大型輸水工程調(diào)度中心與各配水廠通信方案應(yīng)用研究

大型輸水工程調(diào)度中心與各配水廠通信方案應(yīng)用研究

宋放

(遼寧省大伙房水庫輸水工程建設(shè)局，遼寧 沈陽110166)

【摘要】大伙房水庫輸水工程干線與各配水廠控制系統(tǒng)銜接是保證供水安全、調(diào)度高效的必然要求。本文重點介紹了三類接入方案的結(jié)構(gòu)特點，并分別進行了對比研究，對控制系統(tǒng)接入方案的選擇有一定指導意義。

【關(guān)鍵詞】供水調(diào)度；PLC通信；網(wǎng)關(guān)；OPC

中圖分類號：TM73

Research of applying communication plans between large water diversion

project dispatch center and all water distribution plants

SONG Fang

(LiaoningDahuofangReservoirWaterDiversionProjectAdministration,Shenyang110166,China)

Abstract:Dahuofang Reservoir Water Diversion Project main line is connected with control systems of all water distribution plants in order to ensure necessary requirements on water supply safety and efficient dispatching. In the paper, structure features of three kinds of access plans are mainly introduced, which are comparatively studied in several aspects. The paper has certain guidance significance for selecting control system access plans.

Key words: water supply schedue; PLC communication; gateway; OPC

1工程背景

遼寧省大伙房水庫輸水工程是遼寧省內(nèi)“十五”“十一五”期間重點基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目。該工程從遼寧東部山區(qū)引水，向遼寧中部撫順、沈陽、遼陽、鞍山、營口、盤錦6城市供水，惠及人口上千萬，被稱之為遼寧人民的生命線工程。為了對輸水工程進行全面、系統(tǒng)的管理，在公司總部設(shè)立調(diào)度中心，沿輸水管線設(shè)置9個二級管理機構(gòu)調(diào)度分中心，從調(diào)度分中心向各市配水廠供水，配水廠再將凈化之后的純凈水供應(yīng)給各市居民使用。

該工程2010年11月正式投入運行，至今已有11個配水廠受水，日供水總量達140萬m3，年供水總量約5億m3。在日常的供水分配調(diào)度中，調(diào)度操作的遠程控制顯得愈發(fā)重要，目前輸水工程調(diào)度已實現(xiàn)遠程控制操作的常態(tài)化，即當有流量調(diào)整需求時，由公司總部調(diào)度中心直接遠程操控各分中心閥門，調(diào)度員在PC機上輕點幾下鼠標即可完成調(diào)流閥、蝶閥的開關(guān)以及開度設(shè)置。但是隨著各個城市配水廠的陸續(xù)投入，問題也逐漸凸顯出來，比如盤錦支線接入的配水廠共有4座，而該支線上可供調(diào)度的只有一個調(diào)流閥，在局調(diào)度中心調(diào)節(jié)流量時配水廠間勢必相互影響，因此必須使配水廠廠內(nèi)調(diào)流閥也接入調(diào)度中心的控制網(wǎng)絡(luò)。

2接入方案

2.1輸水工程控制系統(tǒng)簡介

大伙房水庫輸水工程控制系統(tǒng)分為兩級：調(diào)度中心、調(diào)度分中心。調(diào)度中心設(shè)在公司總部，9個調(diào)度分中心(下文簡稱分中心)設(shè)在撫順、沈陽、遼陽、鞍山、海城。輸水工程沿線調(diào)流閥、機電設(shè)施等均位于分中心，系統(tǒng)正常運行時設(shè)備狀態(tài)信息首先傳送給該分中心PLC柜，PLC柜通過網(wǎng)絡(luò)上傳給公司總部的調(diào)度中心；調(diào)度中心發(fā)出的指令，由相反的路徑下發(fā)至分中心PLC柜。為保證控制系統(tǒng)的安全可靠，分中心PLC采用雙機熱備系統(tǒng)。

2.2配水廠控制系統(tǒng)簡介

輸水管線經(jīng)過分中心后向配水廠方向延伸，首先經(jīng)一調(diào)流閥，該調(diào)流閥產(chǎn)權(quán)屬配水廠，也就是上文提到的即將納入輸水工程控制系統(tǒng)的配水廠廠內(nèi)調(diào)流閥。配水廠內(nèi)通常設(shè)專用PLC柜來采集與控制調(diào)流閥的開度。

2.3信號的傳輸

自動化系統(tǒng)采集電信號一般有兩種方式：第一種是傳統(tǒng)的輸入/輸出硬接線，第二種是目前比較流行的現(xiàn)場總線通信方式。兩者各有利弊，前者成本低廉，通用性強，布線繁瑣；后者需智能傳感器、儀表支持，成本高昂，布線簡單，通信要求協(xié)議的一致性。在該工程中采集儀表距分中心PLC柜近者有1km左右，遠者有十幾km，用硬接線的方式顯然無法滿足要求，考慮到所采信號也需上傳配水廠控制系統(tǒng)，最后確定該信號就近接入配水廠控制系統(tǒng)PLC柜，然后用通信的方式傳送到公司總部調(diào)度中心的輸水工程控制系統(tǒng)。

鑒于二段濃縮池對煤泥水濃縮面積不足的現(xiàn)狀，將事故濃縮池與二段濃縮池并聯(lián)使用，增加煤泥水濃縮面積，滿足煤泥水濃縮要求。事故濃縮池作為二段使用后，其底流由壓濾機處理。改造后的煤泥水處理系統(tǒng)工藝流程見圖2。

3存在的問題

各配水廠控制系統(tǒng)分屬不同產(chǎn)權(quán)單位，PLC選型更是五花八門，不可能做到技術(shù)上的完全統(tǒng)一，通信協(xié)議也與輸水工程干線控制系統(tǒng)不一致。針對這種情況，調(diào)度中心成立了專題小組，從技術(shù)角度解決不同類型PLC與輸水工程干線PLC通信問題，下文是具體的解決方法。

4接入方案解析

已有的11個配水廠接入方案，可歸納為三大類：協(xié)議轉(zhuǎn)換方案、串口通信方案、OPC方案，下面以3個凈水廠的案例分別對三種方案的結(jié)構(gòu)加以介紹。

4.1協(xié)議轉(zhuǎn)換方案

4.1.1　遼陽聯(lián)合環(huán)境凈水廠接入方案

如圖1所示，雙機熱備PLC為輸水工程分中心核心控制器，該方案思路是建立凈水廠PLC與分中心PLC的通信，OLM為光路模塊，因電纜傳輸距離有一

圖1　遼陽聯(lián)合環(huán)境凈水廠接入結(jié)構(gòu)

定限制，該模塊可將電路轉(zhuǎn)化為光路，再通過網(wǎng)關(guān)機將凈水廠通信協(xié)議轉(zhuǎn)換為分中心可識別的協(xié)議。除了遼陽聯(lián)合環(huán)境凈水廠外，沈陽東、西部凈水廠方案也與此類似，只不過網(wǎng)關(guān)機的型號有所區(qū)別。

4.1.2　小結(jié)

大伙房水庫輸水工程分中心PLC與遠程I/O采用AB公司的ControlNet協(xié)議，通常凈水廠協(xié)議很難與分中心協(xié)調(diào)一致，因此采用網(wǎng)關(guān)設(shè)備對協(xié)議進行轉(zhuǎn)換使雙方PLC通信。此方案接入的核心在于通信網(wǎng)關(guān)設(shè)備，通常國際上比較知名的自動化廠家所用協(xié)議并非通用，而相互間通信的需求也很常見，一些第三方廠家經(jīng)自動化設(shè)備廠家授權(quán)就會開發(fā)類似的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，例如該項目中Profibus-DP協(xié)議轉(zhuǎn)換為ControlNet的AB7845網(wǎng)關(guān)或Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換為ControlNet的AB7006網(wǎng)關(guān)。需要說明的是，由于凈水廠距離分中心之間的距離通常比較遠，中間需要將物理傳輸層由電路轉(zhuǎn)換為光路。

4.2.1　營口市凈水廠接入方案

如圖2所示，該方案直接采用了分中心原有的串口通信機SJ30。相比上一種方案，可減少網(wǎng)關(guān)機的采購費用，但前提是凈水廠PLC需提供串口，一般來說，PLC的CPU模件會自帶串口，因此這種方案也有許多凈水廠采用，撫順石化二廠、遼陽市凈水廠、鞍山市凈水廠也均采用此方案。

圖2　營口市凈水廠接入結(jié)構(gòu)

4.2.2　小結(jié)

串口通信是一種比較傳統(tǒng)的通信方式，大部分的智能儀表均配備串口，由于大伙房水庫輸水工程內(nèi)部有較多的通信設(shè)備，因此接入SJ30通信機用于儀器儀表的通信，該通信機具有16個9針串口，每個串口最多可接32個設(shè)備。此方案最大優(yōu)點在于節(jié)省了網(wǎng)關(guān)設(shè)備，有效利用了已有設(shè)備以減少用戶投入。

4.3OPC方案

4.3.1　盤錦市凈水廠接入方案

如圖3所示，該方案摒棄了PLC之間的通信，凈水廠PLC可直接通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與分中心上位機通信，相當于分中心增加一臺PLC，結(jié)構(gòu)也比較簡單。盤錦市凈水廠、盤錦遼東灣凈水廠、盤錦華潤電力公司均采用了OPC方案。為使信號傳輸距離更長，方案中需添加一對光纖收發(fā)器。

圖3　盤錦市凈水廠接入結(jié)構(gòu)

4.3.2　小結(jié)

OPC即OLE for Process Control(過程控制OLE插件)，它為基于Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場過程控制應(yīng)用建立了橋梁。用比較通俗的說法來講，OPC在操作系統(tǒng)上為windows上位機上建立了一個“軟接口”，OPC的功能非常強大，OPC內(nèi)集成了多個廠家的通信驅(qū)動，只要建立起鏈接，OPC可以與不同廠家的工業(yè)控制器建立起通信，OPC軟件與HMI(人機界面)軟件建立數(shù)據(jù)共享通道也同樣非常簡便。

5方案比較

三種技術(shù)方案主要解決了因部分PLC硬件的差異(如無9針串口、無以太網(wǎng)口等)導致的通信難題。如果PLC具有以太網(wǎng)模件，可接入調(diào)度中心調(diào)水系統(tǒng)交換機，采用OPC方案是最為簡捷快速的方式，僅僅布設(shè)一根網(wǎng)線，在PC機上安裝OPC軟件即可，前提是上位機必須安裝Windows操作系統(tǒng)，同時，該方案成本控制也為最優(yōu)，雖然增加了一對光纖收發(fā)器，但眾所周知，光纖收發(fā)器的價格是很低廉的；如果PLC不具備以太網(wǎng)接入能力，只具有傳統(tǒng)的串口通信，如考慮節(jié)省成本則采用串口通信方案，如考慮高效與穩(wěn)定則采用協(xié)議轉(zhuǎn)換方案，傳統(tǒng)的串口通信速率相對來說比較低，同時，接入過多的設(shè)備對于SJ30通信機也是不小的考驗。經(jīng)實際應(yīng)用，采用協(xié)議轉(zhuǎn)換方案的效率和穩(wěn)定性還是優(yōu)于串口通信。

6結(jié)語

本文介紹了應(yīng)用于大伙房水庫輸水工程的三類通信方案。隨著信息技術(shù)的日新月異，通信變得越來越簡捷高效，這種變化也越來越深遠地影響到水利工程中供水調(diào)度的方式。類似工程可以借鑒該工程的經(jīng)驗，在建設(shè)前期就統(tǒng)一考慮，選用統(tǒng)一的通信方案，以便于傳輸和管理。