水厂计算机监控系统模式探讨

电力18讯：    1. 前言
     
     从目前一些新建水厂的计算机监控系统设计中可以看出:水厂计算机监控系统有其独特性,并已具有了相对成熟的模式.
     
     我们知道以地表水为水源的水厂是由取水、输水、净水三部分组成的,从控制上来讲,取水和输水相对简单而且可以自成系统,故在本文中不加以论述,本文主要讨论净水厂的计算机监控系统.
     
     近几年我院设计的以地表水为水源的净水厂主要工艺流程大致是:配水溢流→絮凝沉淀→滤池→清水池→配水泵房,附属工艺单元大致包括:加氯、加药、加氨、回流泵房、污泥处理等等,各个工艺单元都有其相对的独立性,很适合组建一套具有分布式结构的计算机监控系统.
     
     水厂计算机监控系统的关键设备是过程控制设备,比较通用的是PLC和DCS.许多年以来一直存在着DCS与PLC的纷争,二者在相互的竞争中不断地汲取对方的精华,努力使自己日臻完善.
     
     DCS投放市场要早于PLC,硬件方面DCS面向集中式控制,硬件结构的成套化、标准化、系统化程度较高,软件方面DCS厂家各自研制的专用软件功能较强,特别是在系统的管理与调节方面比较成熟.但是DCS在组建一些控制功能比较分散的大系统时存在着一定的不足,它在灵活性和分散性方面往往不能满足系统的需要.近几年DCS也尝试着将远程I/0和现场总线技术溶入其中,但仍显牵强.DCS的专用软件是由各厂家分别研制的,其兼容性和开放性较差,对于系统今后的拓展不利.
     
     PLC研制的出发点就是面向现场,面向分散,所以PLC产品一开始就是工业级的,并以现场最常遇到的时间/逻辑的顺控见长,伴随着PLC产品迅速的更新换代,伴随着通用软件以及各PLC厂家专用软件的不断涌现,PLC已经填补了在系统管理与调节方面的不足.PLC的灵活性和分散性以及通用软件的兼容性和开放性使得PLC更加适合组建一些控制功能比较分散的大系统,更加适合工程近期与远期的需要.
     
     针对净水厂,从工艺的角度来讲,虽然整个水厂是一个统一的整体,但是各个工艺单元又有其更多的独立性,更加适合分散式控制;从控制的角度来讲,水厂对于时间/逻辑的顺控要求较多,而对于程序调节的要求相对较少,这些都是PLC的优势所在,多年的工作实践与耳闻目睹也一次又一次证明:与DCS相比,PLC更加适合水厂控制的要求.
     
     下面我们就基于PLC对水厂计算机监控系统现场分站的设置原则、计算机网络、硬件选型、软件平台和应用软件功能等问题的阐明进行阐述.
     
    2. 水厂计算机监控系统现场分站的设置原则
     
     根据工艺流程的具体要求以及水厂的建设布局,水厂计算机监控系统一般由中心站、预处理/加药/加氯分站、滤池分站、配水泵房分站、污泥处理分站以及变配电站分站等组成.
     
    2.1 预处理/加药/加氯分站
     
     预处理与加药密不可分,加药的准确与否直接关系着絮凝沉淀的效果.加氯虽与预处理无太大的关系,但在水厂建设时习惯于将加药与加氯设置在同一构筑物中,所以从工艺的要求与水厂建设的布局出发应该建立预处理/加药/加氯分站.
     
     预处理/加药/加氯分站下设操作终端(盘装)和PLC,监控范围是配水溢流井、絮凝池、沉淀池、加药加氯间及附近相关设备.由于配水溢流井仅需要对各闸门进行监控,对液位进行检测,絮凝池和沉淀池仅需要对液位、浊度进行检测,加药系统和加氯系统又都自成系统,所以该分站可以做为无人值守站.
     
    2.2 滤池分站
     
     滤池是水厂关键的组成部分,也是控制最集中的地方,它的重要性决定了滤池应该有人值守,滤池分站应为有人值守站.滤池分站下设工业级PC机、共公设备PLC及多个滤池现场PLC,监控范围是设备间、滤池及附近相关设备.由于公共设备PLC下挂多个滤池现场PLC,所以公共设备PLC的处理器应考虑冗余配置,并配有操作终端(盘装).每个滤池现场PLC宜监控2-3格滤池,并配有触摸式键盘,公共设备PLC与多个滤池现场PLC之间的计算机网络应做冗余设置.有时水厂有回流泵房这一附属工艺单元,这时可以将回流泵房做为滤池分站的一个远程I/0考虑.
     
    2.3 配水泵房分站
     
     配水泵房是水厂对外的工艺单元,配水泵房分站下设工业级PC机和PLC,监控范围是变电站、泵房及附近相关设备,应为有人值守站.有时水厂有加氨这一附属工艺单元,而且加氨间一般与配水泵房建在一起,这时可以将加氨系统纳入配水泵房分站的监控范围内.
     
    2.4 变配电站分站
     
     对于一些规模较大的水厂,用电负荷较大,当采用110KV供电时,通常需要建设独立的专用变配电站.考虑到110KV变配电站的重要性,这时应该设立变配电站分站,并且是有人值守站.变配电站分站下设工业级PC机和PLC,只监不控,随时向供电管理部门传输必要的数据.对于一些规模较小的水厂,用电负荷较小,当采用10KV供电时,通常将10KV变配电站与用电最集中的配水泵房建在一起,这时可以将变配电站纳入配水泵房分站的监控范围内,而不再单独设立变配电站分站.
     
    2.5 污泥处理分站
     
     污泥处理一般是在原水浊度较高的大型水厂中才具有的独立性很强的附属工艺单元,它与其它工艺单元没有太多的联系,控制上也仅限于对设备的时间/逻辑顺控,单独设立分站比较适宜.污泥处理分站下设操作终端(盘装)和PLC,监控范围是污泥处理及附近相关设备,可以做为无人值守站.
     
    2.6 中心站
     
     中心站对外负责与取水厂、自来水公司以及其它管理部门的联系,对内通过对各分站的监控来协调各工艺单元的关系,以使水厂在运行时更加优化,投入产出比更加趋于合理.
     
     中心站通常设置在水厂综合办公楼的中央控制室内,一般由三台工业级PC机和若干个终端组成,其中1台PC机做为通信管理机,可以与取水厂、自来水公司以及其它管理部门进行有线和无线通信,另2台相互热备,通过冗余的计算机网络对各分站进行监控,并完成水厂的经济核算.

寒木春华


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发表时间:2007-9-5 12:45:58 引用 | 加为好友 | 发短消息

  3. 水厂计算机监控系统的计算机网络
     
     在水厂计算机监控系统中,中心站与各分站之间是通过计算机网络进行连接的由于网络跨距一般在几百米、至多几公里以内,所以应视为局域网.水厂局域网一般只是用于数据传输,由于传输的数据量较小,传输速率也不需很高,所以一般采用低速计算机网络.我们可以采用10Mbit/s以太网、令牌总线网、令牌环网,也可以采用各PLC公司的专用网线,如:Rockwe11自动化公司生产的Control Net、GE Fanuc自动化公司生产的Genius总线、Schneider Electric公司的Modbus Plus等.
     
    3.1 10Mbit/s以太网
     
     10Mbit/s以太网的标准是IEEE802.3,它的描述基于CSMA/CD(载波监听多路访问/碰撞检测)总线的物理层和介质访问控制子层协议.
     
     IEEE802.3的体系结构:
     
    0SI IEEE802.3
    数据链路层(DLL) 逻辑链路控制子层(LLC)
    介质访问控制子层(MAC)
    物理层(PL) 物理信令子层(PLS)
    连接单元接口(AUT)
    物理介质连接子层(PMA)
    介质相关接口(MDI)
     
     介质访问控制MAC子层使用CSMA/CD协议,逻辑链路控制LLC子层使用IEEE802.2标准.PLS子层向MAC子层提供服务,负责比特流的曼彻斯特编解码和监听载波.PMA子层向PLS子层提供服务,完成碰撞检测、超长控制和比特流收发.
     
     MAC的帧结构:
     
    前同步码 帧首定界符 目的地址 源地址 长度指示符 LLC数据 填充 帧检测序列
    7 1 6 6 2 46-1500 不定 4
     
    3.2 令牌总线网
     
     令牌总线网的标准是IEEE802.4,物理上它是一个总线网,而在逻辑上它却是一个令牌环网,令牌传递顺序与站的物理位置无关.由于令牌在总线上传递要比竞争总线和令牌环复杂,因此令牌总线产品通常比其它局域网贵,应用较少.令牌总线网使用的传输介质是750同轴电缆,其传输速率有1.5Mbit/s和10Mbit/s两种.
     
    3.3 令牌环网
     
     令牌环网的标准是IEEE802.5,物理上使用星形拓扑,逻辑上使用环形拓扑,令牌环网与广播方式的以太网不同,它是一种顺序向下一站广播的局域网,与以太网不同的另一特点是:即使负载很重,仍具有确定的响应时间.令牌环网使用的传输介质为双绞线和同轴电缆,传输速率可以为1Mbit/s、4Mbit/s和16Mbit/s三种.
     
    3.4 各PLC公司的专用网络
     
     ControlNet是Rockwell自动化公司的最新网络产品,它提供了一种PLC处理器之间、PLC与工作站之间以及I/0子系统之间的实时的、高速的、可冗余的、确定的、可重复的通信方式,数据传输速率为5Mbit/s,拓扑结构可为总线、树型、星型或混合型,在网络上可完成关键性数据传送、I/0更新、处理器互锁以及对等通信等.
     
     Genius总线是GE Fanuc自动化公司的通用产品,属令牌总线网,数据传输速率为153.6Kbit/s,具有开放性结构,有着多种通信接口及相应的协议,可以与其它厂家的PLC和DCS系统进行通信.
     
     Modbus Plus是Schneider Electric公司的最新网络产品,属令牌总线网.Modbus Plus具有高速和对等通信的特点,其典型的应用有:控制系统的网络化和互锁,数据采集、在线远程编程,程序的下载和上装、有着良好的操作员界面接口.
     
    3.5 评述
     
     上述计算机网络在水厂计算机监控系统中均得到了一定的应用,其中应用最为广泛的当属10Mbit/s以太网.10Mbit/s以太网属于通用型产品,与上述其它网络相比,通用性、开放性更好,各PLC公司的PLC均配有与10Mbit/s以太网通信的接口模块.10Mbit/s以太网的传输介质可以为双绞线、同轴电缆或光缆,使用双绞线和同轴电缆做为传输介质时,网络跨距较短,使用光缆做为传输介质时网络跨距较大,足以满足水厂计算机监控系统的需要.伴随着光纤技术的日益成熟以及光纤价格的不断下降,10Mbit/s以太网越来越成为水厂计算机网络的首选.综上所述,我们认为,在水厂计算机网络的设计中,主干网应该选用冗余的10Mbit/s以太网.