潘曉
臨江水廠

一、簡況

上海市自來水浦東有限公司臨江水廠，是”九五”期間上海市利用國外貸款和國內資金新建的自 動化程度較高的水廠，于1997年7月建成通水，設計供水量為40萬噸／日。主要機電、閥門設備和 生產實時監控自動化系統由國外引進。
水廠制水工藝流程如圖一：

二、水廠實時監控自動化系統結構及功能：

臨江水廠實時監控自動化系統，采用的是“集中管理、分散控制”的集散控制系統。即DCS(Distributed Control System)系統。設備的PLC可編程程序的編制由西班牙INGELECTRIC—TEAM 公司設計，設有中心控制室一個及PLC子站6座，包括加氯加氨、加礬、Ⅰ濾池、Ⅱ濾池、二泵房、 高配間，整個系統結構由以下幾個層次組成：
一) 監督管理和操作層：(中心控制室)
建立在SISTEAM OPERATOR MT系統上。由以下的設備組成：
●二臺個人電腦(CPU PⅢ733和CPU賽揚433)
●二臺20”顯示器
●二臺打印機(一臺Epson Fx—870，用于打印生產系統設備運行的報警記錄另一臺HP DeskJet 690C，用于打印生產系統設備運行的曲線記錄)
●一臺型號為SIEMENS A3000的后備電源
●Window NT 4.0的操作系統
該部分的主要功能是：顯示生產設備在運行過程中的不同狀態，允許操作者在系統中執行指令。 同時，2臺個人電腦用于對系統進行監控和管理的同時，可打印報警記錄及歷史曲線。
二)通訊層：(中心控制室)
由以下的設備組成：
●一臺個人電腦(CPU Pentium 120 MHz)
●一臺20”顯示器
●一臺打印機(HP DeskJet 690，用于打印生產系統設備運行的報表記錄)
該部分的主要功能是：生成一個數據庫，該數據庫從上一級的監督、管理層中搜集生產設備在 運行過程中的信息，建立報表，通過打印機進行打印。一臺便攜式個人電腦(PⅢ650)，內部裝有 程序單元系統，可用來連接到通訊系統部分，對不同的控制程序進行安裝。
三)局域網層—以太網
這一層包含了建立在交換式以太網基礎上的通訊網。局域網是由安裝在每個控制設備里的特有的以太網通訊處理器和相應的通訊軟件組成的。這個 網絡允許從監督管理層和操作層向自動層的數據傳送，以便取得實時數據。
四)自動層(PLC子站)
這一層次是由一組自動控制設備群組成的，它們是建立在SISTEAM M TBX和SISTEAM TEMPRO設備基礎上的。
SISTEAM M TBX是按國際通訊平臺Multibus Ⅱ組成的多處理器控制系統，配有32位微處理器。
每個SISTEAM M對和它有聯系的處理過程的作用實行控制。列舉如下：
●加礬PLC子站
●加氯、加氨PLC子站
●Ⅰ濾地PLC子站
●Ⅱ濾池PLC子站
●二級泵房PLC子站
●高壓配電室PLC子站
另一方面，Ⅰ濾池系統(1#—10#)濾格和Ⅱ濾池系統(10#—20#)濾格帶有20個就地控制臺，每個控制臺都包括一臺智能化的輸入／輸出信號處理單元，可以執行就地邏輯工作并向各 自的SISTEAM M 子站輸送數據。
這些就地智能系統是建立在SISTEAM TEMPRO之上的。SISTEAM TEMPRO包含一個提供雙串行口的處理器。
每個SISTEAM M子站單元都有一個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不但能顯示設備的工作狀態，也能在系統 上工作。

　　該系統的網絡拓撲結構為總線型結構，網絡為以太網，數據傳輸速率是以10Mbps(每秒10兆 字節數)，通訊線采用同軸電纜。

三、MMI控制系統

　　出于對制水系統運行的可靠性考慮，本公司的設備控制系統設有三級控制方式，即：就地手動、 現場監控和遠程監控。MMI控制方式為遠程監控的一種。
1、概況
　　臨江水廠的上位機監控系統設置于本廠的中心控制室，采用的是INGELECTRIC—TEAM公司的MMI(人機界面)技術，OPERATOR MT是其軟件產品。它由以上介紹的監督管理和操作層中的二臺計算機構成互為備用的主控計算機(稱為l號主機和2號主機)，具有生產實時數據的采集、畫面監控、報警信息和歷史趨勢的顯示功能等。同時由以上介紹的通訊層中的一臺計算機(稱為l號副機)負責生產報表的統計和打印。OPERATOR MT軟件基于實時應用平臺，這種平臺具有較強的網絡能力及一批圖形配置工具。它支持下列硬件和軟件標準：
　　1)Windows NT操作系統
　　2)PC工作站操作平臺
　　3)以太網IEEE802.3網絡拓撲結構
　　4)TCP／IP網絡傳輸切、議
　　5)客戶服務器結構
　　6)面向對象的系統
2、網絡結構
　　在網絡配置中被定義的網絡設備是計算機和PLC.MMl分布于三臺計算機：
　　1號主機，它可運行所有的系統服務器模塊，RTDB(實時數據采集及更新)、報警服務器及歷史數據服務器、圖形面板、報警頁及歷史數據頁面。該計算機是一個網絡服務器，當它運行在主 機形式時，對另外的計算機提供所有的設置。
　　2號主機，它只運行RTDB，作為1號主機的后備形式。它也為圖形頁、報警頁及歷史過程數據運行客戶模塊。這個計算機是一個網絡服務器，當它運行在主機形式時，對另外的計算機提供所有的設置。
　　1號副機，只運行最小模塊，為了產生過程報表及數據庫文件，而能提供其他程序所需的數據。
　　1號及2號主機、1號副機與PLC控制器之間的通訊基于以太網技術，遵循TCP／IP網絡傳輸協議。
3、圖形面板監控系統(GMS)
　　中控室上位機的畫面監控功能是由OPERATOR MT的圖形面板監控系統(GMS)提供的，圖形面板的監控系統模塊展示了生產設備的圖形顯示，它是從控制單元采集到實時數據使畫面產生動態。 數據通過網絡服務(DSBUS)被實時更新，應用程序使操作人員能通過在控制器上設置點與外部環境相互影響。同時，操作人員通過對系統鍵盤、功能鍵盤、鼠標等的外部設備，對自動層中的各PLC 子站中的設備的運行進行MMI控制。
　　3.1 圖形面板的監視系統
　　圖形面板的監視系統由3部分組成：
　　1)圖形面板的頂部顯示為系統運行的日期與時間
　　2)圖形面板的中間顯示為系統運行流程圖
　　3)圖形面板的底部顯示為系統運行的菜單
　　其中，通過圖形面板底部菜單可在不同的圖形面板、報警頁、歷史過程數據中進行切換，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
　　根據圖形面板的中間顯示的系統運行流程圖及底部菜單的切換功能，能對以下的圖形頁面進行監控：
　　1)全廠設備頁面：此頁面的顯示，可觀察全廠設備的運行情況，包括全廠任一設備的控制。在該面板菜單顯示中，可分別對PLC網絡、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、二泵房、高配間、系統報警、歷史曲線的12個頁面進行切換。
　　同時，根據設備運行情況的需要進行監控。
　　2)PLC網絡頁面：在此頁面中僅顯示通訊狀態。
　　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、加氯系統的增壓泵運行狀態和它們相應的壓力信號。此頁面不提供設備運行的控制功能。
　　4)沉淀池頁面：此面板顯示了原水和濾前水的有關信號。例如：原水的進水流量、壓力、溶解氧、氨氮、濁度、電導率、PH值、溫度。進水閥門開啟度，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節沉淀池進水閥門的開啟度。這個控制功能僅當控制模式選擇在“自動”位置時才有效。
　　5)加氯頁面：此面板顯示了整個加氯系統設備運行狀態，加氯機加注量的顯示等等，但沒有控制功能。
　　6)加氨頁面：此面板顯示了整個加氨系統設備運行狀態，加氨機加注量的顯示等等，但沒有控制功能。
　　7)加礬頁面：此面板顯示了整個加礬系統設備運行狀態和礬液的配置，加注泵運行時的變頻、沖程、絮凝體粒經實測值及礬液密度的數據等。可對原液的濃度及配液的濃度進行設置，同時，對該系統的PLC內部報警進行復位。
　　8)加助凝劑頁面：此面板顯示了整個加助凝劑系統設備運行狀態，但沒有控制功能。
　　9)2組濾池系統頁面：濾池采用的是V型濾池工藝，采用均質濾料、恒水位、恒濾速過濾。氣、水反沖洗加表面掃洗。系統包括兩個頁面，每個頁面對應一組濾地。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，可對濾池反沖洗三階段的時間參數及反沖洗出水總閥進行設置，對該組中的濾格在沖洗中發生的故障進行復位。在每格濾池頁面上，可對每格濾池的恒水位液位、連續的運行時間、水頭損失、PID等參數進行設置，同時，又可對正處于半自動狀態運行的濾格進行強制沖洗的設置。
　　10)二泵房頁面：此頁面顯示了整個出水系統，對出水系統只監不控。出水系統包括7臺出水機泵，有各自的控制頁面，在這些頁面上可進行出水機泵的開、停操作。同時在出水系統頁面上可顯示出廠水的有關參數(如出廠壓力、流量、余氯、濁度、pH值等)。以及出水機泵等設備的有關參數(如清水池及吸水井水位，出水機泵的運行狀態及運行小時數，出水機泵出水閥門的開啟度等)和報警信號。
　　11)高壓配電頁面：分為35／6KV、6KV兩個面板，均為只監不控。主要監視配電系統的進線、主變、廠變、高、低壓開關柜等的有關數據(如電壓、電流、有功功率、功率因素等)和狀態(如開關和斷路器位置和狀態)，各種故障記錄和報警等。
　　12)報警頁面：包括兩個主要窗口，一個活動在屏幕的底部，能顯示最新的沒有被確認的報警。另一個窗口又有兩個部分：左邊的是歷史曲線，而右邊的是實時報警。最新的報警是窗口中的第一個報警。
　　13)歷史過程數據頁面：此窗口以圖形形式(趨勢圖)出現。
4、報警信息
　　報警信息由報警數據庫模塊和報警數據顯示模塊組成。
　　報警數據庫模塊是服務器模塊，它根據在設備管理上的標準的事先定義好的次序存儲著關于報警信號的邏輯變量的狀態變化。它可讀報警單元記錄且把它們寫在文件中，管理動態報警次序及它 的確認，接受及應答客戶模塊的請求。
　　報警數據顯示模塊用來觀察現場報警，它顯示生成動態窗口結構，確認和打印歷史報警。它們可以在屏幕上隨意被指令，并且與相應的點結合起來。
5、過程數據庫
　　過程數據庫允許通過歷史數據圖象以圖形的方式存儲過程變量數據。可迅速修復以前存儲的信息且通過網絡裝置使之能為所有的應用和組成OPERATOR MT環境的模塊所利用。過程數據顯示模塊能夠以圖形形式產生窗口。這些窗口能顯示存儲在歷史數據庫模塊中的過程變量。

四、存在問題及改進措施

　　臨江水廠生產實時監控自動化系統，經歷了從最初的生產設備的手動運行→PLC半自動運行→PLC全自動運行→中控室的MMI控制運行。目前系統的運行狀態已趨向穩定。
　　由于我廠自投產以來已有三年多的時間了，在這三年多的時間里，PLC自動控制系統的外圍設備增加不少。并且結合目前供水行業減員增效，考慮到水廠自動化系統設備如何來適應新崗位、新人員編制的要求，必須對存在的問題進行改進，具體有以下幾點：
　　1、改進目標：根據目前的設備運行情況來看，排水池提升泵、沉淀池排泥行車運行的遠程監控，必須接入PLC網絡系統.PLC參與出水泵變頻調速裝置的監控和濾池單格濁度的監測、PLC實現全廠所有用于積算的流量儀的累積功能等等。
　　2、硬件部分：為達到改進目標，必須新鋪設信號電纜及增加信號接口。
　　3、軟件部分：為達到改進目標，必須修改PLC和MMI數據庫的I／O點數的配置。同時增加PLC操作屏和MMI監控畫面的組態.對PLC程序進行修改。

2001年5月