摘要：一座利用黃河水的側(cè)滲補(bǔ)給開(kāi)發(fā)地下水源的石佛水廠，沿黃河灘十余公里，為了確保供水生產(chǎn)的安全、可靠、連續(xù)，針對(duì)水廠制水過(guò)程的特點(diǎn)和控制系統(tǒng)的功能要求，采用羅克韋爾自動(dòng)化基于PLC的SCADA系統(tǒng)。
　　
　　1、控制系統(tǒng)的功能和需求
　　
　　1）可靠性、安全性。由于各個(gè)井作為水廠的原水，它的控制系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性直接影響到水廠能否正常向市區(qū)供水。因此，我們?cè)谙到y(tǒng)中的通信設(shè)備、一次儀表及控制設(shè)備和程序編程等各環(huán)節(jié)都必須提高可靠性。
　　
　　2）遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。因井群分布很散，無(wú)人職守。為了降低勞動(dòng)強(qiáng)度，操作人員能夠在廠調(diào)度室根據(jù)供水需要進(jìn)行遠(yuǎn)程無(wú)線操作控制，同時(shí)能夠監(jiān)測(cè)到各深水井的運(yùn)行參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。
　　
　　3）可維護(hù)性。在系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和硬件方面要具有強(qiáng)大的報(bào)警和故障自診斷功能，以便工程技術(shù)人員對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行分析和維護(hù)。
　　
　　4）可擴(kuò)展性。系統(tǒng)應(yīng)采用具有一定標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用較廣泛的硬件設(shè)備，主要是考慮系統(tǒng)發(fā)展擴(kuò)大，為以后系統(tǒng)的連接打好基礎(chǔ)。
　　
　　5）以邏輯控制為主。對(duì)井群輸水泵的控制，一般采用邏輯控制。而邏輯控制是可編程序控制器的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，因此這也是目前各水廠控制系統(tǒng)廣泛采用PLC的原因。
　　
　　6）開(kāi)放性。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用普及，人們?cè)絹?lái)越需要過(guò)程控制系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)交換信息，從而實(shí)現(xiàn)管理與控制一體化。盡管各控制系統(tǒng)生產(chǎn)廠家在現(xiàn)場(chǎng)控制器模塊級(jí)還不能*開(kāi)放或通用，但必須要求上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有開(kāi)放性，例如：監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)基于微軟公司W(wǎng)indowsNT、2000或9X平臺(tái)，支持各種規(guī)范協(xié)議如OPC、ODBC、ActiveX、DDC等。
　　
　　7）豐富的畫(huà)面顯示功能。在各操作終端顯示的畫(huà)面有工藝流程主畫(huà)面、工藝流程分畫(huà)面、高低壓供電監(jiān)控畫(huà)面、設(shè)備操作畫(huà)面、趨勢(shì)圖、報(bào)警畫(huà)面等。使操作人員通過(guò)這些畫(huà)面可以全面的了解系統(tǒng)運(yùn)行情況，并方便的對(duì)各個(gè)井站進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。
　　
　　8）報(bào)表、查詢功能。要有歷史數(shù)據(jù)查詢功能、報(bào)表打印功能。對(duì)井群運(yùn)行參數(shù)有完整的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，一般要求15分鐘存儲(chǔ)一次數(shù)據(jù)，以便查詢和相關(guān)的統(tǒng)計(jì)分析。同時(shí)能夠打印生產(chǎn)日?qǐng)?bào)表和生產(chǎn)月報(bào)表。
　　
　　9）具有故障診斷與報(bào)警處理功能。對(duì)系統(tǒng)中的特殊運(yùn)行狀態(tài)如：上電情況、通訊狀態(tài)、水泵運(yùn)行狀態(tài)、本地/遠(yuǎn)程狀態(tài)等，當(dāng)這些特殊狀態(tài)位發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)報(bào)警。同時(shí)要記錄這些狀態(tài)位發(fā)生變化時(shí)的有關(guān)信息。如：故障標(biāo)簽名稱、報(bào)警信息、故障報(bào)警時(shí)間和報(bào)警確認(rèn)時(shí)間等，并對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行管理。
　　
　　2、控制系統(tǒng)的構(gòu)成
　　
　　2.1 通訊組網(wǎng)
　　
　　由于井群有46個(gè)井點(diǎn)，它們的地理位置十分分散，地域分布廣泛，適合采用無(wú)線通信方式。石佛水廠井群監(jiān)控系統(tǒng)選用新西蘭TAIT公司生產(chǎn)的T2000ⅡS數(shù)傳電臺(tái)，該電臺(tái)堅(jiān)固耐用，接受靈敏度高，抗*力強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換時(shí)間快的等優(yōu)點(diǎn)，并且該電臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口，可直接與計(jì)算機(jī)、PLC等數(shù)據(jù)終端連接，實(shí)現(xiàn)透明傳輸。系統(tǒng)使用的頻率224.75MHz，以單頻半雙工的通訊方式工作，功率5～10W可調(diào)。A-B公司的1747-KE、DH-485/RS-232接口模塊，是在DH-485通訊網(wǎng)絡(luò)和采用Allen-BradleyDFI通訊協(xié)議的RS-232設(shè)備之間提供一座橋梁，當(dāng)它與調(diào)制解調(diào)器一起用于SLC500框架中時(shí)，于是把SLC500用作一個(gè)遠(yuǎn)程終端站。DFI協(xié)議是A-B公司PLC系統(tǒng)廣泛支持的通訊協(xié)議，包括各系列PLC系統(tǒng)及裝有RSLinx通訊軟件的計(jì)算機(jī)持DFI協(xié)議，它的通訊速率從110bps到19.2Kbps可組態(tài)。通過(guò)該協(xié)議可以構(gòu)成基于PLC的SCADA系統(tǒng)。石佛水廠無(wú)線通訊SCADA系統(tǒng)采用的是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)半雙工主從通訊模式，PLC作為主站采用DFI半雙工主通訊方式，其它井點(diǎn)SLC作為從站采用DFI半雙工從通訊方式，主站PLC采用對(duì)各從站輪詢的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
　　
　　2.2 控制系統(tǒng)硬件
　　
　　石佛水廠監(jiān)控系統(tǒng)采用兩種通訊方式，既DH+網(wǎng)和無(wú)線通訊。其中DH+網(wǎng)應(yīng)用于廠內(nèi)各PLC控制器及計(jì)算機(jī)操作站之間的控制層通訊。DH+網(wǎng)采用屏蔽雙絞線進(jìn)行通訊，具有連接方便，通訊距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，是PLC通訊應(yīng)用很廣的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，在通訊速率為57.6K波特率下，不加中繼可達(dá)1萬(wàn)英尺（3040m），加中繼可達(dá)12Km，DH,+網(wǎng)可掛接64個(gè)控制器。現(xiàn)廠區(qū)內(nèi)有廠調(diào)度室、送水泵房、加氯間和雙閥濾池四個(gè)監(jiān)測(cè)站，各站均采用PLC5/40控制器，主要完成生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)通訊、故障報(bào)警等功能。其中廠調(diào)度室站的PLC1控制器作為SCADA系統(tǒng)的主站還用于控制和監(jiān)測(cè)各井站的運(yùn)行狀況。
　　
　　廠調(diào)對(duì)于井群的遠(yuǎn)程監(jiān)控采用無(wú)線通訊，它是采用具有SCADA功能的DFI主從通訊協(xié)議，PLC1控制器通過(guò)其標(biāo)準(zhǔn)RS232口與數(shù)傳電臺(tái)相連來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通訊，其通訊速率為1200波特率。每個(gè)井點(diǎn)均采用小型可編程控制器SLC5/02，主要完成采集各井運(yùn)行數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程控制、實(shí)時(shí)通訊、故障報(bào)警等功能。
　　
　　2.3 控制系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)軟件的配置及功能
　　
　　操作系統(tǒng)選用WindowsNTServer4.0中文版。組態(tài)軟件選用羅克韋爾自動(dòng)化軟件公司的組態(tài)軟件RSView32和連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通訊軟件RSLinx。運(yùn)用組態(tài)軟件，可以方便地構(gòu)造適應(yīng)自己需要的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)、編制系統(tǒng)的流程圖、數(shù)據(jù)表格、報(bào)警畫(huà)面、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖、控制畫(huà)面等，在任何需要的時(shí)候把現(xiàn)場(chǎng)的信息實(shí)時(shí)地傳送到調(diào)度室，并實(shí)時(shí)地把控制命令發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)終端，保證信息在整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中暢通無(wú)阻。另外，VBA作為內(nèi)置編程語(yǔ)言，可以zui大限度的實(shí)現(xiàn)對(duì)RSView32項(xiàng)目的擴(kuò)展和自定義。編程軟件選用VisualBasic6.0，進(jìn)行管理軟件開(kāi)發(fā)。主要完成實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行存儲(chǔ)。以實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查詢，曲線顯示，并可生成各種趨勢(shì)圖。以及報(bào)表的生成和打印。
　　
　　3、系統(tǒng)設(shè)備的安裝和維護(hù)
　　
　　PLC設(shè)備在系統(tǒng)運(yùn)行中是非常可靠的，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，在PLC控制的系統(tǒng)中，系統(tǒng)故障的95％發(fā)生在PLC外部，5％發(fā)生在PLC內(nèi)部。而在PLC內(nèi)部故障中，有90％是發(fā)生在I/O模板中。因此在安裝和維護(hù)中，應(yīng)重點(diǎn)注意外圍電路。包括一次儀表、電源、繼電器以及信號(hào)連接線等設(shè)備。
　　
　　1）電源。穩(wěn)定的電源是整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。電網(wǎng)的沖擊，頻率的波動(dòng)都將直接影響實(shí)時(shí)控制的精度和可靠性，有時(shí)會(huì)對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)毀滅性的破壞。因此，PLC系統(tǒng)電源應(yīng)采用隔離變壓器、交流穩(wěn)壓器或UPS電源等。同時(shí)，輸入和輸出的電源應(yīng)分別安裝開(kāi)關(guān)和保護(hù)裝置。
　　
　　2）設(shè)備機(jī)箱。由于PLC工作在環(huán)境惡劣，應(yīng)將PLC安裝在堅(jiān)固的機(jī)箱內(nèi)，要防塵、防水。機(jī)箱表面要做良好、牢固的處理層，以防止生銹腐蝕。
　　
　　3）避雷保護(hù)措施。在PLC箱內(nèi)設(shè)置避雷設(shè)備，如交流電源輸入避雷保護(hù)器，傳感器信號(hào)線避雷保護(hù)器，傳感器電源避雷保護(hù)器等。天線鐵塔安裝避雷針，并敷設(shè)避雷接地網(wǎng)，避雷接地網(wǎng)接地電阻＜4Ω，設(shè)備接地電阻＜10Ω。
　　
　　4）抗干擾處理。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境比較惡劣，存在著許多高低頻干擾，這些干擾一般是通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連接的電纜引入可編程控制器的。除了接地措施外，在電纜的設(shè)計(jì)選擇和敷設(shè)施工中，應(yīng)注意采取一些抗干擾措施。模擬量信號(hào)屬于小信號(hào)，極容易受到外界干擾的影響，因此，應(yīng)選用雙層屏蔽電纜。PLC之間的通訊電纜頻率較高，一般應(yīng)選用廠家提供的電纜，在要求不高的情況下，可以選用帶屏蔽層的雙絞線電纜。
　　
　　5）系統(tǒng)接地的要求。PLC系統(tǒng)接地要求比較嚴(yán)格，有獨(dú)立的接地系統(tǒng)，還要注意與PLC有關(guān)的其它設(shè)備也要可靠接地。但是，多個(gè)電路接地連接在一起時(shí)，會(huì)產(chǎn)生意想不到的電流，導(dǎo)致邏輯錯(cuò)誤或損壞電路。