临江水厂生产实时监控自动化系统概述

潘晓
临江水厂

一、简况

上海市自来水浦东有限公司临江水厂，是”九五”期间上海市利用国外贷款和国内资金新建的自 动化程度较高的水厂，于1997年7月建成通水，设计供水量为40万吨／日。主要机电、阀门设备和 生产实时监控自动化系统由国外引进。
水厂制水工艺流程如图一：

二、水厂实时监控自动化系统结构及功能：

临江水厂实时监控自动化系统，采用的是“集中管理、分散控制”的集散控制系统。即DCS(Distributed Control System)系统。设备的PLC可编程程序的编制由西班牙INGELECTRIC—TEAM 公司设计，设有中心控制室一个及PLC子站6座，包括加氯加氨、加矾、Ⅰ滤池、Ⅱ滤池、二泵房、 高配间，整个系统结构由以下几个层次组成：
一) 监督管理和操作层：(中心控制室)
建立在SISTEAM OPERATOR MT系统上。由以下的设备组成：
●二台个人电脑(CPU PⅢ733和CPU赛扬433)
●二台20”显示器
●二台打印机(一台Epson Fx—870，用于打印生产系统设备运行的报警记录另一台HP DeskJet 690C，用于打印生产系统设备运行的曲线记录)
●一台型号为SIEMENS A3000的后备电源
●Window NT 4.0的操作系统
该部分的主要功能是：显示生产设备在运行过程中的不同状态，允许操作者在系统中执行指令。 同时，2台个人电脑用于对系统进行监控和管理的同时，可打印报警记录及历史曲线。
二)通讯层：(中心控制室)
由以下的设备组成：
●一台个人电脑(CPU Pentium 120 MHz)
●一台20”显示器
●一台打印机(HP DeskJet 690，用于打印生产系统设备运行的报表记录)
该部分的主要功能是：生成一个数据库，该数据库从上一级的监督、管理层中搜集生产设备在 运行过程中的信息，建立报表，通过打印机进行打印。一台便携式个人电脑(PⅢ650)，内部装有 程序单元系统，可用来连接到通讯系统部分，对不同的控制程序进行安装。
三)局域网层—以太网
这一层包含了建立在交换式以太网基础上的通讯网。局域网是由安装在每个控制设备里的特有的以太网通讯处理器和相应的通讯软件组成的。这个 网络允许从监督管理层和操作层向自动层的数据传送，以便取得实时数据。
四)自动层(PLC子站)
这一层次是由一组自动控制设备群组成的，它们是建立在SISTEAM M TBX和SISTEAM TEMPRO设备基础上的。
SISTEAM M TBX是按国际通讯平台Multibus Ⅱ组成的多处理器控制系统，配有32位微处理器。
每个SISTEAM M对和它有联系的处理过程的作用实行控制。列举如下：
●加矾PLC子站
●加氯、加氨PLC子站
●Ⅰ滤地PLC子站
●Ⅱ滤池PLC子站
●二级泵房PLC子站
●高压配电室PLC子站
另一方面，Ⅰ滤池系统(1#—10#)滤格和Ⅱ滤池系统(10#—20#)滤格带有20个就地控制台，每个控制台都包括一台智能化的输入／输出信号处理单元，可以执行就地逻辑工作并向各 自的SISTEAM M 子站输送数据。
这些就地智能系统是建立在SISTEAM TEMPRO之上的。SISTEAM TEMPRO包含一个提供双串行口的处理器。
每个SISTEAM M子站单元都有一个界面快速控制板操作的就地单元，它只受就地处理过程 的限制。也就意味着：这些界面快速控制板通过PLC不但能显示设备的工作状态，也能在系统 上工作。

　　该系统的网络拓扑结构为总线型结构，网络为以太网，数据传输速率是以10Mbps(每秒10兆 字节数)，通讯线采用同轴电缆。

三、MMI控制系统

　　出于对制水系统运行的可靠性考虑，本公司的设备控制系统设有三级控制方式，即：就地手动、 现场监控和远程监控。MMI控制方式为远程监控的一种。
1、概况
　　临江水厂的上位机监控系统设置于本厂的中心控制室，采用的是INGELECTRIC—TEAM公司的MMI(人机界面)技术，OPERATOR MT是其软件产品。它由以上介绍的监督管理和操作层中的二台计算机构成互为备用的主控计算机(称为l号主机和2号主机)，具有生产实时数据的采集、画面监控、报警信息和历史趋势的显示功能等。同时由以上介绍的通讯层中的一台计算机(称为l号副机)负责生产报表的统计和打印。OPERATOR MT软件基于实时应用平台，这种平台具有较强的网络能力及一批图形配置工具。它支持下列硬件和软件标准：
　　1)Windows NT操作系统
　　2)PC工作站操作平台
　　3)以太网IEEE802.3网络拓扑结构
　　4)TCP／IP网络传输切、议
　　5)客户服务器结构
　　6)面向对象的系统
2、网络结构
　　在网络配置中被定义的网络设备是计算机和PLC.MMl分布于三台计算机：
　　1号主机，它可运行所有的系统服务器模块，RTDB(实时数据采集及更新)、报警服务器及历史数据服务器、图形面板、报警页及历史数据页面。该计算机是一个网络服务器，当它运行在主 机形式时，对另外的计算机提供所有的设置。
　　2号主机，它只运行RTDB，作为1号主机的后备形式。它也为图形页、报警页及历史过程数据运行客户模块。这个计算机是一个网络服务器，当它运行在主机形式时，对另外的计算机提供所有的设置。
　　1号副机，只运行最小模块，为了产生过程报表及数据库文件，而能提供其他程序所需的数据。
　　1号及2号主机、1号副机与PLC控制器之间的通讯基于以太网技术，遵循TCP／IP网络传输协议。
3、图形面板监控系统(GMS)
　　中控室上位机的画面监控功能是由OPERATOR MT的图形面板监控系统(GMS)提供的，图形面板的监控系统模块展示了生产设备的图形显示，它是从控制单元采集到实时数据使画面产生动态。 数据通过网络服务(DSBUS)被实时更新，应用程序使操作人员能通过在控制器上设置点与外部环境相互影响。同时，操作人员通过对系统键盘、功能键盘、鼠标等的外部设备，对自动层中的各PLC 子站中的设备的运行进行MMI控制。
　　3.1 图形面板的监视系统
　　图形面板的监视系统由3部分组成：
　　1)图形面板的顶部显示为系统运行的日期与时间
　　2)图形面板的中间显示为系统运行流程图
　　3)图形面板的底部显示为系统运行的菜单
　　其中，通过图形面板底部菜单可在不同的图形面板、报警页、历史过程数据中进行切换，以求查看所需显示的各PLC子站的工作情况。
　　3.2 图形面板的控制系统
　　根据图形面板的中间显示的系统运行流程图及底部菜单的切换功能，能对以下的图形页面进行监控：
　　1)全厂设备页面：此页面的显示，可观察全厂设备的运行情况，包括全厂任一设备的控制。在该面板菜单显示中，可分别对PLC网络、排水池和回收池、沉淀池、加氯、加氨、加矾、加助凝剂、2组滤池系统、二泵房、高配间、系统报警、历史曲线的12个页面进行切换。
　　同时，根据设备运行情况的需要进行监控。
　　2)PLC网络页面：在此页面中仅显示通讯状态。
　　3)排水池和回收池部分：此面板显示了排水池和回收池的水位、加氯系统的增压泵运行状态和它们相应的压力信号。此页面不提供设备运行的控制功能。
　　4)沉淀池页面：此面板显示了原水和滤前水的有关信号。例如：原水的进水流量、压力、溶解氧、氨氮、浊度、电导率、PH值、温度。进水阀门开启度，沉淀池的水位。沉淀池出口 浊度和余氯值.唯一的控制功能是调节沉淀池进水阀门的开启度。这个控制功能仅当控制模式选择在“自动”位置时才有效。
　　5)加氯页面：此面板显示了整个加氯系统设备运行状态，加氯机加注量的显示等等，但没有控制功能。
　　6)加氨页面：此面板显示了整个加氨系统设备运行状态，加氨机加注量的显示等等，但没有控制功能。
　　7)加矾页面：此面板显示了整个加矾系统设备运行状态和矾液的配置，加注泵运行时的变频、冲程、絮凝体粒经实测值及矾液密度的数据等。可对原液的浓度及配液的浓度进行设置，同时，对该系统的PLC内部报警进行复位。
　　8)加助凝剂页面：此面板显示了整个加助凝剂系统设备运行状态，但没有控制功能。
　　9)2组滤池系统页面：滤池采用的是V型滤池工艺，采用均质滤料、恒水位、恒滤速过滤。气、水反冲洗加表面扫洗。系统包括两个页面，每个页面对应一组滤地。每组滤池分别又有10格滤格，每格滤格又有各自的控制页面。在每组滤池页面上，可对滤池反冲洗三阶段的时间参数及反冲洗出水总阀进行设置，对该组中的滤格在冲洗中发生的故障进行复位。在每格滤池页面上，可对每格滤池的恒水位液位、连续的运行时间、水头损失、PID等参数进行设置，同时，又可对正处于半自动状态运行的滤格进行强制冲洗的设置。
　　10)二泵房页面：此页面显示了整个出水系统，对出水系统只监不控。出水系统包括7台出水机泵，有各自的控制页面，在这些页面上可进行出水机泵的开、停操作。同时在出水系统页面上可显示出厂水的有关参数(如出厂压力、流量、余氯、浊度、pH值等)。以及出水机泵等设备的有关参数(如清水池及吸水井水位，出水机泵的运行状态及运行小时数，出水机泵出水阀门的开启度等)和报警信号。
　　11)高压配电页面：分为35／6KV、6KV两个面板，均为只监不控。主要监视配电系统的进线、主变、厂变、高、低压开关柜等的有关数据(如电压、电流、有功功率、功率因素等)和状态(如开关和断路器位置和状态)，各种故障记录和报警等。
　　12)报警页面：包括两个主要窗口，一个活动在屏幕的底部，能显示最新的没有被确认的报警。另一个窗口又有两个部分：左边的是历史曲线，而右边的是实时报警。最新的报警是窗口中的第一个报警。
　　13)历史过程数据页面：此窗口以图形形式(趋势图)出现。
4、报警信息
　　报警信息由报警数据库模块和报警数据显示模块组成。
　　报警数据库模块是服务器模块，它根据在设备管理上的标准的事先定义好的次序存储着关于报警信号的逻辑变量的状态变化。它可读报警单元记录且把它们写在文件中，管理动态报警次序及它 的确认，接受及应答客户模块的请求。
　　报警数据显示模块用来观察现场报警，它显示生成动态窗口结构，确认和打印历史报警。它们可以在屏幕上随意被指令，并且与相应的点结合起来。
5、过程数据库
　　过程数据库允许通过历史数据图象以图形的方式存储过程变量数据。可迅速修复以前存储的信息且通过网络装置使之能为所有的应用和组成OPERATOR MT环境的模块所利用。过程数据显示模块能够以图形形式产生窗口。这些窗口能显示存储在历史数据库模块中的过程变量。

四、存在问题及改进措施

　　临江水厂生产实时监控自动化系统，经历了从最初的生产设备的手动运行→PLC半自动运行→PLC全自动运行→中控室的MMI控制运行。目前系统的运行状态已趋向稳定。
　　由于我厂自投产以来已有三年多的时间了，在这三年多的时间里，PLC自动控制系统的外围设备增加不少。并且结合目前供水行业减员增效，考虑到水厂自动化系统设备如何来适应新岗位、新人员编制的要求，必须对存在的问题进行改进，具体有以下几点：
　　1、改进目标：根据目前的设备运行情况来看，排水池提升泵、沉淀池排泥行车运行的远程监控，必须接入PLC网络系统.PLC参与出水泵变频调速装置的监控和滤池单格浊度的监测、PLC实现全厂所有用于积算的流量仪的累积功能等等。
　　2、硬件部分：为达到改进目标，必须新铺设信号电缆及增加信号接口。
　　3、软件部分：为达到改进目标，必须修改PLC和MMI数据库的I／O点数的配置。同时增加PLC操作屏和MMI监控画面的组态.对PLC程序进行修改。

2001年5月