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宋永杰，卜永濤，李  杰

1  引言
石家莊高新技術產業開發區供水排水公司成立于1994年3月，企業自成立以來一直致力于信息自動化的建設。目前，該公司擁有供水廠一座，設計供水能力為5萬噸/日；補壓井11眼，水源井6眼（目前正在開鑿）；污水處理廠一座，日處理能力10萬噸。近幾年來該公司共投入860多萬元搞信息自動化系統，集中實現了全公司生產運行管理和職能部門管理的自動化。系統采用計算機技術、通信技術、自動化技術、GPS技術及大屏幕技術等，并與先進合理的生產技術相互結合，共同完成對整個工業過程的控制和管理。集中實現回路調節、參數報警、歷史數據存儲、工藝流程動態顯示等功能，并采用專家軟件系統進行優化。采用網絡技術將不同地理位置的計算機及相關網絡設備連接起來，形成綜合性以太網絡，提高生產效率，降低運營成本，各項技術均達到國內領先水平。
2  網絡監控系統構成及功能特點
如圖1所示，整個公司網絡連接情況較為復雜。公司、水廠與污水處理廠內部采用100M雙絞線，水源地開閉所―水廠值班室―調度中心由16芯單膜光纖連接，工業以太網與辦公以太網完全隔開，兩個網絡在調度中心由服務器聯接。總公司―水廠―污水處理廠，采用11M微波通訊，其產品選用以色列BreezeCOM系列；自動化控制設備之間通過無線方式、RI/O和DH485網絡等進行通訊，網絡傳輸協議分別遵守TCP/IP和DH485協議。
2.1  自動化控制系統
自動化控制系統采用三級調度，其中調度中心為一級調度，水廠值班室為二級調度，各現場實現三級控制，層次分明，可操作性強。
(1)  設備構成及功能
供水廠自動控制系統由4臺操作站、2臺服務器和若干現場控制站（含測壓點3個）組成，通過服務器與辦公網絡連接，供網上用戶瀏覽實時生產數據和各種生產報表。
?  調度中心配有2臺IBM Server 232系列服務器，其具體配置為PIII1.26G/SCSI18.2G*2/512M,可實現雙機熱備功能，一臺主域控制器，一臺備份域控制器。在主域有故障時，備份域自動切換到主域，保證系統穩定正常工作；配備HP L5000系列打印機兩臺，用于各種報表的打印；操作站選用研華PⅢ800/128M/40G/17’工控機，用于監視、控制各操作現場，通過通訊網絡采集系統內各站點的設備工作狀態以及與調度、控制有關的工藝參數，供生產調度人員，對整個系統運行情況統一調配控制；可隨時對各子站運行狀況進行監測；系統采用SQLserver 7.0數據庫，可保存生產數據，并可對歷史數據進行分析；可動態顯示各種圖形和數據，顯示通訊系統、工藝和控制圖、區內井群圖、輸配水管網圖、污水處理流程工藝和控制功能；還可提供報警提示、閉路監控等功能。

圖1  網絡控制系統圖

調度中心的大屏幕，由二塊150英寸的丹麥DNP屏幕拼接而成。顯示控制器采用世界最專業的NT850控制器，基于WinNT4.0操作系統，PIII800/SCSI硬盤/多個100M網卡，可顯示工控系統監控畫面，監視系統畫面，地理信息系統及GPS車輛定位信息等。
調度中心配備美國冠軍10kVA/4H在線式UPS兩臺，并實現了雙機熱備功能，可供調度中心所有設備在停電狀態下使用12小時以上。
?  水廠值班室配備三組PLC，其中兩組配置完全相同，處理各子站PLC送來的參數，且互為熱備狀態。配置為：框架1746-A4、電源1746-P2、CPU1747-L552、兩個1747-BSN熱備掃描模塊；第三組PLC配置為：框架1746-13、電源1746-P4、1747-ASB RI/O掃描模塊及若干開關量、模擬量模塊。整個工藝過程通過操作畫面進行監視與控制，值班人員通過對參數的設置來控制生產的運行，對重要參數做出實時及歷史趨勢分析，具備多級報警功能等。另配Epson1600KIII打印機兩臺，用于報表和歷史數據的打印。
?  各補壓井現場控制器PLC選用美國AB的SLC500系列可編程控制器，用于采集控制補壓井的各種數據和設備。管網測壓點現場控制器采用AB的Micrologix1000可編程控制器，內存為1K，通訊接口為RS232和DH485。功能為采集和控制測壓點的壓力和二氧化氯信號，并對故障產生報警信號，由電臺傳回水廠值班室和調度中心。101～109號補壓井，均采用AB公司的1336PLUSⅡ系列變頻器進行控制，有37kW和45kW兩種，通過1203-GM2模塊與PLC通訊；201、202號及水源井配備AB公司的SMC Dialog Plus 150-B97NBDB軟啟動器控制，其通訊模塊為1203-GD1。水廠加氯間和純水車間采用1747-ASB掃描模塊，另配相關開關量和模擬量模塊。其中，加氯間主要用來采集進廠總流量及二氧化氯含量，二氧化氯發生器調整、故障缺料信號等；純水車間主要監控功能有進水流量、PH值信號、大瓶小瓶計數。
(2)  軟件構成
1～4號操作站操作系統為Windows NT，采用美國Rockwell Automation公司的Rsview32人機監控軟件包。該軟件可運行在Windows98/2000/NT下，具有先進的圖形組態、實時監控、歷史趨勢記錄、開放的數據庫等一系列功能特點。編程組態靈活方便，為設計開發等技術人員帶來了極大的方便。
在系統的現場控制站同樣采用該公司的RSLogix500組態軟件包。它運行在Windows98 /2000/NT下，支持全中文注釋功能和符號地址數據庫，可對PLC進行在線診斷，與Rsview32共享數據庫，可輕松完成梯形編輯、I/O組態、數據庫編輯、拖放編輯等功能，為軟件開發人員節省了組態開發時間。
(3)  通訊鏈路
值班室PLC與交換機用屏蔽雙絞線連接形成100M工控以太網絡，為數據傳輸提供較大帶寬；101～109號井測壓點采用無線超短波通道，頻率為230MHz；201、202號井、純水車間、加氯間與值班室PLC采用RI/O和現場掃描方式通訊。
(4)  控制功能
?  工藝顯示功能 該功能集中顯示了整個供水工藝流程，現場測量數值顯示，設備運行狀態顯示，報警顯示（補壓井紅外報警、PLC通訊報警等），操作方式顯示及操作畫面切換功能。
?  報表生成功能 該系統可生成的報表有補壓井生產日報表、月報表、年報表、測壓點報表等，為公司統計和領導決策提供第一手資料。
?  歷史趨勢查詢 系統提供所有運行設備（包括井群、測壓點、供電系統）運行參數歷史趨勢曲線顯示。每條趨勢曲線畫面包括曲線名稱、曲線說明、數據選擇、時間選擇、顯示選擇等內容，顯示直觀，可操作性強。
?  報警處理功能 該功能主要記錄發生的報警名稱、報警時間、確認時間等有關信息，并可對報警信息進行管理。
?  畫面操作功能 可實現對系統運行參數設定，手動/自動方式選擇，啟動和停止操作設定，供水壓力參數設定，PID手動/自動切換等功能，報警系統設防/撤防。
2.2  辦公自動化系統
(1)  設備構成
辦公自動化系統由一臺HPLH3000服務器及公司水廠所屬若干上網計算機組成。整個辦公網絡瓶頸是總公司―水廠―污水處理廠的11M無線微波系統，其余全部達到100M到桌面。公司還利用IP技術和微波通道在局域網上安裝IP語言網關，實現了公司―水廠―污水處理廠的直撥IP電話功能。
(2)  軟件系統構成
采用蓮花公司群件系統的Lotus Domino/Notes產品。該產品功能豐富，可以較容易地以Domino為平臺開發出面向協作應用的解決方案，它基于Clent/server結構，非常適合于辦公自動化系統的開發與應用。
(3)  系統結構與特點
該系統基于標準群件系統和大型數據庫的綜合辦公系統，采用B/S模式，維護安裝方便。在客戶端根據個人職責的不同定制不同的主界面；它可以按不同的部門、職務分組實現對用戶的權限管理，系統可定制不同的辦公流程，以適應部門工作變化，可提供歷史記錄查詢，多重安全保護機制。其組成模塊如圖2所示。
2.3  地理信息系統（GIS）
(1)  設備構成
系統由兩臺HP圖形工作站連到辦公網絡上，網上授權用戶均可調用，查詢管網信息。另外，配有佳瓦特（Javat）GPS接收機一套，可進行動態靜態測量，協助制作電子地圖。

圖2  組織模塊圖

(2)  軟件構成
公司的管網地理信息系統采用美國Ampac公司開發的具有世界先進水平的供水管網管理軟件，該軟件具有8大功能，分別是管網基礎資料管理系統、自來水用戶管理系統、地理信息管理系統、管網運行狀態分析管理系統、管網水質管理系統、水源水泵優化調度系統、管網緊急事故處理系統、管網改擴建規劃管理系統。
該系統除具備普通地理信息系統的功能外，更擅長對供水管網、用戶、水源等與供水有關的基礎信息的管理。采用美國最先進計算模型，進行快速精確計算，與三遙接口，實現對管網實時分析；方便快捷的爆管事故處理可確定最優的停水方案，具有良好的開放性，可與其它系統進行數據交換，實現數據共享，各類數據均可在企業局域網上瀏覽。
2.4  工業監視與車輛GPS調度系統
構成監控系統的設備主要包括前臺各區域攝像機、云臺及紅外探頭等。信號通過監控網絡或工控網絡傳至調度中心監控報警矩陣主機。GPS車輛系統主要是由車載單元、中心控制單元和監控計算機組成，信號分別通過GPS和GSM網絡傳至監控計算機。
由于自來水行業對安全要求的特殊性，石家壓高新區供水排水公司在各補壓井分別安裝了紅外線報警系統，采用保安力紅外探頭，對井群的任何非法入侵人員進行報警，加強了安防力度。廠內閉路攝像系統覆蓋整個廠區和關鍵部位，能隨時監控廠區內的安防及生產情況。該公司擁有12部汽車，用GPS汽車定位監視，便于查詢汽車的位置及行車線路，加強了公司對公務用車的管理，便于合理調度和利用。閉路監控攝像機和GPS汽車定位監視可通過NT850在大屏幕上顯示出來，圖像清晰，效果直觀。
2.5  污水廠自動控制系統
污水廠自動控制系統由中控室的兩個上位機監控工作站、下位5個PLC控制站及安裝在現場的RI/O模塊組成。該系統具有“集中監視，分散控制”功能。整個污水處理廠采用三級調度，一級為水廠調度中心，二級調度為污水廠中控室，三級調度為現場控制，當設備或通訊故障時，現場調度擁有控制優先權。
設備構成及功能如下：
?  PLC控制站由可編程控制器及附屬設備組成，型號為西門子S7-315-2DP和S7-318-2兩種。用于采集現場檢測到儀表的測量值、設備的狀態信號，控制現場設備，將處理后的數據送入通信網絡并接收上位機及其它現場控制站信息。PLC的編程工作可采用編程器完成，也可通過上位機編程再下裝來完成。5個PLC控制站的控制范圍如下：① 總變電室高低壓電量；② 進水格柵、進水泵房及曝氣沉砂池；③ 1～4#生物池；④ 5～6#生物池；⑤ 污泥處理系統。
?  上位監控工作站由兩臺大眾PIII工控機和一臺彩色打印機組成。該工作站主要將各現場控制器送來的數據進行整理，存儲和顯示，同時也可對下位設備監控。每臺監控計算機可顯示工藝流程、設備狀態、過程參數和報警信息等，同時可以打印生成各類圖表和事件報警。另外，所有信息可通過網絡系統傳至水廠調度中心，但只作一個監視點，不進行遠程控制。
3  結語
石家壓高新區供水排水公司的信息自動化系統的投入運行至今，各項生產指標均達到或超過國家標準。采用工業100M以太網和辦公100M以太網相結合，又各自獨立的方式傳輸數據，使網絡結構層次分明。根據實際情況采用不同的傳輸介質，具有良好的性能價格比。在自動控制系統的投運，一改傳統的運行工巡井方式，采用遠程控制水泵啟停，對數據的采集報表等自動生成功能，提高了勞動效率，大大節省了勞動力，潛水泵的變頻運行方式在一定程度上節省了電能，降低了運行成本。整體自動化系統的投運，提高了公司的信息自動化水平、科學管理水平和服務質量，增強了企業的競爭力，實現了企業經濟和社會效益的雙豐收。