計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究

張?jiān)ＸS 朱志偉

開發(fā)與應(yīng)用

內(nèi)容摘要 基于InTouch 2014的SCADA系統(tǒng)，是一類功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其綜合利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對泵站分散的各種過程或設(shè)備的實(shí)時數(shù)據(jù)采集，本地或遠(yuǎn)程的自動控制，以及生產(chǎn)過程的全面實(shí)時監(jiān)控，并為調(diào)度、管理、優(yōu)化和故障診斷提供必要和完整的數(shù)據(jù)及技術(shù)手段。文章依據(jù)上海黃浦江原水廠原水泵站的工程實(shí)踐，闡述了原水生產(chǎn)SCADA系統(tǒng)的構(gòu)建。

關(guān)鍵詞 InTouch 原水生產(chǎn) SCADA系統(tǒng)

1 工程項(xiàng)目背景

對黃浦江原水廠下屬的臨江泵站的SCADA系統(tǒng)從RSView升級為InTouch軟件平臺。工程主要涉及：一是對泵站內(nèi)PLC系統(tǒng)的主干網(wǎng)從Controlnet網(wǎng)絡(luò)改造為以太網(wǎng)，增加了以太網(wǎng)模塊和交換機(jī);二是開發(fā)和部署臨江泵站InTouch組態(tài)軟件系統(tǒng)[1]。

2 工程解決方案

該工程實(shí)施難度較大，涉及自動化控制（PLC）、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)編程以及電氣自動化等專業(yè)。作為工程項(xiàng)目主導(dǎo)部門，計(jì)算機(jī)科室負(fù)責(zé)完成了前期設(shè)計(jì)和方案制訂。施工過程中，在確保安全供水的前提下，需要協(xié)調(diào)InTouch工控軟件系統(tǒng)的以太網(wǎng)組建，軟件開發(fā)和調(diào)試。臨江泵站的設(shè)備較多，且多數(shù)在運(yùn)行中，涉及的軟件開發(fā)的工作量大，需要調(diào)試的設(shè)備多。主要解決了以下技術(shù)難點(diǎn)。

2.1 泵站PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和改造

我廠PLC系統(tǒng)為三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，PLC控制器和HMI間采用標(biāo)準(zhǔn)的分布式客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，PLC控制器與I/O設(shè)備采用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保證了系統(tǒng)可靠與安全[2]。

第一級為現(xiàn)場設(shè)備級。主要包括各種閥門﹑開關(guān)、變頻器、軟啟動、串級調(diào)速、同步勵磁等設(shè)備，以及壓力﹑溫度﹑流量、水位等的檢測裝置。與這些現(xiàn)場設(shè)備相關(guān)的各種檢測或控制信號，以不同形式接至PLC系統(tǒng)的各種AI﹑AO﹑DI或DO板卡。

第二級為控制處理級。主要包括PLC系統(tǒng)的中央控制器﹑通信I/O板卡和工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)等。臨江泵站分為一泵房PLC系統(tǒng)、二泵房PLC系統(tǒng)、變電站PLC系統(tǒng)、以及小水廠PLC系統(tǒng)。嚴(yán)橋泵站分為泵房PLC系統(tǒng)和變電站PLC系統(tǒng)。

第三級為監(jiān)控管理級。主要由工程師站﹑操作員站和工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)組成。工程師站負(fù)責(zé)系統(tǒng)組態(tài)及日常維護(hù)。在操作員站中采用InTouch軟件進(jìn)行集中監(jiān)視、控制、報(bào)警、趨勢分析、信息管理和報(bào)表打印等功能。

本次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化涉及的改造內(nèi)容，是對臨江一泵房，臨江二泵房，臨江變電站，臨江小水廠各加裝一個7629C交換機(jī)，相應(yīng)的PLC系統(tǒng)加裝以太網(wǎng)模塊，在臨江機(jī)房架設(shè)DA Server服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)各個PLC系統(tǒng)、上位機(jī)以及服務(wù)器之間的工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)連接。

2.2 基于InTouch網(wǎng)絡(luò)版的臨江泵站生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

在臨江泵站原有Rsview組態(tài)軟件的基礎(chǔ)上，使用InTouch 2014開發(fā)新的應(yīng)用程序。滿足上位機(jī)的功能，主要包括：①數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)顯示;②遠(yuǎn)程監(jiān)控;③報(bào)警和報(bào)警處理，對重要設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)行語音報(bào)警設(shè)置;④事故追憶和趨勢分析;⑤與其他應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)合。

2.2.1 InTouch冗余服務(wù)器配置

兩臺服務(wù)器上運(yùn)行DA Server，負(fù)責(zé)從PLC讀取數(shù)據(jù)，并給InTouch畫面提供數(shù)據(jù)。在客戶端上建立訪問名 GIS_A02_1_PLC1_A，需要啟用故障轉(zhuǎn)移，這樣在一個鏈路斷掉的時候，就會自動切到另外一個鏈路，如圖1所示。

指示當(dāng)前連的是哪個Server，建立一個訪問名，新建一個點(diǎn)，使用剛才建的訪問名，地址就寫成 GIS_A02_1_PLC1_A，當(dāng)此點(diǎn)的值是0時，代表訪問名GIS_A02_1_PLC1_A連接的是主數(shù)據(jù)源，當(dāng)此點(diǎn)的值是1的時候，代表訪問名GIS_A02_1_PLC1_

A連接的是輔助數(shù)據(jù)源。

2.2.2 歷史報(bào)警功能

安裝數(shù)據(jù)庫msde或完整的sqlserver數(shù)據(jù)庫，打開SSMS 然后用Windows用戶連接，登錄賬戶選擇sa，打開然后修改密碼，添加AlmDbViewCtrl控件用于查詢數(shù)據(jù)庫，后面填上SQL用戶和前面設(shè)置的密碼，勾選上自動連接，然后測試連接，成功后就可以進(jìn)入運(yùn)行界面查看。

2.2.3 歷史曲線功能

啟用歷史曲線記錄，新建點(diǎn)的時候，需要勾選記錄數(shù)據(jù)，添加控件，用于顯示。添加的這幾個控件的進(jìn)行設(shè)置，關(guān)鍵是這些控件的歷史趨勢和筆刻度的名字要寫的一樣，才能聯(lián)動起來。可以在C：/HISDATA下面發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)文件生成了，InTouch就是從這些文件讀取數(shù)據(jù)而生成曲線的。所以若發(fā)現(xiàn)沒有曲線顯示出來，就可以先查看一下這里有沒相應(yīng)的文件。

2.2.4 實(shí)時曲線功能

InTouch的實(shí)時曲線和歷史曲線基本一樣，都是從歷史文件里面讀出數(shù)據(jù)刷出圖形。不同之處在于，在實(shí)時曲線頁面多了一個腳本，用于從文件中實(shí)時讀出最新數(shù)據(jù)從而在畫面上刷新出來。

2.2.5 臨江泵站生產(chǎn)工藝

通過InTouch 2014組態(tài)軟件，計(jì)算機(jī)控制軟件可以采集所有生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)時顯示設(shè)備運(yùn)行情況，并對泵房內(nèi)的機(jī)泵和其他輔機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制。

如圖2所示，臨江一泵房工藝的監(jiān)控界面中有：前池液位、調(diào)壓池液位、黃浦江液位以及6臺機(jī)泵的瞬時流量、累計(jì)流量、出水壓力、機(jī)泵運(yùn)行狀態(tài)、轉(zhuǎn)速。同時，還顯示、污水井液位、水濁度、原水氨氮、6臺機(jī)泵的溫度監(jiān)測點(diǎn)、以及輔機(jī)設(shè)備的狀態(tài)（轉(zhuǎn)換開關(guān)、冷卻水、真空閥、風(fēng)機(jī)等狀態(tài)）。

（1）機(jī)泵控制界面

根據(jù)異步串級調(diào)速裝置和同步勵磁裝置的不同特性，制定不同的控制界面，如圖3和圖4所示。其中，串級調(diào)速裝置可以通過給定比例來對機(jī)泵進(jìn)行調(diào)試，進(jìn)而控制出水量。

在臨江一泵房的工藝中，通過3臺串級調(diào)速水泵來微調(diào)水量的變化，異步串級調(diào)速裝置的水泵可以根據(jù)給定的百分比，來調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，繼而調(diào)節(jié)水泵出水量。3臺串級調(diào)速裝置的特性不同，其調(diào)速給定百分比也不同，調(diào)速給定與對應(yīng)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系如下所示：

異步1#機(jī)泵調(diào)速給定：10.5%～17.6%，對應(yīng)轉(zhuǎn)速：205～293轉(zhuǎn);

異步2#機(jī)泵調(diào)速給定：10.5%～17.6%，對應(yīng)轉(zhuǎn)速：205～290轉(zhuǎn);

異步3#機(jī)泵調(diào)速給定：24%～45%，對應(yīng)轉(zhuǎn)速：205～295轉(zhuǎn)。

在臨江二泵房的工藝中，通過3臺變頻器水泵來微調(diào)水量的變化，變頻器的集成度較高，系統(tǒng)中可以直接給定轉(zhuǎn)速，進(jìn)而微調(diào)出水量。

（2）變電站變配電系統(tǒng)

如圖5所示，臨江泵站35 kV變配電站分別由兩路35 kV母線進(jìn)線，其中，Ⅰ段為思泵3707母線，Ⅱ段為浦泵7245母線，35 kV的電壓經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)變?yōu)? kV，分別對應(yīng)6 kV Ⅰ段和6 kV II段。泵站內(nèi)的所有重要負(fù)載平衡分布在兩段上，6 kV Ⅰ段的負(fù)載有1#新變（二泵房變壓器1#變壓器）、同步1#電機(jī)、異步1#電機(jī)、異步1#逆變、異步2#電機(jī)、異步2#逆變以及Ⅰ段廠用變，6 kV Ⅱ段的負(fù)載有2#新變（二泵房變壓器2#變壓器）、異步3#逆變、異步3#電機(jī)、同步3#電機(jī)、同步2#電機(jī)以及Ⅱ段廠用變。

（3）水質(zhì)監(jiān)測

為了確保供應(yīng)優(yōu)質(zhì)原水，在保障供水的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步加強(qiáng)原水的水質(zhì)監(jiān)測，裝有多個在線式水質(zhì)監(jiān)測儀，可實(shí)時查看到泵站內(nèi)原水的水質(zhì)數(shù)據(jù)，有濁度、水溫、余氯和氨氮4個指標(biāo)。

（4）報(bào)警處置

在InTouch中可以對設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)設(shè)置告警值，以及監(jiān)測狀態(tài)量。一旦系統(tǒng)監(jiān)測到數(shù)據(jù)不在允許范圍內(nèi)或狀態(tài)發(fā)生異動，報(bào)警信號即被觸發(fā)。運(yùn)值人員查詢到報(bào)警信息，能實(shí)時了解設(shè)備工況變化;如有設(shè)備發(fā)生故障，可及時停役并排除隱患。

報(bào)警處置是遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，具體內(nèi)容包括如下：①串級調(diào)速和同步勵磁裝置內(nèi)部故障;液位（調(diào)壓池和前池）超出限定范圍;②水質(zhì)（濁度和氨氮）超出限定范圍;③自動判斷機(jī)泵無法正常啟動的原因;④冷卻水總管低壓力;⑤冷卻水開關(guān)狀態(tài);⑥變壓器油溫過高;⑦機(jī)泵振動和溫度超出限定范圍[3]。

3 改造后解決的問題

臨江泵站InTouch工控軟件系統(tǒng)完成開發(fā)和部署后，實(shí)現(xiàn)泵站生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)控、報(bào)警和傳輸，以及一泵房、二泵房、小水廠的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制，尤其是有效保障了臨江二泵房無人值守模式的穩(wěn)定運(yùn)行。同時，在臨江的InTouch工控軟件系統(tǒng)為網(wǎng)絡(luò)版，配置了臨江工業(yè)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、GR服務(wù)器各1臺，滿足本泵站數(shù)據(jù)的傳輸和存儲。

4 結(jié)語

“黃浦江原水廠SCADA系統(tǒng)改造”工程項(xiàng)目現(xiàn)已保質(zhì)保量實(shí)施完成。隨著InTouch工控軟件的不斷成熟和完善，在原水泵站的進(jìn)一步應(yīng)用，其軟件平臺的穩(wěn)定性、安全性，以及強(qiáng)大的通信連接性能，靈活的架構(gòu)，為現(xiàn)代化的原水廠智能化管理提供了有力支撐。

（第一作者系上海城投原水有限公司 助理工程師）

【參考文獻(xiàn)】

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[3]陳玉萍，宋小菲.Intouch組態(tài)軟件在污水廠自動化系統(tǒng)監(jiān)控軟件中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2013（4）：28-29.