1、引言
　　自(zi)來(lai)水(shui)廠(chang)的(de)製(zhi)水(shui)過(guo)程(cheng)是(shi)從(cong)水(shui)源(yuan)地(di)取(qu)水(shui)經(jing)輸(shu)水(shui)管(guan)網(wang)至(zhi)水(shui)廠(chang)經(jing)處(chu)理(li)達(da)標(biao)後(hou)通(tong)過(guo)配(pei)水(shui)管(guan)網(wang)送(song)至(zhi)用(yong)戶(hu)。北(bei)京(jing)市(shi)石(shi)景(jing)山(shan)區(qu)楊(yang)莊(zhuang)水(shui)廠(chang)是(shi)以(yi)地(di)下(xia)水(shui)為(wei)水(shui)源(yuan)的(de)水(shui)廠(chang)
，規(gui)劃(hua)供(gong)水(shui)管(guan)線(xian)39千米，其中輸水管線4千米，配水管網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台85KW、4台45KW

，補壓井為45KW，配水廠內有配水泵房一座

、清水池兩座
、變電站一個
、加氯間一座、綜合樓一座
，配水泵房內有6台160KW配水泵，其中2台為變頻調速泵，4台工頻泵，由兩路10KV/0.4KV容量為800KVA變壓器，加氯間有3台加氯機
，配水管網設有8個遠端壓力測量點。
　　我們針對水廠製水過程的特點和對控製係統的功能要求，並根據該廠的具體情況，最終決定采用羅克韋樂自動化的基於PLC的SCADA係統和基於客戶/服務器HMI組態軟件RSView32活動顯示係統（Active Display System ,ADS）

　　2
、水廠對控製係統的要求
　　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、測壓點距離廠區幾公裏甚至幾十公裏，這樣就造成控製係統I/O點分散
，因此需要分布式的具有SCADA功能的控製係統。此外

，控製功能也具有分散性

，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製。
　　2.2 集中監控
　　為了節省人力

，降低製水成本，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控。
　　2.3 小型化、集成化
　　以(yi)水(shui)源(yuan)井(jing)為(wei)例(li)，泵(beng)房(fang)內(nei)通(tong)常(chang)有(you)一(yi)口(kou)號(hao)或(huo)兩(liang)口(kou)井(jing)，對(dui)一(yi)台(tai)或(huo)兩(liang)台(tai)泵(beng)的(de)控(kong)製(zhi)點(dian)數(shu)很(hen)少(shao)，對(dui)於(yu)管(guan)網(wang)測(ce)壓(ya)點(dian)也(ye)很(hen)少(shao)。因(yin)此(ci)為(wei)了(le)降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)造(zao)價(jia)，控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)需(xu)要(yao)小(xiao)型(xing)化(hua)、低成本的具有集成SCADA通訊功能的控製器。
　　2.4 適應性
　　通(tong)常(chang)水(shui)源(yuan)井(jing)泵(beng)房(fang)內(nei)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)一(yi)年(nian)四(si)季(ji)變(bian)化(hua)很(hen)大(da)，對(dui)於(yu)北(bei)方(fang)地(di)區(qu)更(geng)是(shi)如(ru)此(ci)，此(ci)外(wai)供(gong)水(shui)量(liang)隨(sui)著(zhe)季(ji)節(jie)和(he)白(bai)天(tian)夜(ye)晚(wan)有(you)很(hen)大(da)變(bian)化(hua)，控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)應(ying)能(neng)適(shi)應(ying)環(huan)境(jing)和(he)供(gong)水(shui)量(liang)的(de)變(bian)化(hua)，保(bao)持(chi)穩(wen)定(ding)供(gong)水(shui)。
　　2.5 以邏輯控製為主
　　水廠的控製大部份是對輸水泵和配水泵的邏輯控製
，回路控製通常隻應用在加氯量及出水壓力的控製。而邏輯控製是可編程序控製器（PLC）的傳統應用領域
，因此這也是目前水廠的控製係統廣泛采用PLC的原因。
　　2.6 可靠性
、安全性
　　水廠的安全
、穩定運行直接關係到千家萬戶，所以從控製係統的結構設計、軟硬件產品質量到控製程序編製等各個環節都必須是高可靠性的。
　　2.7 可維持性
　　係統在係統軟件、應用軟件和硬件方麵具有強大的報警和故障自診斷功能，方便工程師對係統故障進行分析和維護。
　　2.8 可擴展性
　　係統應采用具有一定標準及應用較為廣泛的軟硬件產品，並考慮一定的餘量，為將來水廠的擴建及係統的變更打下基礎。
　　2.9 開放性
　　開(kai)放(fang)性(xing)是(shi)用(yong)戶(hu)對(dui)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)普(pu)遍(bian)需(xu)求(qiu)。隨(sui)著(zhe)計(ji)算(suan)機(ji)和(he)網(wang)絡(luo)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)和(he)應(ying)用(yong)的(de)普(pu)及(ji)，人(ren)們(men)越(yue)來(lai)越(yue)需(xu)要(yao)過(guo)程(cheng)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)與(yu)管(guan)理(li)信(xin)息(xi)係(xi)統(tong)交(jiao)互(hu)信(xin)息(xi)
，從(cong)而(er)實(shi)現(xian)管(guan)理(li)與(yu)控(kong)製(zhi)一(yi)體(ti)化(hua)。盡(jin)管(guan)各(ge)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)生(sheng)產(chan)廠(chang)家(jia)在(zai)現(xian)場(chang)控(kong)製(zhi)器(qi)模(mo)塊(kuai)級(ji)還(hai)不(bu)可(ke)能(neng)完(wan)全(quan)開(kai)放(fang)或(huo)通(tong)用(yong)，但(dan)必(bi)須(xu)要(yao)求(qiu)上(shang)位(wei)機(ji)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)具(ju)有(you)開(kai)放(fang)性(xing)，例(li)如(ru)：監控係統應基於微軟公司的WindowsNT、2000或9X平台

，支持各種規範的協議如OPC、ODBC
、ActiveX
、DDE等。

　　3、 控製係統構成
　　3.1 控製係統硬件
　　如下圖所示

，楊莊水廠根據係統不同功能層次采用四種通信方式，共有19個PLC控製站構成控製係統。以太網用於係統的管理層，DH+網和無線通訊用於各PLC控製器及計算機操作站之間的控製層通訊，遠程I/O網用於配水廠PLC控製器與變頻器\軟起動器的設備層通訊,管理層與控製層通過服務器實現信息交互。DH+網和遠程I/O網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網絡,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公裏，DH+網可掛接64個控製器，遠程I/O網可掛接32個設備。無線通訊采用具有SCADA功能DF1主從通訊協議，PLC通過其標準RS232口與數傳電台相連來實現無線通訊

，通訊速率為9600bps/19200 bps。PLC1作為SCADA係統的主站用於控製和監測配水係統和供電係統
，PLC2用於監控加氯係統，PLC00~PLC03、PLC07分別控製0#~3#、07#水源井，PLC05
、PLC08分別控製5#
、6#、和8#、9#兩口水源井，PLC10控製10#補壓井，PLC11~PLC18用於配水管網壓力監測，位於中控室的OS1、OS2計算機PLC00~PLC02控製器隻采用DH+網進行通訊；3#水源井~9#水源井距廠區較遠，為了防止通訊電纜被意外切斷影響水廠的運行，PLC03~08控製器采用互為熱備的DH+網和無線通訊，通常性況下采用速度較高的DH+有線通訊
，一旦DH+網通訊失敗，係統將自動轉換到DF1無線通訊；10#補壓井和測壓點距離廠區更遠
，采用有線通訊方式代價太高，因此PLC10及PLC11~PLC18控製器隻采用DF1無線通訊方式。
　　在控製係統中

，用於配水管網壓力監測的PLC11~PLC18采用最為經濟的微型可編程控製器MicroLogix1000，其它控製器均選取用可編程控製器SLC5/04
，用於1#、6#配水泵的變頻器采用A-B公司1336Plus變頻器，其它配水泵和水源井都采用A-B公司具有泵控功能的SMC Dialog plus智能馬達控製器，HMI操作站選用研華586工控機，ADS服務器采用惠普HP E60服務器，工控機、服務器的DH+通訊接口卡采用A-B公司的1784-KTX，無線通訊電台采用美國MDS公司數字電台MDS 2710。

　　

　　3.2 控製係統監控組態軟件
　　水廠的人機監控係統由位於中控室的兩套RSView32計算機操作站和位於綜合樓的基於客戶/服務器RSView32活動顯示係統（ADS）組成。操作站安裝Windows95操作係統作為RSView32運行平台，ADS服務器安裝Windows NT Server運行平台，ADS客戶端安裝Windows98中文版操作係統作為RSView32 ADS Client運行平台。RSView32是羅克韋樂自動化軟件公司采用開放技術，以MFC（微軟基礎級）、DCOM（分布元件對象）組件技術為基礎的人機監控軟件，是第一個在圖形顯示中利用ActiveX、VBA、OPC的MMI產品，提供了監視、控製及數據采集等全部功能，是一個使用方便、可擴展性強、監控性能高的監控組態軟件。RSView32 ADS將RSView32功贖罪MMI軟件擴展為客戶/服務器結構。ADS服務器不僅可在現場，而且可以通過國際互聯網（Internet）在世界任何地方連接進入。客戶端可以采用ADS軟件或Internet Explorer作為監控軟件平台。ADS最多可以同時支持20個特許的客戶連接。係統的安全策略利用Windows NT和RSView32提供的雙重安全功能，Windows NT在企業網絡係統層麵負責管理操作人員或係統管理員和登錄
，而RSView32通過設置不同的安全級別在應用層麵對用戶的操作權限進行控製
，從而保證係統和正常操作，防止越權操作。
　　3.3 控製係統SCADA協議
　　A-B公司的可編程控製器SLC5/04和MicroLogix1000具有內置的多功能的標準RS232接口通道0，通過該接口可以和編程器連接進行編程，也可以建立DH485網絡，還可以實現SCADA係統功能。該RS232接口有兩種工作方式，一種是係統方式
，另一種是用戶方式，係統方式支持DH485和DFI通訊協議，用戶方式支持標準ASCII碼方式，通訊速率從110bps到19.2bps可組態。DFI協議是A-B公司PLC係統廣泛支持的通訊協議，包括各係列PLC及裝有RS Linx通訊軟件的計算機均支持DFI協議
，通過該協議可以構成基於PLC的SCADA係統。DFI協議支持點對點全雙工通訊模式以及點對多點半雙工主從通訊模式，DFI主從通訊方式支持包括主站在內的多達255個站，站地址為0-255。SLC5/04通道0可組態選擇DFI全雙工，DFI半雙工主或DFI半雙工從
，MicroLogix1000通道0可選擇DFI全雙工或DFI半雙工從。楊莊水廠無線通訊SCADA係統采用點對多點半雙工通訊模式，PLC1作為主站采用DFI半雙工主通訊方式，其它PLC控製器作為從站采用DFI半雙工從通訊方式，主站PLC采用對各從站輪詢方式並通過信息（MSG）指令來實現數據交換的。DFI主(zhu)從(cong)通(tong)訊(xun)方(fang)式(shi)不(bu)僅(jin)能(neng)實(shi)現(xian)主(zhu)站(zhan)與(yu)從(cong)站(zhan)的(de)通(tong)訊(xun)，而(er)且(qie)能(neng)實(shi)現(xian)從(cong)站(zhan)與(yu)從(cong)站(zhan)的(de)通(tong)訊(xun)。主(zhu)站(zhan)對(dui)從(cong)站(zhan)的(de)通(tong)訊(xun)可(ke)組(zu)態(tai)麵(mian)基(ji)於(yu)信(xin)息(xi)的(de)輪(lun)詢(xun)方(fang)式(shi)或(huo)標(biao)準(zhun)的(de)輪(lun)詢(xun)方(fang)式(shi)。

　　4、 控製係統功能
　　4.1 可靠的控製策略
　　l 互為備用。在控製係統的功能設計上
，各配水泵、輸shu水shui泵beng都dou具ju有you獨du立li的de控kong製zhi功gong能neng互hu為wei備bei用yong，相xiang互hu之zhi間jian既ji可ke以yi在zai自zi動dong控kong製zhi方fang式shi下xia實shi現xian任ren意yi組zu合he聯lian鎖suo控kong製zhi
，也ye可ke以yi地di手shou動dong控kong製zhi方fang式shi下xia獨du立li控kong製zhi。中zhong控kong室shi的de兩liang台tai操cao作zuo站zhan具ju有you同tong等deng的de功gong能neng且qie互hu為wei熱re備bei，當dang一yi台tai出chu現xian故gu障zhang時shi也ye不bu會hui影ying響xiang水shui廠chang的de操cao作zuo。水shui源yuan井jingPLC通訊采用了互為備用的DH+有線和DFI無線通訊。
　　l 就地和遠程控製方式。各配水泵、輸水泵通過配水泵控製櫃上的選擇開關,可以選擇就地控製方式和遠程控製方式。遠程控製是通過計算機操作站由PLC控製泵啟停
，就地控製是用控製櫃或現場操作箱上的按鈕控製泵的啟停。當PLC處於編程狀態或出現故障時可以采用就在控製方式。就地和遠程控製方式相互切換不會影響泵的運行。
　　4.2 配水泵的控製
　　l 手(shou)動(dong)控(kong)製(zhi)。各(ge)配(pei)水(shui)泵(beng)在(zai)遠(yuan)程(cheng)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)下(xia)分(fen)手(shou)動(dong)控(kong)製(zhi)和(he)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)。手(shou)動(dong)控(kong)製(zhi)是(shi)由(you)操(cao)作(zuo)員(yuan)根(gen)據(ju)管(guan)網(wang)的(de)壓(ya)力(li)情(qing)況(kuang)對(dui)配(pei)水(shui)泵(beng)進(jin)行(xing)啟(qi)動(dong)和(he)停(ting)止(zhi)操(cao)作(zuo)。遠(yuan)程(cheng)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)下(xia)配(pei)水(shui)泵(beng)與(yu)電(dian)動(dong)閥(fa)的(de)聯(lian)鎖(suo)控(kong)製(zhi)都(dou)由(you)PLC自動完成。
　　l 自動控製。PLC根據出水壓力和變頻器的輸出頻率，處於自動方式的配水泵進行循環啟停控製，循環啟停控製的規則是先開先停。
　　4.3 水源井輸水泵的控製
　　l 手動控製。操作員根據清水池液位對輸水泵進行啟動和停止操作。
　　l 自動控製。PLC根據清水池液位及各輸水泵起動水位和停止水位，對處於自動方式的輸水泵進行啟動和停止操作。
　　4.4 出水壓力變參數PID調節
　　出水壓力的調節是通過變頻器控製配水泵的轉速來實現。在現場調試中
，我們發現固定參數的PID調節不能解決供水高峰的出水壓力控製動態響應和穩定性問題。我們通過采用變參數PID調節方法很好地解決了這一問題。變參數PID調節是根據出水流量的大小采用不同的PID參數進行出水壓力調節。
　　4.5 出水壓力自動設定
　　配(pei)水(shui)管(guan)網(wang)的(de)壓(ya)力(li)損(sun)失(shi)大(da)小(xiao)隨(sui)著(zhe)供(gong)水(shui)量(liang)的(de)變(bian)化(hua)而(er)不(bu)同(tong)
，供(gong)水(shui)量(liang)越(yue)大(da)壓(ya)力(li)損(sun)失(shi)也(ye)越(yue)大(da)。力(li)了(le)達(da)到(dao)既(ji)滿(man)足(zu)用(yong)戶(hu)對(dui)水(shui)壓(ya)穩(wen)定(ding)的(de)要(yao)求(qiu)又(you)能(neng)實(shi)現(xian)節(jie)能(neng)降(jiang)耗(hao)的(de)目(mu)標(biao)，我(wo)們(men)根(gen)據(ju)出(chu)水(shui)量(liang)、出水壓力及各測壓點壓力測量值，采用模糊控製的方法對出水壓力進行自動設定。
　　 4.6 豐富的畫麵顯示功能
　　在計算機操作站顯示的畫麵有工藝流程主畫麵、工藝流程分畫麵、高低壓供電監控畫麵
、設備操作畫麵、趨勢圖、調用菜單畫麵、報警畫麵、報表畫麵、防盜報警畫麵。操作人員通過調用這些畫麵可以全麵地了解水廠的運行情況，並且很方便地對設備操作。
　　 4.7 故障診斷與報警處理功能
　　在各設備的操作畫麵中都列出其起動條件狀態
，如：上電情況、通訊狀態、故障狀態
、就地/遠程狀態、熱繼狀態等。記錄報警發生時的有關信息
，如：故障標簽名稱、報警信息

、故障報警時間、確認報警時間等

，並對報警信息進行管理。
　　 4.8 多重主設備保護功能
　　1336 Plus變頻器和SMC Dialog Plus智能馬達控製器提供了多重設備保護功能,如：過載、失速及堵轉

、欠載、欠壓、過壓、電壓不平衡等保護。
　　 4.9 報表功能
　　本係統輸出的報表有以下五種
，即輸水工藝參數日報表

、配水工藝參數日報表
、輸水工藝參數月報表
、配水工藝參數月報表、水廠工藝參數年報表。
　　 4.10 遠程監控功能
　　 采用基於客戶/服務器HMI組態軟件RSView32 ADS，實現了對水廠的遠程監控。操作人員可在中央控製室對生產過程進行監控
、公司經理、廠長、工程師坐在辦公室甚至在家裏也可以監控水廠的運行情況。

　　5
、 結束語
　　本係統在該水廠已穩定運行三年多，運行結果表明羅克韋爾自動化的PLC基於SCADA係統能充分滿足對水廠控製係統的要求，對水廠的安全運行、提高供水質量、節能降耗、優化管理等方麵起到了至關重要的作用。