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1、苏州市自来水公司供水调度监控系统 一、 系统概述苏州市自来水公司供水调度与数据监控系统于2000年10月正式实施，一期完成市区城市供水部分，二期完成区域乡镇供水部分，该系统的监控对象包括取水头部、城市供水管网、自来水厂、区域供水增压站等。本系统通过对水厂生产和管网运行过程的实时监控和综合处理分析，提供合理的调度方案，完成调度台帐和调度日志，建立完整的数据库，并为优化调度和智能调度提供硬件和软件基础。系统引进远动领域和计算机领域的最新技术成果，在运行可靠性和技术先进性上有明显优势。二、 系统结构1. 网络布置本系统的网络布置从内容而言涉及到取水头部、水厂调度室、水厂局域网、管网监测点、增压站、公
2、司调度室和公司局域网。本系统的网络布置从网络结构上可分为三个层次：设备层、控制层和信息层。最底层是设备层，即分布在水厂、增压站和供水管网上的各个监控终端，其主要任务是接受各种工况数据采集装置所采集的实时数据，进行现场处理及向上转发工况数据。中间层是控制层，即公司和各水厂调度室的监控平台，其主要任务是对整个调度系统进行监控和管理操作，并向公司（水厂）局域网发送有关公司生产及供水服务情况的Web页。最上层是信息层，即公司计算机中心的服务器，接受“Diaodu ”域中的调度监控系统工作组从网上发布的Web主页，提供相关的公司生产信息和供水状况数据。2. 通讯 远程调度系统中，通信的技术性能是全面衡量
3、整个系统技术经济指标的重要内容，通信的技术性能包括通信结构、通信信道和通信规约等。通信设备和信道的可靠性直接影响到整个系统的运行稳定性。本系统远传网络通信信道的物理介质包括光纤、模拟专线、DDN数据专线和ADSL等等。工程实施的初期，由于每个供水管网监测点的数据量较少，管网监测点与系统网络的通讯采用租用专线（电信模拟专线）的方式，组成点对点的物理结构，通讯规约为DF1。考虑终端设备速率、工作速率误差、接受灵敏度、回流损失、载波频率转移和远端回波抑制等多个指标，调制解调器选择Heyes公司的ULTRA336LCD专线Modem。调度室的主控机由于要同多个远程站进行通讯，为更有效的完成各项通讯控制
4、，减轻计算机主CPU的任务负担，选用了带CPU的智能通讯扩展卡，通过编程设置，通讯卡将独立完成对通信口数据流的控制，控制器的主CPU则完成通信规约的实现、实时数据的内存映射，数据整理等。但由于模拟专线的方式受到距离、气候等外界因素影响较大，为提高通讯质量，在工程实施后期，将模拟专线的方式全部改成了DDN专线的方式，目前的数据传输相当稳定，达到了生产数据的同步性和真实性。2002年开始，苏州市自来水公司将原吴县市北部10个乡镇、470平方公里的区域进行了区域供水，该部分的供水调度和数据监控也纳入整个调度网络，供水管网监测点与增压站采用ADSL的通讯方式。公司调度室与各个水厂、增压站之间的通讯采用
5、光纤数字网络，目前开通的带宽为256k，如果需要图象传输，最大可以达到10M带宽。由于光纤网络具有的高速宽带性能，事实上已将公司调度室与各水厂的网络通信从物理上的远程广域网络等效为逻辑上的本地局域网络，因此，本系统在公司调度室与各水厂的远程通信方案上也将采用通用的以太网结构，并选用广泛使用的TCP/IP网络协议。系统不采用由公司调度室计算机与各厂计算机进行通信连接的传统模式，而采用公司调度室直接与各厂包括计算机和主PLC组成的厂以太网进行连接的方式，以消除各厂计算机在整个系统网络通信的瓶颈影响，也排除了因各厂计算机的运行故障、关机等情况造成系统网络的断链现象，另外，各厂的计算机也可通过以太网，
6、用RSLinx软件提供的OPC或Getway（网桥）功能，读取其他任何控制终端的实时数据（包括管网控制点和其他水厂PLC）。由于整个系统涉及到水厂原有的自控设备，所以除以太网络外，系统中还包括DH+网络、CONTROLNET网络、DDN专线RS232通信等等。详细的网络结构图如下：3. 上位机组态调度系统上位机选用的操作系统为WindowsNT或Windows 2000，工控平台则选用美国Rockwell公司的新一代人机监控软件包RSView32。由于RSView32所提供强大的实时监控和调度管理功能，通过RSView32平台，调度员即能监视供水管网实时状态，又能对管网实时数据进行记录处理，提
7、供实时图表曲线，形成了以RSView32调度监控平台为中心的，以水厂和管网为操作对象的完整构架的调度监控系统。而内嵌在RSView32中用C+编辑的数据查询模块，则提供了强大的数据分析和信息处理功能。三、 系统功能本系统结合水厂工艺流程和管网运行的实际生产情况，提供了强大而实用的系统功能，便于生产管理人员及时、直观地掌握生产过程和运行状态，便于作出准确的调度决策。通过实时和历史数据分析，发现生产过程中的薄弱环节和不合理因数，并及时作出针对性调整，有利于制订生产计划，维持稳定生产和优化调度。1. 数据采集 生产数据的采集包括自动采集和人工采集两个部分。自动采集的数据通过各种一次仪表设备完成，包括
8、管网压力和取水头部、水厂、增压站中的大部分可以标准信号输出的模拟量和数字量，这些模拟量和数据量通过PLC的输入输出模块分别记录到各个主控制器中，经过处理后传输到相应的上位机。数据采集的频率根据需要可以在主控制器中设置。手动采集的部分包括一次仪表没有检测到的生产数据以及相关的设备检修、停水、气候、生产通知等信息，这些信息或数据直接在现场上位机上人工输入，并通过网络提交到水厂和公司的计算机。为确保数据的真实性，所有原始数据记录到数据库中后，一般不能改动，特殊情况下，可通过管理人员的权限设置，进入相应的上位机数据库，针对有关数据进行调整，计算机自动记录下改动的人员、时间和相应改动内容。2. 过程监控
9、过程监控包括生产过程监控和调度系统设备的运行状态监控。公司调度人员和水厂调度人员，通过人机界面，对权限内的生产过程进行监控。监测的内容包括生产过程中的压力、流量、水位、水质、电信号及构筑物、设备运转状态等等，控制的内容包括药剂、消毒剂的投加和机泵开停等等。系统提供相关的实时趋势图表，具有事件跟踪和限值、波动率报警（声光）功能，报警值通过权限设置由管理员根据实际情况设定。报警事件需要调度人员进行及时的确认并作出处理。所有控制操作、限值设定、波动率设定和事件处理等都记录到相关的数据库中。对调度设备、一次仪表的状态监控包括设备的通电电源、投运、故障状态和通讯链路的连接情况。公司和水厂的主站PLC可以
10、对远方站点的PLC进行远程诊断，即发出检测指令，并附带一组检测数据，远方PLC在接收到检测指令后，将检测数据经转存后，按照站点查询指令的执行步骤，将这组测试数据转发给公司主站，主站应自动校验发出的测试数据和收到的返回数据是否一致，以此检测PLC工作是否正常。设备的运行进程中出现故障时，自控系统将确认故障来源，及时报警。故障的类型包括由I/O模块输入的硬接点以及PLC中产生的软报警，即设备没有按照预想的方式运行时产生的报警，如泵机没有在设定的时间内正常启动，阀门开/关超出动作时间限值以及余氯、浊度等在短时期内出现异常波动等等。当系统具备控制功能后，可事先设定应急的处理方法，PLC将在自控方式时自
11、动参照设定以进行联锁保护和启动备用设备。3. 数据保存与分析 所有自动和手动采集的生产数据的保存是通过数据库实现的。使用最新的ADO数据库引擎可以将原始数据全部保存到Access数据中。调度平台通过对关系型数据库的调用编辑，完成调度报表的生成和管理。所有需要定时记录的生产数据、指标和消耗统计等构成了生产调度日、月报表固定格式，并实现了调度报表的无纸化。数据的分析则依靠内嵌于RSView32中统计查询模块，该模块使用C+编程软件，调用数据库中的历史数据，组织任意时段、任意指标的统计分析，包括最大值、最小值、平均值、累积值和合格率等等，并以图形和表格的形式打印输出。该模块与调度平台实现无缝连接，统
12、计查询的操作不影响实时数据的采集和监控。4. 数据发布所有生产信息除在生产调度网络上实现资源共享外，重要的数据库链接到公司和水厂的局域网中，以Web页的形式发布，其内容包括今日通告、特别提示、实时数据、留言板和历史查询等等。作为公司和水厂的管理层可以通过Web页的浏览直接了解生产状况和下达生产指令。5. 安全机制系统安全机制包括两个方面：系统数据的安全性和系统操作的安全性。对于系统数据的安全机制，系统在监控计算机建立数据备份区，每当数据交换时，数据同步地写到备份区进行备份保存，一旦因意外而丢失数据，操作员可以通过数据备份区将数据恢复出来。对于系统操作的安全机制，系统作为监视控制中心，必须有严格
13、的操作安全措施，确保生产的安全，因此，系统有操作登录和撤消功能，计算机将检测登录的合法性。同时计算机也将检测操作的级别，如果是系统管理员，将可访问系统的所有模块，包括：系统维护模块。如果是一般操作员则只能常规生产操作，而不能修改系统参数和运行数据。为了减少操作员输入的工作量，对操作员的姓名采用预先存入计算机硬盘内，通过下拉框由操作员点取自己姓名，然后输入自己工号(或者说是密码)，只有登录成功后，方能进入功能窗口。一旦发生问题和事故，在计算机内，都将有稽可查，分清责任，有利于事故的处理和生产管理。四、 主要软硬件与关键技术1. ControlLogix、MicroLogix本系统的PLC将全部选
14、用美国Rockwell自动化公司的产品。其中水厂选用ControlLogix，该产品是Logix系列中的高端产品,测压点使用的MicroLogix,属Logix系列中的低端产品。由于测压点数据量有限，所以采用MicroLogix1200作为逻辑控制单元，承担现场监测和远程通讯的功能。该系列产品体积小，并能适应在户外安装的各种恶劣环境。ControlLogix系列是集电控、电仪、电传于一身的基于网络级的工控产品，其技术上的优势和优良的性能集中表现在以下几点：(1) 控制网络：ControlNetControlLogix控制系统的ControlNet网打破了PLC系统传统的SourceDestin
15、ation(源-目的地)的点对点和巡检的通讯模式，而采用先进的ProducerConsumer(生产者-消费者)的通讯模式，取代了以往多种主控网和现场网的功能。最大程度地解决了以往网络结构中存在的通讯瓶颈，提供了一种高效稳定的分布式解决方案。网络介质：75W同轴电缆网络每段最大传输距离：1000m (用中继器可扩展网络)传输速率：5MBps支持网络冗余通讯结构由通讯模块可连至EtherNet、DH、DeviceNet等控制网和管理网。ControlLogix的框架以网络方式连接，因此同一框架上可配置多个Logix5550控制器，其他模块如I/O模块信息可同时有不同的控制器使用。(2) 控制器l
16、ogix5550logix5550控制器是32位总线的控制器。模块化的内存方便拆卸。单个控制器的控制能力可达数字量128000点，模拟量4000点。它可以安装于框架内的任何槽位。每个框架可安装多个控制器，可控制本地及远程的任何输入输出模块。控制方式集成逻辑控制、过程控制、运动控制于一体。先进的生产者消费者通讯方式和多任务控制模式使回路调节的实时性更强，I/O通讯速度更快。(3) 模块除了logix5550控制器模块，ControlLogix提供多种功能模块来实现其强大功能。比如面向不同规模的应用，提供160k2M的内存（电池供电）模块；不同的网络网桥模块实现ControlNet与EtherNet，DH等多种网络相连，实现与其他PLC系列、DeviceNet系列和其他终端设备的无缝连接
