论新型水厂监控系统的设计与实现:监控器一套多少钱

　　摘 要：本文从生产工艺流程及控制要求、监控系统构成、监控网络结构设计、InTouch组态软件及其应用等方面介绍了中山中法供水有限公司通过升级改造的新型生产实时监控系统，系统中主要应用了施耐德PLC和Wonderware公司InTouch组态软件。
　　关键词：监控系统；PLC；以太网；组态软件
　　中图分类号：TP27 文献标识码：A
　　一、概述
　　中山中法供水有限公司是目前中山市最大的供水厂之一，全厂于上世纪80年代后期动工兴建，分为四期建成，目前日供水能力50万m3。水厂监控系统是在第四期建设期间（1994年）建立的，现场均采用单片机作为子站，中控室设前端机，前端机与各子站之间采用主从结构通讯方式通讯，随着时间的推移及工控技术的发展，系统存在不能随意扩展、修改及硬、软件老化及可靠性低等问题，严重不适应生产监控需要，因此我们自2000年开始在不影响正常生产的情况下分两阶段对监控系统进行升级改造，第一阶段主要将现场用的单片机系统更换为标准的PLC，在2000年至2003年期间将各子站的单片机系统通过升级改造逐步更换为施耐德的Premium系列 PLC；但中控室监控电脑还沿用通过多路开关和前端机（前端机一备一用）同现场PLC通讯，前端机与现场PLC通讯采用主从结构的Modbus/JBUS通讯协议，系统监控组态软件采用法国的TOPKAPI VISION 32。第二阶段（2004年---2009年期间）主要进行监控网络升级改造，将监控网络由基于主从结构的通讯形式升级为目前流行的基于光纤网络的以太网通讯，主要通过铺设环形光纤网络，同时更换现场PLC的通讯卡（更换为以太网卡）及将监控组态软件更换为Wonderware公司的INTOUCH，这样就淘汰了过时的前端机及多路开关，使全厂实时监控系统升级为新型的基于以太网的光纤通讯网络监控系统，下面分几个方面介绍新的系统。
　　二、水厂工艺流程及监控系统功能要求
　　中山中法供水有限公司工艺流程如图1所示。整个水厂分为南系统和北系统，南系统滤池采用的是普通快滤池，北系统采用的是V型滤池，除此外，南北系统工艺流程是相同的，图1给出了单一系统的流程图。
　　根据生产工艺要求，生产实时监控系统要求能对全厂的工艺参数、电气参数和设备运行状态进行监视、控制以及参数超限的报警、联锁。操作站能给各类人员（操作员、组态工程师、管理人员）提供监控、组态、维护的良好“人-机”界面，各类人员可以通过键盘和鼠标进行操作，操作级别可以通过键锁和口令来实现；在操作站上，应有相应画面可以供工艺操作人员操作和监视工艺过程。工程技术人员能够在工程技术人员画面上方便地进行系统的生成、用户流程图及各类图形的生成，以及各类纪录、报表生成；维护人员能够利用维护人员画面方便地进行整个系统的维护工作；同时需具有数据库功能，能及时自动采集现场水质、水量等数据形成各类报表（如生产日、月报 、水质日、月报，设备利用等）。
　　三、水厂PLC及控制系统构成
　　根据上述生产工艺及控制要求，我会司水厂控制系统主要由以下几个现场PLC站构成， 其中PLC均选用施耐德的Premium系列产品 ，依靠我司自控人员的技术力量进行设计和施工完成改造。
　　（1）加药系统：把原液和水按照一定的比例配成溶液，根据原水流量进行比例投加，同时参考原水浊度、矾溶液浓度控制加药泵自动进行投加以达到工艺要求。
　　（2）加氯系统：包括原水前加氯和滤后水加氯，原水前加氯是根据原水流量进行比例投加，滤后水加氯根据滤后流量和滤后水余氯进行闭环控制投加，对加氯机进行控制及调节。
　　（3）排泥系统：控制排泥机在设定的周期或设定的时间定期对沉淀池进行排泥 。
　　（4）V型滤池系统：实现全自动控制滤池反冲洗和滤池恒水位调节。
　　（5）普通快滤池系统：普通快滤池由于投产较早，设备反冲洗和滤池恒水位调节仍由本地控制室半自动控制，未接入中心控制室进行监控。
　　（6）原水泵房和出水泵房：实现泵机的电流、电压、温度及其他仪表参数的监视。
　　四、网络结构设计
　　根据监控系统要求，充分考虑到其在公司生产管理方面的可靠性和实用性，监控系统的结构设计为如图2所示的网络结构。
　　整个自动控制系统中PC机通过最先进稳定的环形工业以太网与PLC网络模块连接，使用TCP/IP协议实现上下位之间通信。
　　系统现场控制站采用Schneider 电气TSX Premium系列PLC，系统上位组态软件采用Wonderware Intouch10.0，监控计算机采用IBM微机2台，交换机为施耐德TCSESM系列环网交换机，数据库采用Wonderware InSql 10.0。
　　老系统采用前端机与各子站PLC通讯，前端机也采用了较老的施耐德TSX47系列，组态软件升级为InTouch后，直接通过TCP/IP协议和IO SERVER 与各子站PLC进行通讯，前端机已不需因此直接淘汰，值得注意的是淘汰前端机时，要根据InTouch数字命令的方式，比如是脉冲命令还是置位命令，对各子站PLC的数字命令进行适当处理。 另外值得一提的是在网络升级改造过程中需考虑与供水总公司的数据通讯，具体情况介绍如下：
　　由于我公司只涉及水的生产而不涉及城市供水管网的调度管理，因此中山市供水总公司调度系统需要采集我公司的相关数据。改造后总公司同我会司的生产监控系统的通讯流程如图3所示。总公司调度通过INSQL数据库实时读取所需数据，INSQL保存实时和历史数据，能使其它需要工艺数据的用户方便地获取采集数据。
　　五、Intouch组态软件的应用介绍
　　Intouch组态软件是整个监控系统的核心，水处理生产过程控制系统中所有主要仪表和运行设备以及系统运行状态等均通过该软件在人机界面中得到体现。
　　整个系统包含了控制界面及实时、历史曲线画面，我们制作了一幅生产工艺流程总界面，此画面根据生产工艺流程制作，能显示各个工艺的主要数据和各主要设备的运行状态；还制作了原水泵房、加药系统、后加氯系统、前加氯系统、一期沉淀池、二期沉淀池、污泥系统、一期V-型滤池、二期V-型滤池、清水泵房等10余幅工艺流程主界面以及通讯网络界面。在每幅主画面中显示相应子站的设备运行状态、系统运行参数和仪表数值，采用点击进入的方法对各项参数、状态进行查看，并对设备控制方法和参数修改；通讯网络界面用来监视网络通讯情况，当网络有问题时可以通过其查看故障情况。另外，还配置了趋势组画面和数据总揽画面。配置了包含原水浊度、原水PH、待滤水浊度、滤后水浊度、滤后水余氯、出厂水浊度、出厂水余氯、出厂水流量、电机电流、电机温度等重要数据的实时趋势和历史趋势。配置趋势画面时，为了达到准确、清晰和易于使用的目的，根据我公司生产工艺的特点把重要数据按规律以组的方式配置了各趋势界面。另外，为了方便对异常情况的查询和分析，特别配置了自定义曲线界面。
　　同原采用TOPKAPI组态软件相比，我们觉得在组态时主要有以下优点：
　　（1）InTouch提供了公式换算，能够通过写脚本的方式获取需要换算的参数。例如为了监视我司原水可能出现的咸潮，我们需要知道氯化物含量这一参数。而氯化物含量参数需要通过电导率来换算，其换算公式为：当电导率值≤500时，氯化物含量=电导率*0.26-55，当电导率值>500时，氯化物含量=电导率*0.36-110，其换算脚本为：
　　IF AR400020 <= 500 THEN
　　AR400022 = AR400020 * 0.26 - 55；
　　ELSE
　　AR400022 = AR400020 * 0.36 - 110；
　　END IF；
　　其中：AR400020：取水口电导率中转标记；AR400022：取水口氯化物中转标记
　　（2）报警配置更灵活，Intouch使用两种方式来通知操作人员有关过程活动的情况：报警和事件。报警是过程状态出现问题时发生的警告，要求操作人员做出响应。事件表示系统正常状态时的消息，不要求人员响应。
　　（3）InTouch除了自身带有数据库以外，还支持SQL语言，可以方便地与其他数据库连接。同时，它支持通过ODBC访问各种类型的数据库，便于系统的综合管理。
　　结语
　　目前，本系统已成功投入实际运行近三年。新型监控系统自投入运行以来，系统可靠性高，运行稳定，维护量比老系统大为减少，体现了监控系统便于管理，优质供水、节能降耗、提高设备的使用寿命等特点，利于生产安全的提升，为管理人员提供了可靠的的数据依据，提高了可靠性和效率，同时也提高了社会效益和经济效益。
　　参考文献
　　[1]Wonderware Intouch用户指南[Z].
　　[2]通讯接线 Comm_Bus[Z].
　　[3]Modicon Premium和UNITY软件[Z]. . [4]实用给水排水施工工程手册[Z].