǒng)(PLC3) 沉淀池及濾池系統(tǒng)控制排泥車、濾池及其反沖洗設(shè)備。主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各濾池反沖洗控制,與各格濾池就地控制柜內(nèi)小型 PLC通過現(xiàn)場總線進(jìn)行通訊。 4)深度處理(PLC4) PLC4 現(xiàn)場控制站用于深度處理設(shè)備的控制,并通過現(xiàn)場總線和 I/O 與成套設(shè)備通訊,主要包括碳濾池系統(tǒng)、制氧、臭氧系統(tǒng)。   5)送水泵站及變電站(PLC5) PLC5 現(xiàn)場控制站用于送水泵房、總出水、變配電系統(tǒng)的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)的采集,根據(jù)工藝過程要求對(duì)送水泵組、出口閥、配電等設(shè)備進(jìn)行控制。通過 DeviceNet 總線與控制泵組的小型 PLC 聯(lián)網(wǎng),對(duì)其完成測控,通過總線采集泵組及其他用電設(shè)備各類參數(shù),通過無線系統(tǒng)與取水泵站 PLC 通訊。水泵等由小型 PLC 獨(dú)立控制。變電站供配電系統(tǒng)為兩路 110kV進(jìn)線,內(nèi)橋結(jié)線,二臺(tái)站變,其監(jiān)控及保護(hù)系統(tǒng)通過 Modbus 總線與主PLC 通訊。 6)污泥處理系統(tǒng)(PLC6) PLC6 現(xiàn)場控制站用于污泥處理系統(tǒng)的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)的采集,根據(jù)工藝過程要求對(duì)主要設(shè)備及相關(guān)閥門進(jìn)行控制。 7) 中控室 PLC7 站 PLC7 站用于中控室模擬板驅(qū)動(dòng):通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊,采集接收各現(xiàn)場控制站檢測到的主要工藝設(shè)備工況及報(bào)警信號(hào),送至中控室模擬板(RS232/RS485 接口),對(duì)其進(jìn)行定時(shí)刷新,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示。 現(xiàn)場控制站 PLC 采用美國 AB 公司產(chǎn)品,主控 PLC 采用 ControlLogix 系列,設(shè)備層采用MicroLogix1500 系列,兩者以 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接,主控 PLC 經(jīng)交換機(jī)與全廠以太網(wǎng)聯(lián)接。重要站點(diǎn)如濾池等系統(tǒng)采用熱備冗余 CPU。 水廠中控室配置有數(shù)傳電臺(tái)和 GRPS通訊??? 通訊調(diào)度系統(tǒng)軟件可以在與其它 RTU 之間的通信中選擇最佳的通信信道,使系統(tǒng)在總體上達(dá)到最佳的通信效果。軟件提供人工強(qiáng)制選擇通信信道的功能;同時(shí)負(fù)責(zé)信道的故障判斷,根據(jù)實(shí)際情況,指定 RTU 的主通信信道,當(dāng)主站和 RTU 通信時(shí),根據(jù)通信失敗次數(shù)、誤碼率等參數(shù)來判別主信道的通信質(zhì)量,當(dāng)主信道出現(xiàn)故障或達(dá)不到要求的通信質(zhì)量時(shí),自動(dòng)切換到備用信道上工作。當(dāng)采用備用信道通信時(shí),主站按一定的周期檢測主信道的通信質(zhì)量,當(dāng)主信道的通信質(zhì)量回復(fù)正常時(shí),自動(dòng)切換到主信道上工作。 4.  系統(tǒng)軟件功能 本監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用組態(tài)軟件、模塊化設(shè)計(jì),并具有漢化界面。各監(jiān)控站數(shù)據(jù)從服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中獲取,以客戶端方式運(yùn)行。 現(xiàn)場控制站的操作員站的任務(wù)是在標(biāo)準(zhǔn)畫面和用戶組態(tài)畫面上,設(shè)定、匯集和顯示有關(guān)的運(yùn)行信息,供運(yùn)行人員據(jù)此對(duì)設(shè)備的運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)視和控制。操作員站要求監(jiān)視或控制本工藝點(diǎn)的生產(chǎn)過程畫面及生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),查詢和打印各種歷史數(shù)據(jù): 中控監(jiān)控管理站作為取水、凈水、供水和污泥處理的中心,用于全廠的數(shù)據(jù)監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理,具有各操作員站的全部內(nèi)容。各系統(tǒng)具有以下主要功能:    1)報(bào)警處理    2)歷史數(shù)據(jù)的管理    3)事件處理    4)人機(jī)界面    5)畫面顯示    6)數(shù)據(jù)通信    7)報(bào)表產(chǎn)生    8)實(shí)時(shí)與歷史數(shù)據(jù)分析    9)安全登錄和密碼保護(hù)    10)操作控制功能:    11)其它功能。    ?報(bào)警處理    在任何時(shí)間和在任何顯示上工作站均能在畫面頂部或底部顯示出總的報(bào)警信息,包括報(bào)警設(shè)定值(報(bào)警條件)、報(bào)警值、報(bào)警狀態(tài)、報(bào)警時(shí)間。這些報(bào)警信息通過報(bào)警聲音提醒,使操作人員可以快速地調(diào)用與本報(bào)警有關(guān)的畫面,以得到可以尋找故障原因的詳細(xì)資料。如果需要可以按要求調(diào)用并按命令分別打印登記在數(shù)據(jù)庫中的報(bào)警內(nèi)容。對(duì)于長期不正常事件(由監(jiān)視人員確認(rèn)后)可禁止報(bào)警和登錄。對(duì)于已確認(rèn)的報(bào)警應(yīng)帶上報(bào)警發(fā)生時(shí)標(biāo),存入報(bào)警數(shù)據(jù)庫。對(duì)于末確認(rèn)的報(bào)警應(yīng)持續(xù)發(fā)出聲光報(bào)警,直至值班人員確認(rèn),還可依據(jù)報(bào)警信號(hào)重要性動(dòng)態(tài)改變報(bào)警級(jí)別。    ?歷史數(shù)據(jù)的管理    操作人員依權(quán)限可按要求進(jìn)行分類列表,對(duì)于變量應(yīng)表明時(shí)標(biāo),屬性,測量范圍,實(shí)時(shí)值,并用顏色或符號(hào)表明數(shù)據(jù)性質(zhì)。也可以在表格上用“指針”選定數(shù)據(jù)點(diǎn),對(duì)其設(shè)定值,測量范圍,數(shù)據(jù)性質(zhì)進(jìn)行修改。    ?事件處理    a. 事件登記    報(bào)警、調(diào)度命令及設(shè)備操作命令、掛標(biāo)記牌操作、修改設(shè)定值或?qū)懭霐?shù)據(jù)等事件都記入不可修改的“事件登記簿”。    b. 事件檢索    操作員可在“事件檢索”的視窗中按事件類別名稱、對(duì)象名稱、事件起始至截止的日期和時(shí)間及對(duì)象編號(hào)進(jìn)行檢索。    c. 事件記錄存儲(chǔ)    事件庫中具有足夠的容量存放事件登記,事件登記每天以數(shù)據(jù)文件形式入庫,盤區(qū)存滿后通知操作員移出另外存儲(chǔ)。    ?人機(jī)界面    a. 人機(jī)界面運(yùn)用開放系統(tǒng)的圖形窗口技術(shù)。    b. 友好的操作人員界面。    c. 程序員可在線修改和編輯畫面。    d. 支持三維圖形。    e. 帶有詳細(xì)的聯(lián)機(jī)幫助功能。    ?畫面顯示    a.站級(jí)顯示:包含站內(nèi)整個(gè)系統(tǒng)及相關(guān)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)總貌,顯示出主設(shè)備的狀態(tài)、有關(guān)參數(shù)以及控制回路中過程變量與設(shè)定值的偏差。工藝控制圖形的總體結(jié)構(gòu)形式為窗口式和分層展開式相結(jié)合。    b.功能組顯示:包含過程輸入變量、報(bào)警條件、輸出值、輸入值、設(shè)定值、單元標(biāo)號(hào)、縮寫的文字標(biāo)題、控制方式、報(bào)警值等。功能組顯示畫面包含所有監(jiān)控單元或回路。    c.細(xì)節(jié)顯示:可觀察以某一單元為基礎(chǔ)的所有信息。    d.其它顯示:包含報(bào)警顯示、趨勢顯示、成組顯示、棒圖顯示、幫助顯示、系統(tǒng)狀態(tài)顯示等。    e.在各個(gè)工藝過程的合適位置實(shí)時(shí)顯示主要相關(guān)數(shù)據(jù)。    f.畫面顯示系統(tǒng)的操件采用圖形標(biāo)記,下拉式屏幕菜單和鍵盤按鈕。 所有顯示和打印輸出均可顯示出以 24 小時(shí)時(shí)間型式的時(shí)間。    g.趨勢圖顯示功能    可以用棒狀圖或線狀圖顯示歷史趨勢或當(dāng)前趨勢,可選擇 1 條至 16 條實(shí)時(shí)或歷史趨勢圖(用不同顏色)在同一時(shí)間內(nèi)顯示在一幅畫面上。當(dāng)前趨勢顯示根據(jù)實(shí)時(shí)原理不斷校正。     操作員可以方便地調(diào)整趨勢顯示的時(shí)間坐標(biāo)或輸入范圍。 5. 組態(tài)軟件配置 組態(tài)軟件采用服務(wù)器 RSVIEW SE 版本;系統(tǒng)服務(wù)器配置成域控制器,并使用雙機(jī)熱備方案。RSVIEW SE 使用冗余設(shè)計(jì);后臺(tái)數(shù)據(jù)庫使用 SQL Server。RSVIEW SE 從<< p="">

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