SCADA技术在水处理系统中的应用

0 概述
济钢板坯连铸机及炉外精炼工程是“十五"规划的重点工程之一，水处理系统则是该工程的重要配套工程。该系统所有工艺检控参数共有4000多点，且水源地、补压井、测压点、计量点等地域间距离远，这样就造成系统I/O点分散、控制复杂，因此需要分布式的具有SCADA(SupervisoryControlandDataAcquisition)技术功能的控制系统，从而达到系统的连续控制和不受地域、时间限制的数据信息交换。
为了解决上述问题，2002年7月我们采用了基于Schneider自动化的网络控制系统，实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及生产调度管理等各项功能。
1 网络基本配置
整个水处理系统共有7个子系统构成，其中包括：中心泵站电气、浊环池水处理、高效斜板过滤、中心泵站仪表、中厚板水处理、旋流沉淀池、事故水塔。每个子系统配置单独的下位控制单元PLC站，部分控制站带有相应的I/O分站。根据监控点相对的多少、集中或分散程度，分别采用了易于配置和维护的高性能Quantum可编程控制器和较经济的Momentum微型可编程控制器。
根据工艺布置及工程整体自动化网络结构要求，在中心泵站设有水处理系统网络交换机1台，用于收集所有水处理系统的相关信息至SCADA调度管理中心，同时调度管理中心下达各种生产计划等指导信息至水处理各系统的操作站。各系统通过Ethernet接至中心泵站的网络交换机，与以太网相连。
2 网络通信方式
利用SCADA技术的开放性，系统根据不同功能层次采用3种通信方式，实现自动化系统和信息网络系统的互联与集成。
2.1 MB+网
MB+网是一种高速、对等的工业局域网。在水处理系统中主要用于各QuantumPLC控制器及其远程I/O之间的通信，通信速率为1Mb/s，通信距离远，可扩展性强，从而优化了系统。
2.2 Interbus网
Interbus网是主从方式工作的高速数据通信网络，用于各MomentumPLC控制器及其I/O分站之间的控制层通信。
2.3 Ethernet
Ethernet是通信应用很广的工业网络，用于系统的管理层，过程控制系统与管理信息系统通过Ethernet交互信息，从而实现管理与控制一体化。在该系统中，它利用光缆和RJ 45线通过TCP/IP协议在环形网上通信，通信速率达100Mb/s，提供了现场设备到企业管理级的数据通道。
3 数据的采集与监控
在水处理系统中，下位机系统使用PLC完成现场监测层、数据处理层的工作；上位机系统采用MonitorPro7.0(MP7)平台实现远距离现场数据采集、监控、传输和分布式管理。上位机系统MP7是基于实时数据库核心(RTDB)的软件系统，工业现场数据采集实时性强，具有HMI、SCADA、MES3大技术功能。
该系统上位机采用了客户机/服务器的体系结构，配置1个服务器、7个客户端。服务器负责从下位机采集、处理和存储数据；客户端从服务器上共享/访问数据库，并进行数据的组态和运行监控。通过通信网络将PLC实时采集的数据进行各种处理，实现了流程图与棒形图、数据表、设备状态、实时与历史趋势图、参数整定、网络通信管理及报表打印输出等重要数据的动态控制与交换。
为完成以上数据的监测控制，上位机系统软件分成8个模块进行管理，各模块之间相对独立，单独开发，但相互之间严格按照规定的协议开发，使整个系统软件模块结构清晰。
4 控制功能
该网络系统主要实现以下功能。
(1)所有设备均具有计算机自动、手动、本地3种操作模式。各配水泵、输水泵、电动阀都具有独立的控制功能，相互之间既可以在自动控制方式下实现任意组合联锁控制，也可以在手动方式下独立控制。主控室的4台操作站PC具有同等的功能且互为热备，当1台出现故障时也不会影响水处理的操作。
(2)联锁控制。通过自动化网络，系统采集所有相关信息(水位、流量、pH值、电导率、压力、阀位、温度)，自动识别各水泵和电动阀的运行状态，联锁信息通过网络传至电气系统，实现控制设备的运行。
(3)实时监控。对各工艺流程动态控制。
(4)故障诊断与报警处理。系统在网络软件、应用软件和硬件方面具有强大的故障自诊断报警的功能，方便工程师对系统故障进行分析和维护。当设备运行出现故障或某一参数异常，系统则发出声、光报警信号，显示画面提示故障信息以及故障位置，在自动模式时还可自动处理。
(5)权限管理。网络系统设置了各层的管理权限，通过不同的安全级别在应用层面对用户的操作权限进行控制。操作人员或系统管理员进入网络时必须登录，从而保证系统的正常操作，防止越权操作。
(6)参数调节。系统可根据生产条件对主要参数自动整定和调节，以满足控制要求。
(7)远程监控。采用基于客户机/服务器的结构，生产记录数据存放在服务器数据库中，操作人员可在主控室对生产过程进行控制；管理人员、工程师可在SCADA调度管理中心对水厂运行情况进行遥控，数据可以随时通过网络查询或打印。
5 结束语
该系统自2002年10月投运以来，利用SCA DA技术，通过对水质、流量等参数进行实时调度管理与监控，实现了水处理生产管理的自动化、信息化、网络化，对提高供水质量、节能降耗、优化管理等方面起到了至关重要的作用。尤其是系统运行稳定，维护保养量少，简单灵活的操作，美观友好的用户界面，管理便捷，充分满足了对水处理的要求。