微机监控自动化系统在嘉兴石臼漾湿地的应用

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【摘要】微机监控自动化系统在水利工程中广泛应用，只有了解了它的结构组成，使用它的规范要求，才能发挥它的最大优势，更好的为水利行业服务。

【关键词】微机监控；自动化；石臼漾湿地；应用

中图分类号：S342.2 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

石臼漾水厂生态湿地治理工程位于嘉兴市区西北角、北郊河两侧。北郊河东侧部分介于新320国道与昌盛路之间，南至新塍塘北至雁泾港，总面积1738.1亩，为尽快解决嘉兴市区居民的饮用水问题而建，工程设置提升泵1座，溢流堰1座，控制闸8座以及其它辅助设备。本文详细的介绍了石臼漾湿地微机监控自动化系的结构特点，使用它的规范要求，分析了它的优势。

二、石臼漾湿地自动化系统的结构

1、系统构成

石臼漾湿地的自动化控制系统采用目前国内、外流行并且成熟、可靠的以WINDOWS 2000为平台和工业控制微机为主机的自动控制系统，充分利用计算机领域的先进技术，工控组态软件采用国际知名品牌软件产品进行组态，监控软件具有完善的功能，维护使用方便，并能方便的进行软件功能扩充。

系统网络结构采用以太网结构。系统站控层由1台监控主机、1台UPS、1台16口的以太网交换机等设备组成，完成对整个系统的监控。现地层由6套现地控制单元组成，分别完对义庄河闸、水池水位、水质、泵站、泵站闸、溢流堰闸、北郊河闸、亭子桥闸、北亭桥闸、东升桥闸等进行监控。6套现地控制单元内均具有以太网接口，与后台监控主机通过10M/100M光纤以太网方式通讯。义庄河闸现地控制单元主要由PLC、溶解氧仪等设备组成；其它的现地控制单元主要由PLC等设备组成，管理房PLC选用西门子公司的西门S7-300系列PLC，其余选用西门子公司的西门S7-200系列PLC。

义庄河闸、东升桥闸现地PLC单元均单独配现地控制箱。现地控制箱均为户外箱，充分考虑箱体的防水、防锈、防尘、防盗等，符合国家关于户外箱的相关标准要求。

2、控制模式

自动化控制系统以PLC控制为基础的集散型控制系统，设备的控制模式设二级控制：就地控制、中心控制室远控。上、下控制级之间，下级控制的优先权高于上级。每一级均设有“就地/远控”两种控制方式，各设备均可通过“就地/远控”选择开关切换实现手动操作。

当现场PLC站发生故障时，可通过就地控制级上的“就地/远控”选择开关切换实现设备的就地手动操作。

3、主要功能

（1）管理功能

根据PLC采集到的数据，设备运行中状态信号和电气数据以及化验数据和其他信息等，协调管理，打印报表、绘制趋势曲线图，报警及事件记录。提供与水厂管理系统的接口。

生成工艺流程、变配电系统实时动态图，给生产值班人员提供清晰、友善的人机界面，生动形象地反映生产工艺流程的实时数据、完成报警、历史数据、历史趋势曲线的存储、显示和查询。生成各类生产运行管理的班报、日报、月报和年报表。

（2）控制功能

在基于图形界面和中文提示方式下，值班人员在中控室通过计算机的键盘或鼠标开启或停止设备、设定控制调节参数。

（3）通讯功能

中心控制室监控系统与其他系统进行通讯，如与现场的各PLC 分站之间的通讯，与上级管理调度系统之间的通讯、与第三方设备之间的通讯等等。

（4）工艺控制显示功能

工艺控制显示功能主要是人机界面功能。在控制中心的操作员计算机显示器上动态显示各工艺流程、各工艺设备和高低压配电设备的实时运行工况，各工艺和电气等生产数据的显示，使生产管理人员实时掌握整个湿地的生产运行情况，能从总图到详图多层次监视。

（5）事件驱动和报警功能

当某一参数超过设定值或设备出现故障时，在监控主机上能及时发出声光报警，在报警时显示终端发出声音和闪光提醒值班人员，同时显示相应的提示和画面，并记录在报警数据库中，及时打印。

（6）操作窗口功能

在中控室计算机上能对工艺设备进行远程控制。值班人员用鼠标选中所要操作的设备，则弹出一个操作窗口，通过键盘或鼠标能对设备进行开停控制或调节控制。这为值班人员处理一些突发事件提供了极大的便利，在自动控制效果欠佳时可切换到现地手动控制，能确保系统的连续可靠地运行。

（7）历史数据的管理

配置实时数据库及相应的数据库接口。所有系统采集的实时数据按类型、名称、属性分类，按时序依次存档，或写入数据库服务器。历史数据的采样周期在5 分钟到24 小时内连续可调。根据历史存储数据，可计算主要的生产指标。运行程序的结果也可以存储在历史资料库。

（8）工艺参数设定功能

工艺参数设定有两大类：生产工艺控制点设定和报警限设定。在中控室操作员计算机上均可实现上述工艺参数的设定。对于设定值都必须经过确认，对于错误的设定和超范围的设定计算机要进行屏蔽并送出“错误”信息，提示操作人员予以改正。

4、自控系统指标

（1）PLC系统、计算机系统及通信系统

平均无故障间隔时间MTBF＞20,000小时

可用率A≥99.9％

平均恢复时间MTTR≤0.5小时

系统综合误差：σ≤1.0％

数据正确率I＞98％

数据通信负载容量平均负荷a≤2％,峰值负荷A≤10％

（2）时间参数：

主机的启动时间t≤2分

报警响应时间t≤3秒

查询相应时间t≤5秒

实时数据更新时间t≤3秒

控制指令的响应时间t≤3秒

计算机画面的切换时间t≤0.5秒

三、自动化系统使用的要求和优势

1、自动化系统使用的要求

（一） 硬件技术要求

1、系统控控制层：监控主机选用适时先进的进口品牌工业控制计算机用于实施对泵站、闸门的监控。UPS电源容量不小于1KVA/60min。以太网交换机，选用国内外知名牌，以太网接口不少于16个RJ45。口；提供6对单模以太网光端机。

2、现地控制单元

现地控制单元以标准模块构成的PLC为基础（PLC选用西门子公司的S7-300系列PLC，和S7-200系列PLC），包括有顺控、调节、过程输入／输出、数据处理、人机接口和外部通信功能。现地控制单元配备一个总电源断路器，义庄河闸现地单元需另配两个溶解氧仪电源断路器，断路器型号均为DPN-32 4A。现地控制单元总电源处因配置电源避雷器。现地控制单元的软件存储于非易失性存储器中，程序编制采用面向生产过程的高级语言进行。任一现地控制单元故障，不影响其他现地控制单元及整个自动化系统正常工作。现地控制单元在完成所要求的功能外，有20％以上的硬件裕量，包括过程信号输入／输出容量，内存容量等。

（二）软件技术要求

泵站自动化系统软件包括系统软件、支持软件和应用软件。系统软件和支持软件应该成熟可靠,操作系统应该采用多任务实时控制的系统。数据库 应该响应快，可靠性好，使用方便。软件系统应该具有自诊断功能，能及时发现自身故障，并指出故障 部位。具有故障自恢复能力，当出现失控或死锁时.能自动恢复到正常状态。应用软件应采用模块化结 构，便于扩充功能和修改参数、画面和操作流程。软件系统应该提供给用户能够进行显示画面制作、系统功能组态的工具。提供能够进行泵站运行报表制作的工具。提供能够进行用户自定义控制算法编制的工具。

（三）远程监控系统技术要求

要真正实现基于计算机远程测控，不仅要考虑原有网络技术和控制技术的特点，还要考现有系统的新特性。数据通信的准确性是远程测控系统的要要求，没有可靠的数据是不可能进行控制的。网络数据库的连接和更新不仅是动态的、实时的，而且要有高的编程效率和很好的兼容性。

第一，网络数据库技术。在计算机上实现远程测控，首先要通过计算机获得泵站的运行数据系统的设备状态和故障信息。目前，基于组件的数据库技术实现了在分布异构下可重用、可植、可互操作。应用组件数据库技术实现的WEB数据库可以满足远程测控系统的需要。水利自动化系统的建设的时间有先后，技术各有不同，采用的系统千差万别，各种数据库将共同在，异构数据库的集成是必然的。

第二，远程监控网络中的延时处理技术。基于计算机的泵站自动化系统由于受网络拓扑结构、网络传输协议、网络流量、网络传输路径、以及传输距 离等因素的影响，数据从源点到的地可能需要经过若干个传输链路和网络节点，大多数情况下无法 预测和控制一个命令或者现场采集的数据在网络上传输所需的实际时间，传输延时有很大差别，因此,基于计算机的网络自动化系统的功能受到很大的限制。为了减少传输延时，从工程的角度上我们可 以取一些措施,如减少冗余信息、压缩被传输数据,有些数据只有在变化时传输或者在某个被督 的事件发生时传送相关数据等方法来减少网络传输量和传输时间。

四、结束语

嘉兴石臼漾湿地利用微机监控自动化系统，实现了设备、设施的远程监控，确保了水源地的安全供水。好好地利用微机监控自动化系统，是水利行业进步的体现，只有正确的使用自动化系统，才能发掘其节约降能，减少运行成本的优势。

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