基于SCADA系统的井群远程控制系统设计与应用

　　摘要：一座利用黄河水的侧渗补给开发地下水源的石佛水厂，沿黄河滩十余公里，为了确保供水生产的安全、可靠、连续，针对水厂制水过程的特点和控制系统的功能要求，采用罗克韦尔自动化基于PLC的SCADA系统。
　　
　　1、控制系统的功能和需求
　　
　　1）可靠性、安全性。由于各个井作为水厂的原水，它的控制系统安全性、稳定性直接影响到水厂能否正常向市区供水。因此，我们在系统中的通信设备、一次仪表及控制设备和程序编程等各环节都必须提高可靠性。
　　
　　2）远程监控功能。因井群分布很散，无人职守。为了降低劳动强度，操作人员能够在厂调度室根据供水需要进行远程无线操作控制，同时能够监测到各深水井的运行参数，从而实现集中监控。
　　
　　3）可维护性。在系统软件、应用软件和硬件方面要具有强大的报警和故障自诊断功能，以便工程技术人员对系统故障进行分析和维护。
　　
　　4）可扩展性。系统应采用具有一定标准及应用较广泛的硬件设备，主要是考虑系统发展扩大，为以后系统的连接打好基础。
　　
　　5）以逻辑控制为主。对井群输水泵的控制，一般采用逻辑控制。而逻辑控制是可编程序控制器的传统应用领域，因此这也是目前各水厂控制系统广泛采用PLC的原因。
　　
　　6）开放性。随着计算机技术和网络技术的发展和应用普及，人们越来越需要过程控制系统与管理信息系统交换信息，从而实现管理与控制一体化。尽管各控制系统生产厂家在现场控制器模块级还不能*开放或通用，但必须要求上位机监控系统具有开放性，例如：监控系统应基于微软公司WindowsNT、2000或9X平台，支持各种规范协议如OPC、ODBC、ActiveX、DDC等。
　　
　　7）丰富的画面显示功能。在各操作终端显示的画面有工艺流程主画面、工艺流程分画面、高低压供电监控画面、设备操作画面、趋势图、报警画面等。使操作人员通过这些画面可以全面的了解系统运行情况，并方便的对各个井站进行远程操作。
　　
　　8）报表、查询功能。要有历史数据查询功能、报表打印功能。对井群运行参数有完整的历史数据存储，一般要求15分钟存储一次数据，以便查询和相关的统计分析。同时能够打印生产日报表和生产月报表。
　　
　　9）具有故障诊断与报警处理功能。对系统中的特殊运行状态如：上电情况、通讯状态、水泵运行状态、本地/远程状态等，当这些特殊状态位发生变化时，应及时报警。同时要记录这些状态位发生变化时的有关信息。如：故障标签名称、报警信息、故障报警时间和报警确认时间等，并对报警信息进行管理。
　　
　　2、控制系统的构成
　　
　　2.1 通讯组网
　　
　　由于井群有46个井点，它们的地理位置十分分散，地域分布广泛，适合采用无线通信方式。石佛水厂井群监控系统选用新西兰TAIT公司生产的T2000ⅡS数传电台，该电台坚固耐用，接受灵敏度高，抗*力强，数据传输转换时间快的等优点，并且该电台提供标准RS-232接口，可直接与计算机、PLC等数据终端连接，实现透明传输。系统使用的频率224.75MHz，以单频半双工的通讯方式工作，功率5～10W可调。A-B公司的1747-KE、DH-485/RS-232接口模块，是在DH-485通讯网络和采用Allen-BradleyDFI通讯协议的RS-232设备之间提供一座桥梁，当它与调制解调器一起用于SLC500框架中时，于是把SLC500用作一个远程终端站。DFI协议是A-B公司PLC系统广泛支持的通讯协议，包括各系列PLC系统及装有RSLinx通讯软件的计算机持DFI协议，它的通讯速率从110bps到19.2Kbps可组态。通过该协议可以构成基于PLC的SCADA系统。石佛水厂无线通讯SCADA系统采用的是点对点半双工主从通讯模式，PLC作为主站采用DFI半双工主通讯方式，其它井点SLC作为从站采用DFI半双工从通讯方式，主站PLC采用对各从站轮询的方式实现数据交换。
　　
　　2.2 控制系统硬件
　　
　　石佛水厂监控系统采用两种通讯方式，既DH+网和无线通讯。其中DH+网应用于厂内各PLC控制器及计算机操作站之间的控制层通讯。DH+网采用屏蔽双绞线进行通讯，具有连接方便，通讯距离远的特点，是PLC通讯应用很广的工业网络，在通讯速率为57.6K波特率下，不加中继可达1万英尺（3040m），加中继可达12Km，DH,+网可挂接64个控制器。现厂区内有厂调度室、送水泵房、加氯间和双阀滤池四个监测站，各站均采用PLC5/40控制器，主要完成生产数据采集、实时通讯、故障报警等功能。其中厂调度室站的PLC1控制器作为SCADA系统的主站还用于控制和监测各井站的运行状况。
　　
　　厂调对于井群的远程监控采用无线通讯，它是采用具有SCADA功能的DFI主从通讯协议，PLC1控制器通过其标准RS232口与数传电台相连来实现无线通讯，其通讯速率为1200波特率。每个井点均采用小型可编程控制器SLC5/02，主要完成采集各井运行数据、远程控制、实时通讯、故障报警等功能。
　　
　　2.3 控制系统监控组态软件的配置及功能
　　
　　操作系统选用WindowsNTServer4.0中文版。组态软件选用罗克韦尔自动化软件公司的组态软件RSView32和连接现场设备的通讯软件RSLinx。运用组态软件，可以方便地构造适应自己需要的数据采集监控系统、编制系统的流程图、数据表格、报警画面、实时数据及历史数据趋势图、控制画面等，在任何需要的时候把现场的信息实时地传送到调度室，并实时地把控制命令发送到现场数据终端，保证信息在整个系统网络中畅通无阻。另外，VBA作为内置编程语言，可以zui大限度的实现对RSView32项目的扩展和自定义。编程软件选用VisualBasic6.0，进行管理软件开发。主要完成实时的数据库组态、历史数据库组态，对采集的数据建立数据库，进行存储。以实现历史数据查询，曲线显示，并可生成各种趋势图。以及报表的生成和打印。
　　
　　3、系统设备的安装和维护
　　
　　PLC设备在系统运行中是非常可靠的，据有关资料统计，在PLC控制的系统中，系统故障的95％发生在PLC外部，5％发生在PLC内部。而在PLC内部故障中，有90％是发生在I/O模板中。因此在安装和维护中，应重点注意外围电路。包括一次仪表、电源、继电器以及信号连接线等设备。
　　
　　1）电源。稳定的电源是整个系统可靠运行的基础。电网的冲击，频率的波动都将直接影响实时控制的精度和可靠性，有时会对系统带来毁灭性的破坏。因此，PLC系统电源应采用隔离变压器、交流稳压器或UPS电源等。同时，输入和输出的电源应分别安装开关和保护装置。
　　
　　2）设备机箱。由于PLC工作在环境恶劣，应将PLC安装在坚固的机箱内，要防尘、防水。机箱表面要做良好、牢固的处理层，以防止生锈腐蚀。
　　
　　3）避雷保护措施。在PLC箱内设置避雷设备，如交流电源输入避雷保护器，传感器信号线避雷保护器，传感器电源避雷保护器等。天线铁塔安装避雷针，并敷设避雷接地网，避雷接地网接地电阻＜4Ω，设备接地电阻＜10Ω。
　　
　　4）抗干扰处理。工业现场的环境比较恶劣，存在着许多高低频干扰，这些干扰一般是通过与现场设备相连接的电缆引入可编程控制器的。除了接地措施外，在电缆的设计选择和敷设施工中，应注意采取一些抗干扰措施。模拟量信号属于小信号，极容易受到外界干扰的影响，因此，应选用双层屏蔽电缆。PLC之间的通讯电缆频率较高，一般应选用厂家提供的电缆，在要求不高的情况下，可以选用带屏蔽层的双绞线电缆。
　　
　　5）系统接地的要求。PLC系统接地要求比较严格，有独立的接地系统，还要注意与PLC有关的其它设备也要可靠接地。但是，多个电路接地连接在一起时，会产生意想不到的电流，导致逻辑错误或损坏电路。