潘曉
臨江水廠

一、簡(jiǎn)況

上海市自來水浦東有限公司臨江水廠，是”九五”期間上海市利用國(guó)外貸款和國(guó)內(nèi)資金新建的自 動(dòng)化程度較高的水廠，于1997年7月建成通水，設(shè)計(jì)供水量為40萬噸／日。主要機(jī)電、閥門設(shè)備和 生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)由國(guó)外引進(jìn)。
水廠制水工藝流程如圖一：

二、水廠實(shí)時(shí)監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能：

臨江水廠實(shí)時(shí)監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)，采用的是“集中管理、分散控制”的集散控制系統(tǒng)。即DCS(Distributed Control System)系統(tǒng)。設(shè)備的PLC可編程程序的編制由西班牙INGELECTRIC—TEAM 公司設(shè)計(jì)，設(shè)有中心控制室一個(gè)及PLC子站6座，包括加氯加氨、加礬、Ⅰ濾池、Ⅱ?yàn)V池、二泵房、 高配間，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由以下幾個(gè)層次組成：
一) 監(jiān)督管理和操作層：(中心控制室)
建立在SISTEAM OPERATOR MT系統(tǒng)上。由以下的設(shè)備組成：
●二臺(tái)個(gè)人電腦(CPU PⅢ733和CPU賽揚(yáng)433)
●二臺(tái)20”顯示器
●二臺(tái)打印機(jī)(一臺(tái)Epson Fx—870，用于打印生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的報(bào)警記錄另一臺(tái)HP DeskJet 690C，用于打印生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的曲線記錄)
●一臺(tái)型號(hào)為SIEMENS A3000的后備電源
●Window NT 4.0的操作系統(tǒng)
該部分的主要功能是：顯示生產(chǎn)設(shè)備在運(yùn)行過程中的不同狀態(tài)，允許操作者在系統(tǒng)中執(zhí)行指令。 同時(shí)，2臺(tái)個(gè)人電腦用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和管理的同時(shí)，可打印報(bào)警記錄及歷史曲線。
二)通訊層：(中心控制室)
由以下的設(shè)備組成：
●一臺(tái)個(gè)人電腦(CPU Pentium 120 MHz)
●一臺(tái)20”顯示器
●一臺(tái)打印機(jī)(HP DeskJet 690，用于打印生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的報(bào)表記錄)
該部分的主要功能是：生成一個(gè)數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫從上一級(jí)的監(jiān)督、管理層中搜集生產(chǎn)設(shè)備在 運(yùn)行過程中的信息，建立報(bào)表，通過打印機(jī)進(jìn)行打印。一臺(tái)便攜式個(gè)人電腦(PⅢ650)，內(nèi)部裝有 程序單元系統(tǒng)，可用來連接到通訊系統(tǒng)部分，對(duì)不同的控制程序進(jìn)行安裝。
三)局域網(wǎng)層—以太網(wǎng)
這一層包含了建立在交換式以太網(wǎng)基礎(chǔ)上的通訊網(wǎng)。局域網(wǎng)是由安裝在每個(gè)控制設(shè)備里的特有的以太網(wǎng)通訊處理器和相應(yīng)的通訊軟件組成的。這個(gè) 網(wǎng)絡(luò)允許從監(jiān)督管理層和操作層向自動(dòng)層的數(shù)據(jù)傳送，以便取得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
四)自動(dòng)層(PLC子站)
這一層次是由一組自動(dòng)控制設(shè)備群組成的，它們是建立在SISTEAM M TBX和SISTEAM TEMPRO設(shè)備基礎(chǔ)上的。
SISTEAM M TBX是按國(guó)際通訊平臺(tái)Multibus Ⅱ組成的多處理器控制系統(tǒng)，配有32位微處理器。
每個(gè)SISTEAM M對(duì)和它有聯(lián)系的處理過程的作用實(shí)行控制。列舉如下：
●加礬PLC子站
●加氯、加氨PLC子站
●Ⅰ濾地PLC子站
●Ⅱ?yàn)V池PLC子站
●二級(jí)泵房PLC子站
●高壓配電室PLC子站
另一方面，Ⅰ濾池系統(tǒng)(1#—10#)濾格和Ⅱ?yàn)V池系統(tǒng)(10#—20#)濾格帶有20個(gè)就地控制臺(tái)，每個(gè)控制臺(tái)都包括一臺(tái)智能化的輸入／輸出信號(hào)處理單元，可以執(zhí)行就地邏輯工作并向各 自的SISTEAM M 子站輸送數(shù)據(jù)。
這些就地智能系統(tǒng)是建立在SISTEAM TEMPRO之上的。SISTEAM TEMPRO包含一個(gè)提供雙串行口的處理器。
每個(gè)SISTEAM M子站單元都有一個(gè)界面快速控制板操作的就地單元，它只受就地處理過程 的限制。也就意味著：這些界面快速控制板通過PLC不但能顯示設(shè)備的工作狀態(tài)，也能在系統(tǒng) 上工作。

　　該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)為以太網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸速率是以10Mbps(每秒10兆 字節(jié)數(shù))，通訊線采用同軸電纜。

三、MMI控制系統(tǒng)

　　出于對(duì)制水系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性考慮，本公司的設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)有三級(jí)控制方式，即：就地手動(dòng)、 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控。MMI控制方式為遠(yuǎn)程監(jiān)控的一種。
1、概況
　　臨江水廠的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置于本廠的中心控制室，采用的是INGELECTRIC—TEAM公司的MMI(人機(jī)界面)技術(shù)，OPERATOR MT是其軟件產(chǎn)品。它由以上介紹的監(jiān)督管理和操作層中的二臺(tái)計(jì)算機(jī)構(gòu)成互為備用的主控計(jì)算機(jī)(稱為l號(hào)主機(jī)和2號(hào)主機(jī))，具有生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、畫面監(jiān)控、報(bào)警信息和歷史趨勢(shì)的顯示功能等。同時(shí)由以上介紹的通訊層中的一臺(tái)計(jì)算機(jī)(稱為l號(hào)副機(jī))負(fù)責(zé)生產(chǎn)報(bào)表的統(tǒng)計(jì)和打印。OPERATOR MT軟件基于實(shí)時(shí)應(yīng)用平臺(tái)，這種平臺(tái)具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)能力及一批圖形配置工具。它支持下列硬件和軟件標(biāo)準(zhǔn)：
　　1)Windows NT操作系統(tǒng)
　　2)PC工作站操作平臺(tái)
　　3)以太網(wǎng)IEEE802.3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
　　4)TCP／IP網(wǎng)絡(luò)傳輸切、議
　　5)客戶服務(wù)器結(jié)構(gòu)
　　6)面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)
2、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
　　在網(wǎng)絡(luò)配置中被定義的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是計(jì)算機(jī)和PLC.MMl分布于三臺(tái)計(jì)算機(jī)：
　　1號(hào)主機(jī)，它可運(yùn)行所有的系統(tǒng)服務(wù)器模塊，RTDB(實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及更新)、報(bào)警服務(wù)器及歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、圖形面板、報(bào)警頁及歷史數(shù)據(jù)頁面。該計(jì)算機(jī)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，當(dāng)它運(yùn)行在主 機(jī)形式時(shí)，對(duì)另外的計(jì)算機(jī)提供所有的設(shè)置。
　　2號(hào)主機(jī)，它只運(yùn)行RTDB，作為1號(hào)主機(jī)的后備形式。它也為圖形頁、報(bào)警頁及歷史過程數(shù)據(jù)運(yùn)行客戶模塊。這個(gè)計(jì)算機(jī)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，當(dāng)它運(yùn)行在主機(jī)形式時(shí)，對(duì)另外的計(jì)算機(jī)提供所有的設(shè)置。
　　1號(hào)副機(jī)，只運(yùn)行最小模塊，為了產(chǎn)生過程報(bào)表及數(shù)據(jù)庫文件，而能提供其他程序所需的數(shù)據(jù)。
　　1號(hào)及2號(hào)主機(jī)、1號(hào)副機(jī)與PLC控制器之間的通訊基于以太網(wǎng)技術(shù)，遵循TCP／IP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。
3、圖形面板監(jiān)控系統(tǒng)(GMS)
　　中控室上位機(jī)的畫面監(jiān)控功能是由OPERATOR MT的圖形面板監(jiān)控系統(tǒng)(GMS)提供的，圖形面板的監(jiān)控系統(tǒng)模塊展示了生產(chǎn)設(shè)備的圖形顯示，它是從控制單元采集到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)使畫面產(chǎn)生動(dòng)態(tài)。 數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(DSBUS)被實(shí)時(shí)更新，應(yīng)用程序使操作人員能通過在控制器上設(shè)置點(diǎn)與外部環(huán)境相互影響。同時(shí)，操作人員通過對(duì)系統(tǒng)鍵盤、功能鍵盤、鼠標(biāo)等的外部設(shè)備，對(duì)自動(dòng)層中的各PLC 子站中的設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行MMI控制。
　　3.1 圖形面板的監(jiān)視系統(tǒng)
　　圖形面板的監(jiān)視系統(tǒng)由3部分組成：
　　1)圖形面板的頂部顯示為系統(tǒng)運(yùn)行的日期與時(shí)間
　　2)圖形面板的中間顯示為系統(tǒng)運(yùn)行流程圖
　　3)圖形面板的底部顯示為系統(tǒng)運(yùn)行的菜單
　　其中，通過圖形面板底部菜單可在不同的圖形面板、報(bào)警頁、歷史過程數(shù)據(jù)中進(jìn)行切換，以求查看所需顯示的各PLC子站的工作情況。
　　3.2 圖形面板的控制系統(tǒng)
　　根據(jù)圖形面板的中間顯示的系統(tǒng)運(yùn)行流程圖及底部菜單的切換功能，能對(duì)以下的圖形頁面進(jìn)行監(jiān)控：
　　1)全廠設(shè)備頁面：此頁面的顯示，可觀察全廠設(shè)備的運(yùn)行情況，包括全廠任一設(shè)備的控制。在該面板菜單顯示中，可分別對(duì)PLC網(wǎng)絡(luò)、排水池和回收池、沉淀池、加氯、加氨、加礬、加助凝劑、2組濾池系統(tǒng)、二泵房、高配間、系統(tǒng)報(bào)警、歷史曲線的12個(gè)頁面進(jìn)行切換。
　　同時(shí)，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況的需要進(jìn)行監(jiān)控。
　　2)PLC網(wǎng)絡(luò)頁面：在此頁面中僅顯示通訊狀態(tài)。
　　3)排水池和回收池部分：此面板顯示了排水池和回收池的水位、加氯系統(tǒng)的增壓泵運(yùn)行狀態(tài)和它們相應(yīng)的壓力信號(hào)。此頁面不提供設(shè)備運(yùn)行的控制功能。
　　4)沉淀池頁面：此面板顯示了原水和濾前水的有關(guān)信號(hào)。例如：原水的進(jìn)水流量、壓力、溶解氧、氨氮、濁度、電導(dǎo)率、PH值、溫度。進(jìn)水閥門開啟度，沉淀池的水位。沉淀池出口 濁度和余氯值.唯一的控制功能是調(diào)節(jié)沉淀池進(jìn)水閥門的開啟度。這個(gè)控制功能僅當(dāng)控制模式選擇在“自動(dòng)”位置時(shí)才有效。
　　5)加氯頁面：此面板顯示了整個(gè)加氯系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，加氯機(jī)加注量的顯示等等，但沒有控制功能。
　　6)加氨頁面：此面板顯示了整個(gè)加氨系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，加氨機(jī)加注量的顯示等等，但沒有控制功能。
　　7)加礬頁面：此面板顯示了整個(gè)加礬系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和礬液的配置，加注泵運(yùn)行時(shí)的變頻、沖程、絮凝體粒經(jīng)實(shí)測(cè)值及礬液密度的數(shù)據(jù)等。可對(duì)原液的濃度及配液的濃度進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)，對(duì)該系統(tǒng)的PLC內(nèi)部報(bào)警進(jìn)行復(fù)位。
　　8)加助凝劑頁面：此面板顯示了整個(gè)加助凝劑系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，但沒有控制功能。
　　9)2組濾池系統(tǒng)頁面：濾池采用的是V型濾池工藝，采用均質(zhì)濾料、恒水位、恒濾速過濾。氣、水反沖洗加表面掃洗。系統(tǒng)包括兩個(gè)頁面，每個(gè)頁面對(duì)應(yīng)一組濾地。每組濾池分別又有10格濾格，每格濾格又有各自的控制頁面。在每組濾池頁面上，可對(duì)濾池反沖洗三階段的時(shí)間參數(shù)及反沖洗出水總閥進(jìn)行設(shè)置，對(duì)該組中的濾格在沖洗中發(fā)生的故障進(jìn)行復(fù)位。在每格濾池頁面上，可對(duì)每格濾池的恒水位液位、連續(xù)的運(yùn)行時(shí)間、水頭損失、PID等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)，又可對(duì)正處于半自動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行的濾格進(jìn)行強(qiáng)制沖洗的設(shè)置。
　　10)二泵房頁面：此頁面顯示了整個(gè)出水系統(tǒng)，對(duì)出水系統(tǒng)只監(jiān)不控。出水系統(tǒng)包括7臺(tái)出水機(jī)泵，有各自的控制頁面，在這些頁面上可進(jìn)行出水機(jī)泵的開、停操作。同時(shí)在出水系統(tǒng)頁面上可顯示出廠水的有關(guān)參數(shù)(如出廠壓力、流量、余氯、濁度、pH值等)。以及出水機(jī)泵等設(shè)備的有關(guān)參數(shù)(如清水池及吸水井水位，出水機(jī)泵的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行小時(shí)數(shù)，出水機(jī)泵出水閥門的開啟度等)和報(bào)警信號(hào)。
　　11)高壓配電頁面：分為35／6KV、6KV兩個(gè)面板，均為只監(jiān)不控。主要監(jiān)視配電系統(tǒng)的進(jìn)線、主變、廠變、高、低壓開關(guān)柜等的有關(guān)數(shù)據(jù)(如電壓、電流、有功功率、功率因素等)和狀態(tài)(如開關(guān)和斷路器位置和狀態(tài))，各種故障記錄和報(bào)警等。
　　12)報(bào)警頁面：包括兩個(gè)主要窗口，一個(gè)活動(dòng)在屏幕的底部，能顯示最新的沒有被確認(rèn)的報(bào)警。另一個(gè)窗口又有兩個(gè)部分：左邊的是歷史曲線，而右邊的是實(shí)時(shí)報(bào)警。最新的報(bào)警是窗口中的第一個(gè)報(bào)警。
　　13)歷史過程數(shù)據(jù)頁面：此窗口以圖形形式(趨勢(shì)圖)出現(xiàn)。
4、報(bào)警信息
　　報(bào)警信息由報(bào)警數(shù)據(jù)庫模塊和報(bào)警數(shù)據(jù)顯示模塊組成。
　　報(bào)警數(shù)據(jù)庫模塊是服務(wù)器模塊，它根據(jù)在設(shè)備管理上的標(biāo)準(zhǔn)的事先定義好的次序存儲(chǔ)著關(guān)于報(bào)警信號(hào)的邏輯變量的狀態(tài)變化。它可讀報(bào)警單元記錄且把它們寫在文件中，管理動(dòng)態(tài)報(bào)警次序及它 的確認(rèn)，接受及應(yīng)答客戶模塊的請(qǐng)求。
　　報(bào)警數(shù)據(jù)顯示模塊用來觀察現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，它顯示生成動(dòng)態(tài)窗口結(jié)構(gòu)，確認(rèn)和打印歷史報(bào)警。它們可以在屏幕上隨意被指令，并且與相應(yīng)的點(diǎn)結(jié)合起來。
5、過程數(shù)據(jù)庫
　　過程數(shù)據(jù)庫允許通過歷史數(shù)據(jù)圖象以圖形的方式存儲(chǔ)過程變量數(shù)據(jù)。可迅速修復(fù)以前存儲(chǔ)的信息且通過網(wǎng)絡(luò)裝置使之能為所有的應(yīng)用和組成OPERATOR MT環(huán)境的模塊所利用。過程數(shù)據(jù)顯示模塊能夠以圖形形式產(chǎn)生窗口。這些窗口能顯示存儲(chǔ)在歷史數(shù)據(jù)庫模塊中的過程變量。

四、存在問題及改進(jìn)措施

　　臨江水廠生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)，經(jīng)歷了從最初的生產(chǎn)設(shè)備的手動(dòng)運(yùn)行→PLC半自動(dòng)運(yùn)行→PLC全自動(dòng)運(yùn)行→中控室的MMI控制運(yùn)行。目前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)已趨向穩(wěn)定。
　　由于我廠自投產(chǎn)以來已有三年多的時(shí)間了，在這三年多的時(shí)間里，PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的外圍設(shè)備增加不少。并且結(jié)合目前供水行業(yè)減員增效，考慮到水廠自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備如何來適應(yīng)新崗位、新人員編制的要求，必須對(duì)存在的問題進(jìn)行改進(jìn)，具體有以下幾點(diǎn)：
　　1、改進(jìn)目標(biāo)：根據(jù)目前的設(shè)備運(yùn)行情況來看，排水池提升泵、沉淀池排泥行車運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控，必須接入PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng).PLC參與出水泵變頻調(diào)速裝置的監(jiān)控和濾池單格濁度的監(jiān)測(cè)、PLC實(shí)現(xiàn)全廠所有用于積算的流量?jī)x的累積功能等等。
　　2、硬件部分：為達(dá)到改進(jìn)目標(biāo)，必須新鋪設(shè)信號(hào)電纜及增加信號(hào)接口。
　　3、軟件部分：為達(dá)到改進(jìn)目標(biāo)，必須修改PLC和MMI數(shù)據(jù)庫的I／O點(diǎn)數(shù)的配置。同時(shí)增加PLC操作屏和MMI監(jiān)控畫面的組態(tài).對(duì)PLC程序進(jìn)行修改。

2001年5月