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宋永杰，卜永濤，李  杰

1  引言
石家莊高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)供水排水公司成立于1994年3月，企業(yè)自成立以來一直致力于信息自動化的建設(shè)。目前，該公司擁有供水廠一座，設(shè)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(tǒng)，集中實現(xiàn)了全公司生產(chǎn)運行管理和職能部門管理的自動化。系統(tǒng)采用計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自動化技術(shù)、GPS技術(shù)及大屏幕技術(shù)等，并與先進(jìn)合理的生產(chǎn)技術(shù)相互結(jié)合，共同完成對整個工業(yè)過程的控制和管理。集中實現(xiàn)回路調(diào)節(jié)、參數(shù)報警、歷史數(shù)據(jù)存儲、工藝流程動態(tài)顯示等功能，并采用專家軟件系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將不同地理位置的計算機(jī)及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接起來，形成綜合性以太網(wǎng)絡(luò)，提高生產(chǎn)效率，降低運營成本，各項技術(shù)均達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。
2  網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成及功能特點
如圖1所示，整個公司網(wǎng)絡(luò)連接情況較為復(fù)雜。公司、水廠與污水處理廠內(nèi)部采用100M雙絞線，水源地開閉所―水廠值班室―調(diào)度中心由16芯單膜光纖連接，工業(yè)以太網(wǎng)與辦公以太網(wǎng)完全隔開，兩個網(wǎng)絡(luò)在調(diào)度中心由服務(wù)器聯(lián)接。總公司―水廠―污水處理廠，采用11M微波通訊，其產(chǎn)品選用以色列BreezeCOM系列；自動化控制設(shè)備之間通過無線方式、RI/O和DH485網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行通訊，網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議分別遵守TCP/IP和DH485協(xié)議。
2.1  自動化控制系統(tǒng)
自動化控制系統(tǒng)采用三級調(diào)度，其中調(diào)度中心為一級調(diào)度，水廠值班室為二級調(diào)度，各現(xiàn)場實現(xiàn)三級控制，層次分明，可操作性強(qiáng)。
(1)  設(shè)備構(gòu)成及功能
供水廠自動控制系統(tǒng)由4臺操作站、2臺服務(wù)器和若干現(xiàn)場控制站（含測壓點3個）組成，通過服務(wù)器與辦公網(wǎng)絡(luò)連接，供網(wǎng)上用戶瀏覽實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)和各種生產(chǎn)報表。
?  調(diào)度中心配有2臺IBM Server 232系列服務(wù)器，其具體配置為PIII1.26G/SCSI18.2G*2/512M,可實現(xiàn)雙機(jī)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(tǒng)穩(wěn)定正常工作；配備HP L5000系列打印機(jī)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(jī)，用于監(jiān)視、控制各操作現(xiàn)場，通過通訊網(wǎng)絡(luò)采集系統(tǒng)內(nèi)各站點的設(shè)備工作狀態(tài)以及與調(diào)度、控制有關(guān)的工藝參數(shù)，供生產(chǎn)調(diào)度人員，對整個系統(tǒng)運行情況統(tǒng)一調(diào)配控制；可隨時對各子站運行狀況進(jìn)行監(jiān)測；系統(tǒng)采用SQLserver 7.0數(shù)據(jù)庫，可保存生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并可對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；可動態(tài)顯示各種圖形和數(shù)據(jù)，顯示通訊系統(tǒng)、工藝和控制圖、區(qū)內(nèi)井群圖、輸配水管網(wǎng)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(jiān)控等功能。

圖1  網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)圖

調(diào)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(yè)的NT850控制器，基于WinNT4.0操作系統(tǒng)，PIII800/SCSI硬盤/多個100M網(wǎng)卡，可顯示工控系統(tǒng)監(jiān)控畫面，監(jiān)視系統(tǒng)畫面，地理信息系統(tǒng)及GPS車輛定位信息等。
調(diào)度中心配備美國冠軍10kVA/4H在線式UPS兩臺，并實現(xiàn)了雙機(jī)熱備功能，可供調(diào)度中心所有設(shè)備在停電狀態(tài)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(shù)，且互為熱備狀態(tài)。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(guān)量、模擬量模塊。整個工藝過程通過操作畫面進(jìn)行監(jiān)視與控制，值班人員通過對參數(shù)的設(shè)置來控制生產(chǎn)的運行，對重要參數(shù)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(jī)兩臺，用于報表和歷史數(shù)據(jù)的打印。
?  各補壓井現(xiàn)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(shù)據(jù)和設(shè)備。管網(wǎng)測壓點現(xiàn)場控制器采用AB的Micrologix1000可編程控制器，內(nèi)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(chǎn)生報警信號，由電臺傳回水廠值班室和調(diào)度中心。101～109號補壓井，均采用AB公司的1336PLUSⅡ系列變頻器進(jìn)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(guān)開關(guān)量和模擬量模塊。其中，加氯間主要用來采集進(jìn)廠總流量及二氧化氯含量，二氧化氯發(fā)生器調(diào)整、故障缺料信號等；純水車間主要監(jiān)控功能有進(jìn)水流量、PH值信號、大瓶小瓶計數(shù)。
(2)  軟件構(gòu)成
1～4號操作站操作系統(tǒng)為Windows NT，采用美國Rockwell Automation公司的Rsview32人機(jī)監(jiān)控軟件包。該軟件可運行在Windows98/2000/NT下，具有先進(jìn)的圖形組態(tài)、實時監(jiān)控、歷史趨勢記錄、開放的數(shù)據(jù)庫等一系列功能特點。編程組態(tài)靈活方便，為設(shè)計開發(fā)等技術(shù)人員帶來了極大的方便。
在系統(tǒng)的現(xiàn)場控制站同樣采用該公司的RSLogix500組態(tài)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(shù)據(jù)庫，可對PLC進(jìn)行在線診斷，與Rsview32共享數(shù)據(jù)庫，可輕松完成梯形編輯、I/O組態(tài)、數(shù)據(jù)庫編輯、拖放編輯等功能，為軟件開發(fā)人員節(jié)省了組態(tài)開發(fā)時間。
(3)  通訊鏈路
值班室PLC與交換機(jī)用屏蔽雙絞線連接形成100M工控以太網(wǎng)絡(luò)，為數(shù)據(jù)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(xiàn)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(xiàn)場測量數(shù)值顯示，設(shè)備運行狀態(tài)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(tǒng)可生成的報表有補壓井生產(chǎn)日報表、月報表、年報表、測壓點報表等，為公司統(tǒng)計和領(lǐng)導(dǎo)決策提供第一手資料。
?  歷史趨勢查詢 系統(tǒng)提供所有運行設(shè)備（包括井群、測壓點、供電系統(tǒng)）運行參數(shù)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(shù)據(jù)選擇、時間選擇、顯示選擇等內(nèi)容，顯示直觀，可操作性強(qiáng)。
?  報警處理功能 該功能主要記錄發(fā)生的報警名稱、報警時間、確認(rèn)時間等有關(guān)信息，并可對報警信息進(jìn)行管理。
?  畫面操作功能 可實現(xiàn)對系統(tǒng)運行參數(shù)設(shè)定，手動/自動方式選擇，啟動和停止操作設(shè)定，供水壓力參數(shù)設(shè)定，PID手動/自動切換等功能，報警系統(tǒng)設(shè)防/撤防。
2.2  辦公自動化系統(tǒng)
(1)  設(shè)備構(gòu)成
辦公自動化系統(tǒng)由一臺HPLH3000服務(wù)器及公司水廠所屬若干上網(wǎng)計算機(jī)組成。整個辦公網(wǎng)絡(luò)瓶頸是總公司―水廠―污水處理廠的11M無線微波系統(tǒng)，其余全部達(dá)到100M到桌面。公司還利用IP技術(shù)和微波通道在局域網(wǎng)上安裝IP語言網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)了公司―水廠―污水處理廠的直撥IP電話功能。
(2)  軟件系統(tǒng)構(gòu)成
采用蓮花公司群件系統(tǒng)的Lotus Domino/Notes產(chǎn)品。該產(chǎn)品功能豐富，可以較容易地以Domino為平臺開發(fā)出面向協(xié)作應(yīng)用的解決方案，它基于Clent/server結(jié)構(gòu)，非常適合于辦公自動化系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用。
(3)  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特點
該系統(tǒng)基于標(biāo)準(zhǔn)群件系統(tǒng)和大型數(shù)據(jù)庫的綜合辦公系統(tǒng)，采用B/S模式，維護(hù)安裝方便。在客戶端根據(jù)個人職責(zé)的不同定制不同的主界面；它可以按不同的部門、職務(wù)分組實現(xiàn)對用戶的權(quán)限管理，系統(tǒng)可定制不同的辦公流程，以適應(yīng)部門工作變化，可提供歷史記錄查詢，多重安全保護(hù)機(jī)制。其組成模塊如圖2所示。
2.3  地理信息系統(tǒng)（GIS）
(1)  設(shè)備構(gòu)成
系統(tǒng)由兩臺HP圖形工作站連到辦公網(wǎng)絡(luò)上，網(wǎng)上授權(quán)用戶均可調(diào)用，查詢管網(wǎng)信息。另外，配有佳瓦特（Javat）GPS接收機(jī)一套，可進(jìn)行動態(tài)靜態(tài)測量，協(xié)助制作電子地圖。

圖2  組織模塊圖

(2)  軟件構(gòu)成
公司的管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)采用美國Ampac公司開發(fā)的具有世界先進(jìn)水平的供水管網(wǎng)管理軟件，該軟件具有8大功能，分別是管網(wǎng)基礎(chǔ)資料管理系統(tǒng)、自來水用戶管理系統(tǒng)、地理信息管理系統(tǒng)、管網(wǎng)運行狀態(tài)分析管理系統(tǒng)、管網(wǎng)水質(zhì)管理系統(tǒng)、水源水泵優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)、管網(wǎng)緊急事故處理系統(tǒng)、管網(wǎng)改擴(kuò)建規(guī)劃管理系統(tǒng)。
該系統(tǒng)除具備普通地理信息系統(tǒng)的功能外，更擅長對供水管網(wǎng)、用戶、水源等與供水有關(guān)的基礎(chǔ)信息的管理。采用美國最先進(jìn)計算模型，進(jìn)行快速精確計算，與三遙接口，實現(xiàn)對管網(wǎng)實時分析；方便快捷的爆管事故處理可確定最優(yōu)的停水方案，具有良好的開放性，可與其它系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，各類數(shù)據(jù)均可在企業(yè)局域網(wǎng)上瀏覽。
2.4  工業(yè)監(jiān)視與車輛GPS調(diào)度系統(tǒng)
構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備主要包括前臺各區(qū)域攝像機(jī)、云臺及紅外探頭等。信號通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)或工控網(wǎng)絡(luò)傳至調(diào)度中心監(jiān)控報警矩陣主機(jī)。GPS車輛系統(tǒng)主要是由車載單元、中心控制單元和監(jiān)控計算機(jī)組成，信號分別通過GPS和GSM網(wǎng)絡(luò)傳至監(jiān)控計算機(jī)。
由于自來水行業(yè)對安全要求的特殊性，石家壓高新區(qū)供水排水公司在各補壓井分別安裝了紅外線報警系統(tǒng)，采用保安力紅外探頭，對井群的任何非法入侵人員進(jìn)行報警，加強(qiáng)了安防力度。廠內(nèi)閉路攝像系統(tǒng)覆蓋整個廠區(qū)和關(guān)鍵部位，能隨時監(jiān)控廠區(qū)內(nèi)的安防及生產(chǎn)情況。該公司擁有12部汽車，用GPS汽車定位監(jiān)視，便于查詢汽車的位置及行車線路，加強(qiáng)了公司對公務(wù)用車的管理，便于合理調(diào)度和利用。閉路監(jiān)控攝像機(jī)和GPS汽車定位監(jiān)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(tǒng)
污水廠自動控制系統(tǒng)由中控室的兩個上位機(jī)監(jiān)控工作站、下位5個PLC控制站及安裝在現(xiàn)場的RI/O模塊組成。該系統(tǒng)具有“集中監(jiān)視，分散控制”功能。整個污水處理廠采用三級調(diào)度，一級為水廠調(diào)度中心，二級調(diào)度為污水廠中控室，三級調(diào)度為現(xiàn)場控制，當(dāng)設(shè)備或通訊故障時，現(xiàn)場調(diào)度擁有控制優(yōu)先權(quán)。
設(shè)備構(gòu)成及功能如下：
?  PLC控制站由可編程控制器及附屬設(shè)備組成，型號為西門子S7-315-2DP和S7-318-2兩種。用于采集現(xiàn)場檢測到儀表的測量值、設(shè)備的狀態(tài)信號，控制現(xiàn)場設(shè)備，將處理后的數(shù)據(jù)送入通信網(wǎng)絡(luò)并接收上位機(jī)及其它現(xiàn)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(jī)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(jìn)水格柵、進(jìn)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(tǒng)。
?  上位監(jiān)控工作站由兩臺大眾PIII工控機(jī)和一臺彩色打印機(jī)組成。該工作站主要將各現(xiàn)場控制器送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，存儲和顯示，同時也可對下位設(shè)備監(jiān)控。每臺監(jiān)控計算機(jī)可顯示工藝流程、設(shè)備狀態(tài)、過程參數(shù)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳至水廠調(diào)度中心，但只作一個監(jiān)視點，不進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
3  結(jié)語
石家壓高新區(qū)供水排水公司的信息自動化系統(tǒng)的投入運行至今，各項生產(chǎn)指標(biāo)均達(dá)到或超過國家標(biāo)準(zhǔn)。采用工業(yè)100M以太網(wǎng)和辦公100M以太網(wǎng)相結(jié)合，又各自獨立的方式傳輸數(shù)據(jù)，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次分明。根據(jù)實際情況采用不同的傳輸介質(zhì)，具有良好的性能價格比。在自動控制系統(tǒng)的投運，一改傳統(tǒng)的運行工巡井方式，采用遠(yuǎn)程控制水泵啟停，對數(shù)據(jù)的采集報表等自動生成功能，提高了勞動效率，大大節(jié)省了勞動力，潛水泵的變頻運行方式在一定程度上節(jié)省了電能，降低了運行成本。整體自動化系統(tǒng)的投運，提高了公司的信息自動化水平、科學(xué)管理水平和服務(wù)質(zhì)量，增強(qiáng)了企業(yè)的競爭力，實現(xiàn)了企業(yè)經(jīng)濟(jì)和社會效益的雙豐收。