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水厂自动化建设的几点意见北京市自来水集团 刘百德摘要本文简述了水厂自动化系统选择的建议，提出有关运行管理、建立检修工程师制度的意见可供新建水厂和老水厂改造工程中，自动化设计、使用单位的管理部门和技术人员参考关键词水厂自动化运行管理检修工程师计算机技术发展迅速，差不多每隔一年左右时间更新一代强大的硬件平台(大容量、高可靠性、高速)，支持着不断更新的视窗操作系统Windows软件和网络(NET)技术多种以计算机技术为核心的用于工业生产过程控制的产品，和多种基于Windows环境的采用组态方式生成系统的工控软件平台日趋完善这为建立水厂监控系统提供了更多的选择对于自来水行业而言，面对几乎眼花缭乱的新技术，如何选择适合自己功能需求的控制系统，在缺少行业标准的情况下，的确需要有一种说法笔者根据自己多年的工作经验，认为至少应在以下几个方面重点考虑：一、控制系统层次系统的总体控制层次结构应与现场电动控制盘、MCC等统一考虑，分为现场电动控制和计算机控制两级：a．现场电器控制盘电动控制(下级)和b．计算机监控(上级)下级负责完成常规的人工电动操作，确保不间断供水在现场电控盘与监控系统之间，原则上不再另外设置中间控制装置。

现场仪表信号直接入监控系统正常情况，以计算机监控系统为主，完成制水工艺的过程控制控制原则为“下级优先”在现场控制盘上设“现场，远方”操作场所的选择开关操作场所选择是唯一的，并且互锁操作该开关的过程中，须保证无扰动切换采用弼级控制层次，不仅可以大大降低工程投资，最主要的在于减少了中间环节，系统的可靠性得到了提高，同时维护检修工作也变得层次分明在电器控制接口方面需要注意的是，近几年在电气控制中渗入了电子控制技术如电力配电、电器保护、电器逻辑控制等，使用单片机、工控机、PLC等智能部件，代替传统的变送器、继电器，完成信号转换、电器保护、报警和逻辑控制这种设备被简称为“综保”(综合保护)或“微机保护”装置这种装置针对电力系统的需要而设计至今，已被普遍用于电力系统此外，一些专用设备，如加氯、加药、格网(栅)、刮(吸)泥机、压滤机等，使用电子设备自成控制系统综保”装置或其它自成控制系统的专用设备，一般均提供通讯接口，具备数字通讯功能由于这些产品国内至今没有统一的通讯数字格式约定(通讯规约)，尽管制造厂声称采用了标准RS232、BS485通讯接口，但这些仅是物理接口在使用不同厂家产品进行系统互连时常遇到麻烦，原因就在于此。

因此，在进行系统设计时，除需明确通讯物理接口条件外，要特别强调对通讯规约的要求二、系统硬件和控制网络适用于水厂计算机监控系统的选择范围较宽，按目前的习惯提法，可分为PLC(Pro．grammahle controller，可编程控制器)+IPC(Industry Computer，工业控制计算机)和DES(Distribution Control System，分布式控制系统)两大类实质上，这只是由于两者在技术发展途径和时期不同，人们对其的称呼事实上，由PLC也可构成“分布式控制系统”已很普遍此外，还有FF、HARD、Pmfibus现场总线结构的测控系统DCS和PLC都是计算机技术在自动化控制方面的应用，各有所长在硬件方面，DCS的结构标准化、系统化优于PLC，比较适合安全性要求高的大型控制系统，如石油、化工等行业PLC在系统组合的随意性方面强于DCS，适用于按时间、逻辑顺序控制的生产过程或可独立运行的场合，代替复杂的继电器控制装置PLC可以通过网关(Gate Way)，挂在DCS的总线上，完成现场控制级的功能随着技术的发展PLC和DcS的功能相互渗透，采用PLC构成大规模监控系统已成为现实。

鉴于此，建议统一名词，将由上述设备构成的水厂监控系统统称为DCS系统，区别仅在于使用的是何种设备在软件方面，PLC一般配控制和监视两种软件，现场级控制软件可用厂家配套编程器、监视器或PC机、便携电脑，采用梯形图等方式编程，MMI(MenMachineIntterrace，人，机界面)监视可配PLC厂家的配套软件，或配运行在Windows环境下的通用SCADA(Su．pervision Control And Data Acquisition，监视控制数据采集)软件而DCS一般由硬件厂家配套基本软件，通常已够使用两种类型设备在组成较大系统时，在工程总体造价上也相差无几因此，如何选择水厂监控系统，应视实际情况和需要确定由于硬件可靠性一般都满足要求，如系统的可靠性指标MTBF(平均无故障间隔时间，Mcan Time Between Failure)，PLC可达100，000小时(11年)以上；日本横河的cs系统号称260，000小时(约30年)实践也证明了这一点，北京水司第九水厂一期工程(500，000m3／d)使用的横河CENTUM—V系统，已可靠地连续运行了12年；九厂二期滤池控制(soo，000mJ／d)使用的Modicon984系列PLC连续运行了6年。

近年国内常用的PLC产品，如施耐德公司的Modicon TSX Quantum；西门子公司的sI．MATIC S7—300、400；A—B公司的PLC一5；0MRON的SYSMAC CVMI；+GE Fanuc系列90TM，以及YXC(横河一西仪)的csl000、CS3000等，这些系统硬件的基本技术指标大同小异，如无特殊使用要求的话，均可满足水厂监控系统的使用要求在笔者见到的一些水厂监控系统(包括污水处理厂)招标文件中，对系统的技术条件、可靠性等要求过高，这势必增加投资笔者根据自来水生产具有过程缓慢、无自动化也可生产的特点，及做过的水厂监控系统和实际运行情况，以为除在中央控制室、滤池运行管理公用设施控制站等关键环节，采用冗余配置外(通常为双机热备自动无缝切换)，其它场合可以不考虑冗余配置在监控系统控制层，各现场控制站通过控制网络与监控级相连，完成监控信息的传送各PLC厂家的产品采用不同的控制总线常见的有Modbus，Dupline，Profibu8，HART，ComralNET，FF，工业以太网等这些控制总线的通讯速率均在1MB以上，工业以太网可达10 MB通讯介质可选用双绞线、同轴电缆、光纤。

推荐使用价格低廉的5类双绞线～般情况采用单总线已可满足使用要求如果必须采用冗余控制总线，应将两条总线分开敷设对于距离过远的场合，可采用超短波、扩频或微波，如数公里以外的取水泵站在监控系统管理层，基于TCP，IP(传输控制协议，两际协议)的计算机网络互连和扩展技术，如网关、路由器、交换机、网桥、中继器等，可将系统内的信息任意传送并可通过公共数据网DDN(Digital Data Network，数字数据网)、ISDN(综合业务数字网)，将信息传送到更远的地方在信息化时代，应充分利用Web技术，建立企业内部网，需要信息者只需一台配有Modem的电脑(台式、便携式均可)在任何地方接通线，通过拨号上网，使用IE游览器便可得到自己需要的信息三、软件监控系统的软件，分为操作系统(Operation System，缩写Os)、支撑软件(SupportingSoftware)、数据库(Database)和应用软件(Application Software)1．操作系统：操作系统又称为系统软件，是计算机运行的基础主要在以下几个方面评价和选择OS软件：一支持系统资源共享、程序并发、便于移植；一适用于不同的计算机硬件平台；一支持实时多任务、多用户、多线程；一具有丰富的软件工具；一支持多媒体；一支持中文字库：一支持网络通讯和网络服务。

指在在网络环境下的网络通讯、资源管理(网络文件服务和打印等)、网络客(用)户等方面的管理能力一其它方面：可靠性、安全性、稳定性、易用性等可选用的OS有：WindowsgX、Windows NT、Windows 2000和UNIX等WindowsgX指的是微软公司的Windows95／97／98由于WindowgX是一种单处理器OS不适合较大规模监控系统Windows NT是一种实时多任务OS，分Server(服务器)版和Workstation(工作站)版Server 4．0是目前的最高版本Win NT Server 4．0可提供应用、网络、打印和文件服务在数据保护和容错上，支持软件RAID(廉价磁盘冗余阵列)技术它可支持4个处理器和多种硬件平台，支持多任务和多线程，具有较高的安全性和可靠性在控制方面是目前最常用的操作系统之一WiMows 2000是微软公司在Window8 NT基础上开发的OS系统内核采用了Window8NT的技术，具有Windows NT所具备的特点并支持即插即用(PhP)技术它包括Wi．dows 2000 ProfessionM(专业版)、Windom 2000 SeⅣer(服务器版)和Windows 2000 Adv∞cedserver(高级服务器版)。

Win NT和Win 2000 OS适用范围较广，可用于各种规模的监控系统UNIX也是一种实时多任务0s，适合作为规模较大、系统复杂及对系统性能要求较高的监控系统0S软件2．支撑软件支撑软件又称工具软件，用于监控系统的支撑软件通常称作SCADA软件它是开发应用软件的工具和实现监控系统功能的关键组成部分，必须慎重评估和选择应根据系统规模的大小和具体的应用需求，从其整体功能、具体性能指标及其整体技术架构等多个方面进行评估支撑软件的性能要求大致包括：基本性能要求：一可运行在多种硬件平台：工业Pc、国产商用PC、IBM、HP等；一具有良好的开放性，支持一系列国家或国际标准、事实标准，能运行在流行的OS上，如Windows NW9)(，2000，VMSOS2等；一支持多种网络：LAN(匝EE802．3)，％ken hs(IEEES02．4)，Tbk∞nng(IEEE802．5)；一可与多种工业YO、Pc FO、PLc、RTu等现场控制级实时进行双向通讯；一支持多种数据库操作及数据格式转化，可与多种数据库通讯：FoxPro、Db№、Om．cle、sybm等；一良好的组态功能与组态方式，丰富的作图组件和图片支持功能，功能模块化，能够方便地开发应用软件；可组态开发；一人，机界面友好，具备全中文界面。

操作学习简单；一支持系统冗余；一支持多媒体；一良好的系统恢复功能，出现故障时可方便、迅速地恢复系统；此外，对支撑软件的性能评价．还应考虑下述问题：一可靠性在一定的条件和时间下，正常完成工作的能力在双机热备条件下，故障计算机硬件无扰动切换，不丢失数据，保持系统正常稳定运行一实时性采集数据的刷新时间、监控画面的刷新时间、监控操作的响应时间等基本功能：a．数据采集、监控、信息管理可支持多种型号PLc(RTU)的双向通讯，向现场运行过程采集数据，并进行计算、整理、存储、实时刷新显示等处理，以及将控制参数、指令等调节、控制信息下发给控制器并以图形的方式显示实时监测数据、设备状态和系统相关的报警与事件信息b．监控功能能够提供各种图形显示、多媒体显示、视频动画等功能并以图形、数字、符号等方式提供动态模拟生产过程，支持CRT屏幕软键操作能够对现场控制级进行运行参数设定、修改和对工艺流程进行监控c．报表功能可以组态定义报表，如报警信息、班报、日报、月报、年报，以及其它类型报表，支持报表显示和打印输出，并可以在阿上传送可以用电子表格生成各类生产流程和系统运行状态的详细报表d．MMI、图形用户接口功能支持以窗口图形的方式显示各种实时监测示意图，如水厂工艺流程、监控画面。