宋永杰，卜永濤，李  杰

1  引言
石家莊高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區供水排水公司成立于1994年3月，企業(yè)自成立以來(lái)一直致力于信息自動(dòng)化的建設。目前，該公司擁有供水廠(chǎng)一座，設計供水能力為5萬(wàn)噸/日；補壓井11眼，水源井6眼（目前正在開(kāi)鑿）；污水處理廠(chǎng)一座，日處理能力10萬(wàn)噸。近幾年來(lái)該公司共投入860多萬(wàn)元搞信息自動(dòng)化系統，集中實(shí)現了全公司生產(chǎn)運行管理和職能部門(mén)管理的自動(dòng)化。系統采用計算機技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)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)相互結合，共同完成對整個(gè)工業(yè)過(guò)程的控制和管理。集中實(shí)現回路調節、參數報警、歷史數據存儲、工藝流程動(dòng)態(tài)顯示等功能，并采用專(zhuān)家軟件系統進(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及相關(guān)網(wǎng)絡(luò )設備連接起來(lái)，形成綜合性以太網(wǎng)絡(luò )，提高生產(chǎn)效率，降低運營(yíng)成本，各項技術(shù)均達到國內領(lǐng)先水平。
2  網(wǎng)絡(luò )監控系統構成及功能特點(diǎn)
如圖1所示，整個(gè)公司網(wǎng)絡(luò )連接情況較為復雜。公司、水廠(chǎng)與污水處理廠(chǎng)內部采用100M雙絞線(xiàn)，水源地開(kāi)閉所―水廠(chǎng)值班室―調度中心由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(kāi)，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )在調度中心由服務(wù)器聯(lián)接?？偣鲸D水廠(chǎng)―污水處理廠(chǎng)，采用11M微波通訊，其產(chǎn)品選用以色列BreezeCOM系列；自動(dòng)化控制設備之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)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(dòng)化控制系統
自動(dòng)化控制系統采用三級調度，其中調度中心為一級調度，水廠(chǎng)值班室為二級調度，各現場(chǎng)實(shí)現三級控制，層次分明，可操作性強。
(1)  設備構成及功能
供水廠(chǎng)自動(dòng)控制系統由4臺操作站、2臺服務(wù)器和若干現場(chǎng)控制站（含測壓點(diǎn)3個(gè)）組成，通過(guò)服務(wù)器與辦公網(wǎng)絡(luò )連接，供網(wǎng)上用戶(hù)瀏覽實(shí)時(shí)生產(chǎn)數據和各種生產(chǎn)報表。
?  調度中心配有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(shí)現雙機熱備功能，一臺主域控制器，一臺備份域控制器。在主域有故障時(shí)，備份域自動(dòng)切換到主域，保證系統穩定正常工作；配備HP L5000系列打印機兩臺，用于各種報表的打??；操作站選用研華PⅢ800/128M/40G/17’工控機，用于監視、控制各操作現場(chǎng)，通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò )采集系統內各站點(diǎn)的設備工作狀態(tài)以及與調度、控制有關(guān)的工藝參數，供生產(chǎn)調度人員，對整個(gè)系統運行情況統一調配控制；可隨時(shí)對各子站運行狀況進(jìn)行監測；系統采用SQLserver 7.0數據庫，可保存生產(chǎn)數據，并可對歷史數據進(jìn)行分析；可動(dòng)態(tài)顯示各種圖形和數據，顯示通訊系統、工藝和控制圖、區內井群圖、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、閉路監控等功能。

圖1  網(wǎng)絡(luò )控制系統圖

調度中心的大屏幕，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(zhuān)業(yè)的NT850控制器，基于WinNT4.0操作系統，PIII800/SCSI硬盤(pán)/多個(gè)100M網(wǎng)卡，可顯示工控系統監控畫(huà)面，監視系統畫(huà)面，地理信息系統及GPS車(chē)輛定位信息等。
調度中心配備美國冠軍10kVA/4H在線(xiàn)式UPS兩臺，并實(shí)現了雙機熱備功能，可供調度中心所有設備在停電狀態(tài)下使用12小時(shí)以上。
?  水廠(chǎng)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(lái)的參數，且互為熱備狀態(tài)。配置為：框架1746-A4、電源1746-P2、CPU1747-L552、兩個(gè)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(kāi)關(guān)量、模擬量模塊。整個(gè)工藝過(guò)程通過(guò)操作畫(huà)面進(jìn)行監視與控制，值班人員通過(guò)對參數的設置來(lái)控制生產(chǎn)的運行，對重要參數做出實(shí)時(shí)及歷史趨勢分析，具備多級報警功能等。另配Epson1600KIII打印機兩臺，用于報表和歷史數據的打印。
?  各補壓井現場(chǎng)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據和設備。管網(wǎng)測壓點(diǎn)現場(chǎng)控制器采用AB的Micrologix1000可編程控制器，內存為1K，通訊接口為RS232和DH485。功能為采集和控制測壓點(diǎn)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(chǎng)值班室和調度中心。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(guò)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(dòng)器控制，其通訊模塊為1203-GD1。水廠(chǎng)加氯間和純水車(chē)間采用1747-ASB掃描模塊，另配相關(guān)開(kāi)關(guān)量和模擬量模塊。其中，加氯間主要用來(lái)采集進(jìn)廠(chǎng)總流量及二氧化氯含量，二氧化氯發(fā)生器調整、故障缺料信號等；純水車(chē)間主要監控功能有進(jìn)水流量、PH值信號、大瓶小瓶計數。
(2)  軟件構成
1～4號操作站操作系統為Windows NT，采用美國Rockwell Automation公司的Rsview32人機監控軟件包。該軟件可運行在Windows98/2000/NT下，具有先進(jìn)的圖形組態(tài)、實(shí)時(shí)監控、歷史趨勢記錄、開(kāi)放的數據庫等一系列功能特點(diǎn)。編程組態(tài)靈活方便，為設計開(kāi)發(fā)等技術(shù)人員帶來(lái)了極大的方便。
在系統的現場(chǎng)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據庫，可對PLC進(jìn)行在線(xiàn)診斷，與Rsview32共享數據庫，可輕松完成梯形編輯、I/O組態(tài)、數據庫編輯、拖放編輯等功能，為軟件開(kāi)發(fā)人員節省了組態(tài)開(kāi)發(fā)時(shí)間。
(3)  通訊鏈路
值班室PLC與交換機用屏蔽雙絞線(xiàn)連接形成100M工控以太網(wǎng)絡(luò )，為數據傳輸提供較大帶寬；101～109號井測壓點(diǎn)采用無(wú)線(xiàn)超短波通道，頻率為230MHz；201、202號井、純水車(chē)間、加氯間與值班室PLC采用RI/O和現場(chǎng)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(gè)供水工藝流程，現場(chǎng)測量數值顯示，設備運行狀態(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(huà)面切換功能。
?  報表生成功能 該系統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(diǎn)報表等，為公司統計和領(lǐng)導決策提供第一手資料。
?  歷史趨勢查詢(xún) 系統提供所有運行設備（包括井群、測壓點(diǎn)、供電系統）運行參數歷史趨勢曲線(xiàn)顯示。每條趨勢曲線(xiàn)畫(huà)面包括曲線(xiàn)名稱(chēng)、曲線(xiàn)說(shuō)明、數據選擇、時(shí)間選擇、顯示選擇等內容，顯示直觀(guān)，可操作性強。
?  報警處理功能 該功能主要記錄發(fā)生的報警名稱(chēng)、報警時(shí)間、確認時(shí)間等有關(guān)信息，并可對報警信息進(jìn)行管理。
?  畫(huà)面操作功能 可實(shí)現對系統運行參數設定，手動(dòng)/自動(dòng)方式選擇，啟動(dòng)和停止操作設定，供水壓力參數設定，PID手動(dòng)/自動(dòng)切換等功能，報警系統設防/撤防。
2.2  辦公自動(dòng)化系統
(1)  設備構成
辦公自動(dòng)化系統由一臺HPLH3000服務(wù)器及公司水廠(chǎng)所屬若干上網(wǎng)計算機組成。整個(gè)辦公網(wǎng)絡(luò )瓶頸是總公司―水廠(chǎng)―污水處理廠(chǎng)的11M無(wú)線(xiàn)微波系統，其余全部達到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(yǔ)言網(wǎng)關(guān)，實(shí)現了公司―水廠(chǎng)―污水處理廠(chǎng)的直撥IP電話(huà)功能。
(2)  軟件系統構成
采用蓮花公司群件系統的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(kāi)發(fā)出面向協(xié)作應用的解決方案，它基于Clent/server結構，非常適合于辦公自動(dòng)化系統的開(kāi)發(fā)與應用。
(3)  系統結構與特點(diǎn)
該系統基于標準群件系統和大型數據庫的綜合辦公系統，采用B/S模式，維護安裝方便。在客戶(hù)端根據個(gè)人職責的不同定制不同的主界面；它可以按不同的部門(mén)、職務(wù)分組實(shí)現對用戶(hù)的權限管理，系統可定制不同的辦公流程，以適應部門(mén)工作變化，可提供歷史記錄查詢(xún)，多重安全保護機制。其組成模塊如圖2所示。
2.3  地理信息系統（GIS）
(1)  設備構成
系統由兩臺HP圖形工作站連到辦公網(wǎng)絡(luò )上，網(wǎng)上授權用戶(hù)均可調用，查詢(xún)管網(wǎng)信息。另外，配有佳瓦特（Javat）GPS接收機一套，可進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜態(tài)測量，協(xié)助制作電子地圖。

圖2  組織模塊圖

(2)  軟件構成
公司的管網(wǎng)地理信息系統采用美國Ampac公司開(kāi)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)基礎資料管理系統、自來(lái)水用戶(hù)管理系統、地理信息管理系統、管網(wǎng)運行狀態(tài)分析管理系統、管網(wǎng)水質(zhì)管理系統、水源水泵優(yōu)化調度系統、管網(wǎng)緊急事故處理系統、管網(wǎng)改擴建規劃管理系統。
該系統除具備普通地理信息系統的功能外，更擅長(cháng)對供水管網(wǎng)、用戶(hù)、水源等與供水有關(guān)的基礎信息的管理。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(shí)現對管網(wǎng)實(shí)時(shí)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(kāi)放性，可與其它系統進(jìn)行數據交換，實(shí)現數據共享，各類(lèi)數據均可在企業(yè)局域網(wǎng)上瀏覽。
2.4  工業(yè)監視與車(chē)輛GPS調度系統
構成監控系統的設備主要包括前臺各區域攝像機、云臺及紅外探頭等。信號通過(guò)監控網(wǎng)絡(luò )或工控網(wǎng)絡(luò )傳至調度中心監控報警矩陣主機。GPS車(chē)輛系統主要是由車(chē)載單元、中心控制單元和監控計算機組成，信號分別通過(guò)GPS和GSM網(wǎng)絡(luò )傳至監控計算機。
由于自來(lái)水行業(yè)對安全要求的特殊性，石家壓高新區供水排水公司在各補壓井分別安裝了紅外線(xiàn)報警系統，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，加強了安防力度。廠(chǎng)內閉路攝像系統覆蓋整個(gè)廠(chǎng)區和關(guān)鍵部位，能隨時(shí)監控廠(chǎng)區內的安防及生產(chǎn)情況。該公司擁有12部汽車(chē)，用GPS汽車(chē)定位監視，便于查詢(xún)汽車(chē)的位置及行車(chē)線(xiàn)路，加強了公司對公務(wù)用車(chē)的管理，便于合理調度和利用。閉路監控攝像機和GPS汽車(chē)定位監視可通過(guò)NT850在大屏幕上顯示出來(lái)，圖像清晰，效果直觀(guān)。
2.5  污水廠(chǎng)自動(dòng)控制系統
污水廠(chǎng)自動(dòng)控制系統由中控室的兩個(gè)上位機監控工作站、下位5個(gè)PLC控制站及安裝在現場(chǎng)的RI/O模塊組成。該系統具有“集中監視，分散控制”功能。整個(gè)污水處理廠(chǎng)采用三級調度，一級為水廠(chǎng)調度中心，二級調度為污水廠(chǎng)中控室，三級調度為現場(chǎng)控制，當設備或通訊故障時(shí)，現場(chǎng)調度擁有控制優(yōu)先權。
設備構成及功能如下：
?  PLC控制站由可編程控制器及附屬設備組成，型號為西門(mén)子S7-315-2DP和S7-318-2兩種。用于采集現場(chǎng)檢測到儀表的測量值、設備的狀態(tài)信號，控制現場(chǎng)設備，將處理后的數據送入通信網(wǎng)絡(luò )并接收上位機及其它現場(chǎng)控制站信息。PLC的編程工作可采用編程器完成，也可通過(guò)上位機編程再下裝來(lái)完成。5個(gè)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。
?  上位監控工作站由兩臺大眾PIII工控機和一臺彩色打印機組成。該工作站主要將各現場(chǎng)控制器送來(lái)的數據進(jìn)行整理，存儲和顯示，同時(shí)也可對下位設備監控。每臺監控計算機可顯示工藝流程、設備狀態(tài)、過(guò)程參數和報警信息等，同時(shí)可以打印生成各類(lèi)圖表和事件報警。另外，所有信息可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )系統傳至水廠(chǎng)調度中心，但只作一個(gè)監視點(diǎn)，不進(jìn)行遠程控制。
3  結語(yǔ)
石家壓高新區供水排水公司的信息自動(dòng)化系統的投入運行至今，各項生產(chǎn)指標均達到或超過(guò)國家標準。采用工業(yè)100M以太網(wǎng)和辦公100M以太網(wǎng)相結合，又各自獨立的方式傳輸數據，使網(wǎng)絡(luò )結構層次分明。根據實(shí)際情況采用不同的傳輸介質(zhì)，具有良好的性能價(jià)格比。在自動(dòng)控制系統的投運，一改傳統的運行工巡井方式，采用遠程控制水泵啟停，對數據的采集報表等自動(dòng)生成功能，提高了勞動(dòng)效率，大大節省了勞動(dòng)力，潛水泵的變頻運行方式在一定程度上節省了電能，降低了運行成本。整體自動(dòng)化系統的投運，提高了公司的信息自動(dòng)化水平、科學(xué)管理水平和服務(wù)質(zhì)量，增強了企業(yè)的競爭力，實(shí)現了企業(yè)經(jīng)濟和社會(huì )效益的雙豐收。