大型輸水工程調(diào)度中心與各配水廠通信方案應(yīng)用研究

宋放

(遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程建設(shè)局，遼寧 沈陽(yáng)110166)

【摘要】大伙房水庫(kù)輸水工程干線與各配水廠控制系統(tǒng)銜接是保證供水安全、調(diào)度高效的必然要求。本文重點(diǎn)介紹了三類接入方案的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并分別進(jìn)行了對(duì)比研究，對(duì)控制系統(tǒng)接入方案的選擇有一定指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】供水調(diào)度；PLC通信；網(wǎng)關(guān)；OPC

中圖分類號(hào)：TM73

Research of applying communication plans between large water diversion

project dispatch center and all water distribution plants

SONG Fang

(LiaoningDahuofangReservoirWaterDiversionProjectAdministration,Shenyang110166,China)

Abstract:Dahuofang Reservoir Water Diversion Project main line is connected with control systems of all water distribution plants in order to ensure necessary requirements on water supply safety and efficient dispatching. In the paper, structure features of three kinds of access plans are mainly introduced, which are comparatively studied in several aspects. The paper has certain guidance significance for selecting control system access plans.

Key words: water supply schedue; PLC communication; gateway; OPC

1工程背景

遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程是遼寧省內(nèi)“十五”“十一五”期間重點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目。該工程從遼寧東部山區(qū)引水，向遼寧中部撫順、沈陽(yáng)、遼陽(yáng)、鞍山、營(yíng)口、盤錦6城市供水，惠及人口上千萬(wàn)，被稱之為遼寧人民的生命線工程。為了對(duì)輸水工程進(jìn)行全面、系統(tǒng)的管理，在公司總部設(shè)立調(diào)度中心，沿輸水管線設(shè)置9個(gè)二級(jí)管理機(jī)構(gòu)調(diào)度分中心，從調(diào)度分中心向各市配水廠供水，配水廠再將凈化之后的純凈水供應(yīng)給各市居民使用。

該工程2010年11月正式投入運(yùn)行，至今已有11個(gè)配水廠受水，日供水總量達(dá)140萬(wàn)m3，年供水總量約5億m3。在日常的供水分配調(diào)度中，調(diào)度操作的遠(yuǎn)程控制顯得愈發(fā)重要，目前輸水工程調(diào)度已實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制操作的常態(tài)化，即當(dāng)有流量調(diào)整需求時(shí)，由公司總部調(diào)度中心直接遠(yuǎn)程操控各分中心閥門，調(diào)度員在PC機(jī)上輕點(diǎn)幾下鼠標(biāo)即可完成調(diào)流閥、蝶閥的開關(guān)以及開度設(shè)置。但是隨著各個(gè)城市配水廠的陸續(xù)投入，問(wèn)題也逐漸凸顯出來(lái)，比如盤錦支線接入的配水廠共有4座，而該支線上可供調(diào)度的只有一個(gè)調(diào)流閥，在局調(diào)度中心調(diào)節(jié)流量時(shí)配水廠間勢(shì)必相互影響，因此必須使配水廠廠內(nèi)調(diào)流閥也接入調(diào)度中心的控制網(wǎng)絡(luò)。

2接入方案

2.1輸水工程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

大伙房水庫(kù)輸水工程控制系統(tǒng)分為兩級(jí)：調(diào)度中心、調(diào)度分中心。調(diào)度中心設(shè)在公司總部，9個(gè)調(diào)度分中心(下文簡(jiǎn)稱分中心)設(shè)在撫順、沈陽(yáng)、遼陽(yáng)、鞍山、海城。輸水工程沿線調(diào)流閥、機(jī)電設(shè)施等均位于分中心，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)設(shè)備狀態(tài)信息首先傳送給該分中心PLC柜，PLC柜通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳給公司總部的調(diào)度中心；調(diào)度中心發(fā)出的指令，由相反的路徑下發(fā)至分中心PLC柜。為保證控制系統(tǒng)的安全可靠，分中心PLC采用雙機(jī)熱備系統(tǒng)。

2.2配水廠控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

輸水管線經(jīng)過(guò)分中心后向配水廠方向延伸，首先經(jīng)一調(diào)流閥，該調(diào)流閥產(chǎn)權(quán)屬配水廠，也就是上文提到的即將納入輸水工程控制系統(tǒng)的配水廠廠內(nèi)調(diào)流閥。配水廠內(nèi)通常設(shè)專用PLC柜來(lái)采集與控制調(diào)流閥的開度。

2.3信號(hào)的傳輸

自動(dòng)化系統(tǒng)采集電信號(hào)一般有兩種方式：第一種是傳統(tǒng)的輸入/輸出硬接線，第二種是目前比較流行的現(xiàn)場(chǎng)總線通信方式。兩者各有利弊，前者成本低廉，通用性強(qiáng)，布線繁瑣；后者需智能傳感器、儀表支持，成本高昂，布線簡(jiǎn)單，通信要求協(xié)議的一致性。在該工程中采集儀表距分中心PLC柜近者有1km左右，遠(yuǎn)者有十幾km，用硬接線的方式顯然無(wú)法滿足要求，考慮到所采信號(hào)也需上傳配水廠控制系統(tǒng)，最后確定該信號(hào)就近接入配水廠控制系統(tǒng)PLC柜，然后用通信的方式傳送到公司總部調(diào)度中心的輸水工程控制系統(tǒng)。

鑒于二段濃縮池對(duì)煤泥水濃縮面積不足的現(xiàn)狀，將事故濃縮池與二段濃縮池并聯(lián)使用，增加煤泥水濃縮面積，滿足煤泥水濃縮要求。事故濃縮池作為二段使用后，其底流由壓濾機(jī)處理。改造后的煤泥水處理系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖2。

3存在的問(wèn)題

各配水廠控制系統(tǒng)分屬不同產(chǎn)權(quán)單位，PLC選型更是五花八門，不可能做到技術(shù)上的完全統(tǒng)一，通信協(xié)議也與輸水工程干線控制系統(tǒng)不一致。針對(duì)這種情況，調(diào)度中心成立了專題小組，從技術(shù)角度解決不同類型PLC與輸水工程干線PLC通信問(wèn)題，下文是具體的解決方法。

4接入方案解析

已有的11個(gè)配水廠接入方案，可歸納為三大類：協(xié)議轉(zhuǎn)換方案、串口通信方案、OPC方案，下面以3個(gè)凈水廠的案例分別對(duì)三種方案的結(jié)構(gòu)加以介紹。

4.1協(xié)議轉(zhuǎn)換方案

4.1.1　遼陽(yáng)聯(lián)合環(huán)境凈水廠接入方案

如圖1所示，雙機(jī)熱備PLC為輸水工程分中心核心控制器，該方案思路是建立凈水廠PLC與分中心PLC的通信，OLM為光路模塊，因電纜傳輸距離有一

圖1　遼陽(yáng)聯(lián)合環(huán)境凈水廠接入結(jié)構(gòu)

定限制，該模塊可將電路轉(zhuǎn)化為光路，再通過(guò)網(wǎng)關(guān)機(jī)將凈水廠通信協(xié)議轉(zhuǎn)換為分中心可識(shí)別的協(xié)議。除了遼陽(yáng)聯(lián)合環(huán)境凈水廠外，沈陽(yáng)東、西部?jī)羲畯S方案也與此類似，只不過(guò)網(wǎng)關(guān)機(jī)的型號(hào)有所區(qū)別。

4.1.2　小結(jié)

大伙房水庫(kù)輸水工程分中心PLC與遠(yuǎn)程I/O采用AB公司的ControlNet協(xié)議，通常凈水廠協(xié)議很難與分中心協(xié)調(diào)一致，因此采用網(wǎng)關(guān)設(shè)備對(duì)協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換使雙方PLC通信。此方案接入的核心在于通信網(wǎng)關(guān)設(shè)備，通常國(guó)際上比較知名的自動(dòng)化廠家所用協(xié)議并非通用，而相互間通信的需求也很常見(jiàn)，一些第三方廠家經(jīng)自動(dòng)化設(shè)備廠家授權(quán)就會(huì)開發(fā)類似的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，例如該項(xiàng)目中Profibus-DP協(xié)議轉(zhuǎn)換為ControlNet的AB7845網(wǎng)關(guān)或Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換為ControlNet的AB7006網(wǎng)關(guān)。需要說(shuō)明的是，由于凈水廠距離分中心之間的距離通常比較遠(yuǎn)，中間需要將物理傳輸層由電路轉(zhuǎn)換為光路。

4.2.1　營(yíng)口市凈水廠接入方案

如圖2所示，該方案直接采用了分中心原有的串口通信機(jī)SJ30。相比上一種方案，可減少網(wǎng)關(guān)機(jī)的采購(gòu)費(fèi)用，但前提是凈水廠PLC需提供串口，一般來(lái)說(shuō)，PLC的CPU模件會(huì)自帶串口，因此這種方案也有許多凈水廠采用，撫順石化二廠、遼陽(yáng)市凈水廠、鞍山市凈水廠也均采用此方案。

圖2　營(yíng)口市凈水廠接入結(jié)構(gòu)

4.2.2　小結(jié)

串口通信是一種比較傳統(tǒng)的通信方式，大部分的智能儀表均配備串口，由于大伙房水庫(kù)輸水工程內(nèi)部有較多的通信設(shè)備，因此接入SJ30通信機(jī)用于儀器儀表的通信，該通信機(jī)具有16個(gè)9針串口，每個(gè)串口最多可接32個(gè)設(shè)備。此方案最大優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)省了網(wǎng)關(guān)設(shè)備，有效利用了已有設(shè)備以減少用戶投入。

4.3OPC方案

4.3.1　盤錦市凈水廠接入方案

如圖3所示，該方案摒棄了PLC之間的通信，凈水廠PLC可直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與分中心上位機(jī)通信，相當(dāng)于分中心增加一臺(tái)PLC，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單。盤錦市凈水廠、盤錦遼東灣凈水廠、盤錦華潤(rùn)電力公司均采用了OPC方案。為使信號(hào)傳輸距離更長(zhǎng)，方案中需添加一對(duì)光纖收發(fā)器。

圖3　盤錦市凈水廠接入結(jié)構(gòu)

4.3.2　小結(jié)

OPC即OLE for Process Control(過(guò)程控制OLE插件)，它為基于Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制應(yīng)用建立了橋梁。用比較通俗的說(shuō)法來(lái)講，OPC在操作系統(tǒng)上為windows上位機(jī)上建立了一個(gè)“軟接口”，OPC的功能非常強(qiáng)大，OPC內(nèi)集成了多個(gè)廠家的通信驅(qū)動(dòng)，只要建立起鏈接，OPC可以與不同廠家的工業(yè)控制器建立起通信，OPC軟件與HMI(人機(jī)界面)軟件建立數(shù)據(jù)共享通道也同樣非常簡(jiǎn)便。

5方案比較

三種技術(shù)方案主要解決了因部分PLC硬件的差異(如無(wú)9針串口、無(wú)以太網(wǎng)口等)導(dǎo)致的通信難題。如果PLC具有以太網(wǎng)模件，可接入調(diào)度中心調(diào)水系統(tǒng)交換機(jī)，采用OPC方案是最為簡(jiǎn)捷快速的方式，僅僅布設(shè)一根網(wǎng)線，在PC機(jī)上安裝OPC軟件即可，前提是上位機(jī)必須安裝Windows操作系統(tǒng)，同時(shí)，該方案成本控制也為最優(yōu)，雖然增加了一對(duì)光纖收發(fā)器，但眾所周知，光纖收發(fā)器的價(jià)格是很低廉的；如果PLC不具備以太網(wǎng)接入能力，只具有傳統(tǒng)的串口通信，如考慮節(jié)省成本則采用串口通信方案，如考慮高效與穩(wěn)定則采用協(xié)議轉(zhuǎn)換方案，傳統(tǒng)的串口通信速率相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低，同時(shí)，接入過(guò)多的設(shè)備對(duì)于SJ30通信機(jī)也是不小的考驗(yàn)。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，采用協(xié)議轉(zhuǎn)換方案的效率和穩(wěn)定性還是優(yōu)于串口通信。

6結(jié)語(yǔ)

本文介紹了應(yīng)用于大伙房水庫(kù)輸水工程的三類通信方案。隨著信息技術(shù)的日新月異，通信變得越來(lái)越簡(jiǎn)捷高效，這種變化也越來(lái)越深遠(yuǎn)地影響到水利工程中供水調(diào)度的方式。類似工程可以借鑒該工程的經(jīng)驗(yàn)，在建設(shè)前期就統(tǒng)一考慮，選用統(tǒng)一的通信方案，以便于傳輸和管理。