韓忠才,王運娣,王 偉,張巨強

(1.滄州市宏業(yè)工程建設監(jiān)理有限公司,河北 滄州 061001;2.河北工程技術(shù)高等?？茖W校,河北 滄州 061001;3.唐山供電公司豐潤分公司,河北 豐潤 064000;4.滄州供電公司,河北 滄州 061001)

運東污水處理廠為了提高工藝控制的管理水平,使用美國 GE公司的 INTELLUT ION子公司的組態(tài)軟件 IFIX3.5中文版,通過光纖構(gòu)成以太冗余雙環(huán)網(wǎng),開發(fā)了語音報警、過程控制、生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)庫等功能,實現(xiàn)對污水和中水工藝的遠程監(jiān)控;提高了污水處理的生產(chǎn)效率,降低了能耗;并且實現(xiàn)了該污水處理廠的現(xiàn)代化管理水平。

1 遠程 SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

SCADA系統(tǒng),即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)督控制系統(tǒng),是一種復雜的綜合性測控系統(tǒng)[1]。由監(jiān)控中心、通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。監(jiān)控中心的任務是通過通信系統(tǒng)實時監(jiān)視和控制遠程設備的遠行,并為綜合管理系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù)。通信系統(tǒng)主要完成信息的遠距離傳輸,可采用有線方式傳輸、無線方式傳輸及混合信道傳輸。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實現(xiàn)對遠程設備的就地控制和數(shù)據(jù)采集,并能方便的與通信系統(tǒng)相連,實現(xiàn)信息的遠距離傳輸。

遠程 SCADA系統(tǒng)分為中心控制室調(diào)度中心、集線器 HUB、光纜和光纖、現(xiàn)場PLC自動化控制系統(tǒng)等四個主要部分,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

中心控制室調(diào)度中心由兩臺計算機組成,集中采集各個分站的生產(chǎn)數(shù)據(jù),并根據(jù)系統(tǒng)需求提供各種應用功能,實現(xiàn)污水處理工藝的遠程監(jiān)控和統(tǒng)一調(diào)度。調(diào)度中心配置兩臺由美國 GE FANUVC的 i Fix搭建SCADA服務器,2臺 SCADA服務器采用邏輯節(jié)點的方法實現(xiàn)監(jiān)控的冗余備份,保證了監(jiān)控的可靠性。SCADA服務器與通訊系統(tǒng) HUB之間進行數(shù)據(jù)交換,實現(xiàn)調(diào)度中心的遠程 SCADA功能。

通訊系統(tǒng)是整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)遠程傳輸?shù)闹匾h(huán)節(jié),是調(diào)度中心與各個現(xiàn)場 PLC數(shù)據(jù)交換的橋梁。通訊系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的編碼、解碼、數(shù)據(jù)傳輸校驗、數(shù)據(jù)鏈路選擇切換控制等功能。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 污水處理廠現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)

污水處理廠現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)采用計算機、PLC及 I/O、集線器 HUB構(gòu)成主體,配以低壓進線及現(xiàn)場各種測量儀表,采集并預處理、顯示和向 PLC上傳現(xiàn)場設備運行時的實時參數(shù)。系統(tǒng)再通過 MEMOBUS通信技術(shù),曲線數(shù)學分析算法計算現(xiàn)場變頻器控制的泵和鼓風機的運行電流和功率值。PLC就根據(jù)運行時間、停止時間、提升泵房液位或流量、現(xiàn)場溶解氧實測值和設定值等進行 PID自動化編程控制。

現(xiàn)場 PLC監(jiān)控的主要設備和信號:

1)中水泵房 CS17PLC站數(shù)據(jù)采集、控制設備包括粗、細格柵機及超聲波液位差計、提升泵及超聲波液位計、旋流沉砂池攪拌機及鼓風機、砂水分離器、中水送水泵、清水池超聲波液位計。

2)變配電室 CS12APLC站(或變配電室 CP1PLC柜)數(shù)據(jù)采集、控制設備包括氧化溝推流器及溶解氧儀表、厭氧池攪拌器及氧化還原電位儀、鼓風機。

3)變配電室 CS12BPLC站數(shù)據(jù)采集、控制設備包括終沉池刮泥機、污泥回流泵及電磁流量計和剩余污泥泵。

4)污泥脫水機房 CS10PLC站數(shù)據(jù)采集、控制設備包括污泥脫水系統(tǒng)、貯泥池攪拌器及超聲波液位計、接觸池潛污泵及液位計、電磁流量計。

5)加藥間 CS18PLC站(或加藥間 CP3)數(shù)據(jù)采集、控制設備包括加藥泵、高密池攪拌器、刮泥機及泥位計、濾池電動閥、氣動閥及液位計、加氯機及漏氯吸收電機。

現(xiàn)場都配置有觸摸屏操作和計算機操作,它們通過總線連接 PLC,可直接對所控范圍內(nèi)的設備進行監(jiān)控和操作。因此,每個現(xiàn)場 PLC自動化監(jiān)控系統(tǒng)都是一個完整的系統(tǒng),在脫離上位遠程監(jiān)控系統(tǒng)時都可獨立運作。同時又互相配合共同完成污水和中水的處理。

3 運行中的遠程 SCADA系統(tǒng)的特點

1)集中調(diào)度。運東污水處理廠中心控制室是全廠工藝的調(diào)度中心,可以同時監(jiān)視和控制系統(tǒng)所有的設備及監(jiān)視廠區(qū)全貌,調(diào)度中心對現(xiàn)場各個控制站的監(jiān)控互不影響。

2)分散控制。運東污水處理廠的遠程 SCADA系統(tǒng),突出了“調(diào)度權(quán)集中、控制權(quán)分散”的特點。系統(tǒng)監(jiān)控的每個PLC分站都建立各自完整的自動化監(jiān)控系統(tǒng),在脫離調(diào)度中心時能夠獨立完成所控設備的監(jiān)視和自動化控制功能,保證系統(tǒng)在脫離遠程 SCADA系統(tǒng)時運行的安全性。

3)高可靠性。運東污水處理廠肩負滄州市運河以東污水處理和中水回用的重任,因此,系統(tǒng)必須具有高可靠性,并能保證遠程 SCADA監(jiān)控系統(tǒng)的不間斷運行,同時,還必須保證監(jiān)控數(shù)據(jù)遠程通訊的可靠和穩(wěn)定。

4)高效率的歷史記錄。中控室的歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)是優(yōu)化生產(chǎn)、提高管理水平的依據(jù),因此應建立高效率的歷史數(shù)據(jù)庫,專門記錄各個分站設備的運行情況、生產(chǎn)數(shù)據(jù)及在線儀表值。

5)完善的報警機制。由于每個值班人員都在值班室值班,只是間隔大約一小時才到現(xiàn)場控制柜記錄數(shù)據(jù),因此中控室完善的報警機制對于系統(tǒng)的安全運行至關(guān)重要。系統(tǒng)必須能夠判斷自身的運行情況自動產(chǎn)生報警信息,并能夠及時將報警信息顯示到系統(tǒng)畫面上,同時以聲音報警提示中控室值班人員。

4 通訊協(xié)議

一般來說,SCADA系統(tǒng)與 PLC的遠程通訊協(xié)議主要有 TCP協(xié)議和UDP協(xié)議兩種[2],TCP協(xié)議傳送數(shù)據(jù)前需要首先建立連接,錯誤的數(shù)據(jù)將會自動重發(fā),因而可靠性好,但網(wǎng)絡負擔較重;另一種是 UDP協(xié)議,這種用戶報文協(xié)議是一個無連接協(xié)議,發(fā)送方只負責發(fā)送數(shù)據(jù),因此不能確保數(shù)據(jù)傳輸完全正確,但它占用網(wǎng)絡資源較少?？紤]到該系統(tǒng)中調(diào)度中心與現(xiàn)場各分站的通訊是遠程通訊,必須保證數(shù)據(jù)的可靠性,因此運東污水處理廠選用 TCP協(xié)議作為通訊處理模塊與 PLC之間的通訊協(xié)議。同時,通訊系統(tǒng)采用校驗編碼技術(shù)對通訊數(shù)據(jù)進行編碼,采用 Modbus Plus與 PLC進行遠程通訊。

5 結(jié)束語

運東污水處理廠自采用 SCADA系統(tǒng)運行以來,使值班人員能準確地在調(diào)度中心遠程監(jiān)控現(xiàn)場各種設備的運行情況,及時記錄各種設備的運行數(shù)據(jù)。因此,需要的值班人員很少,減輕了勞動強度,降低了能耗,實現(xiàn)了污水廠管理的先進性、安全性和高效性,每年可以為排水公司節(jié)省不少生產(chǎn)管理成本。

[1]李麗.計量站遠程監(jiān)測 SCADA系統(tǒng)的設計分析 [J].微計算機信息,2003,(8):28-29.

[2]王同浩.SCADA系統(tǒng)在杭湖線的應用[J].儀器儀表用戶,2006,13(1):42-43.

[3]王達.計算機網(wǎng)絡遠程控制 [M].北京:清華大學出版社,2003.