摘要：本文介紹了南洲水廠自動化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成，以及設(shè)計考慮的主要問題；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化的 100 萬 m /d 飲用凈水生產(chǎn)廠，其自動化系統(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)計原則，從實(shí)際出發(fā)，使水廠儀表檢測和自動化控制達(dá)到國內(nèi)同行先進(jìn)水平。系統(tǒng)設(shè)計綜合考慮了設(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)平臺上的實(shí)時監(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：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)備工況及報警信號，送至中控室模擬板（RS232/RS485 接口），對其進(jìn)行定時刷新，實(shí)現(xiàn)實(shí)時動態(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，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，自動切換到備用信道上工作。當(dāng)采用備用信道通信時，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，自動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，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）報表產(chǎn)生    8）實(shí)時與歷史數(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。    ?報警處理    在任何時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警信息，包括報警設(shè)定值（報警條件）、報警值、報警狀態(tài)、報警時間。這些報警信息通過報警聲音提醒，使操作人員可以快速地調(diào)用與本報警有關(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)庫中的報警內(nèi)容。對于長期不正常事件（由監(jiān)視人員確認(rèn)后）可禁止報警和登錄。對于已確認(rèn)的報警應(yīng)帶上報警發(fā)生時標(biāo)，存入報警數(shù)據(jù)庫。對于末確認(rèn)的報警應(yīng)持續(xù)發(fā)出聲光報警，直至值班人員確認(rèn)，還可依據(jù)報警信號重要性動態(tài)改變報警級別。    ?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，對于變量應(yīng)表明時標(biāo)，屬性，測量范圍，實(shí)時值，并用顏色或符號表明數(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、對象名稱、事件起始至截止的日期和時間及對象編號進(jìn)行檢索。    c. 事件記錄存儲    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。    ?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．站級顯示：包含站內(nèi)整個系統(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、報警條件、輸出值、輸入值、設(shè)定值、單元標(biāo)號、縮寫的文字標(biāo)題、控制方式、報警值等。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．在各個工藝過程的合適位置實(shí)時顯示主要相關(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 小時時間型式的時間。    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)時或歷史趨勢圖（用不同顏色）在同一時間內(nèi)顯示在一幅畫面上。當(dāng)前趨勢顯示根據(jù)實(shí)時原理不斷校正。     操作員可以方便地調(diào)整趨勢顯示的時間坐標(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；后臺數(shù)據(jù)庫使用 SQL Server。RSVIEW SE 從<< p="">