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GE 智能平台监控软件在污水泵站远程集散监控系统中的应用

供稿:GE 自动化&控制 2007/5/24 9:53:00

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GE Fanuc监控软件在污水泵站远程集散监控系统中的应用
摘要:本文介绍了iFIX、Historian和iWebserver等GE Fanuc软件在污水泵站远程集散监控系统中的应用。介绍了污水泵站远程集散监控系统的功能和实现办法。
关键词:远程监控,双网备份,语音报警,SCADA,iFIX,Historian,iWebserver, INTRANET GPRS PSTN.
一 、引言
深圳市水务集团属下目前有40多座大大小小的污水泵站。这些污水泵站主要负责收集各个片区的污水和雨水,捞除大的垃圾后对污水加压送往各个污水处理厂进行进一步的净化处理。
污水泵站肩负着城市排污的重任,保证其安全正常的工作十分重要。但由于污水泵站分布的地理位置非常分散,管理起来十分不便,以往只能在各个主要的大泵站安排值班人员,工作人员每天对附近的小泵站进行巡检,然后通过电话与调度人员互相联系,从而实现对泵站的统一管理。这种泵站管理方法十分落后,需要的值班人员很多,而效率和准确性都比较低。另外,污水泵站的工作环境也非常恶劣,有些小泵站甚至在的地下,根本不具备值班条件。介于以上情况,深圳水务集团提出建设泵站远程集散监控系统,实施对泵站运行的远程监控,实现泵站数据的统一化管理和泵站无人值守。
由于污水泵站生产的重要性,上位监控系统的稳定性就十分重要。通过比较,我们选用GE Fanuc的iFIX作为远程监控系统的SCADA组态软件,选用Historian作为泵站历史数据库的组态软件,选用iWebserver实现监控系统在网路上的发布。
二、系统需求
根据泵站集散远程监控系统的应用目的,系统主要有以下几点需求:
其一,泵站中央控制室的调度人员应可以同时监视和控制系统所有的泵站,可以远程对泵站的设备进行操作,系统对每个泵站的POLLING 小于3秒钟;
其二,中控室应对SCADA服务器应进行双SCADA服务器冗余备份,保证SCADA系统运行的可靠;
其三,应保证泵站与中央控制室通讯的可靠和稳定;
其四,应建立完善的历史数据库,专门记录各个泵站的生产数据,方便中控人员查询和分析;
其五,在系统建成SCADA系统的基础上,把监控画面网页化,使用WEB技术,让用户可通过办公网络浏览SCADA系统发布的实时生产信息;
其六,应提供完善的报警处理方案,确保系统产生的报警能准确快速的告诉中控有关人员,保证泵站生产的安全;
三、系统结构说明
泵站远程集散监控系统的结构示意图如图一所示:
图一
图一 系统结构示意图

系统首先在每个泵站安装PLC控制系统,各个泵站的PLC负责采集所在泵站的各种设备的的信号,并对某些设备进行自动化控制。泵站当地还安装有触摸屏操作终端,触摸屏操作终端连接PLC,可直接对泵站的设备进行监控。因此,每个泵站的PLC控制系统都是一个完整的系统,在脱离上位远程监控系统时都可独立运作。
系统中央控制室选用iFIX组建SCADA系统,SCADA系统通过INTRANET(IP城域网),GPRS以及PSTN的方式与各个泵站的PLC通讯,实现泵站的统一监控。
3.1 中央控制室结构
泵站集散远程监控系统的中央控制室由多台PC和服务器组成,中央控制室的系统结构图如图二所示:
图二
图二 中央控制室系统结构图

中央控制室配置两个由iFIX搭建的SCADA节点,两台SCADA服务器还选用了iFIX的SCADA冗余功能,采用逻辑节点的方式实现了两个SCADA服务器的双机备份冗余处理。中央控制室还配置一台历史数据服务器,数据库软件采用GE Fanuc的Historian,该数据库负责高速和高压缩性的记录SCADA服务器所采集的实时生产数据。中央控制室的通讯前置机安装iWebserver软件,负责将监控画面网络化,并通过INTRANET或者电话MODEM发布出去;另外通讯前置机还负责PSTN通讯以及电话语音报警的处理。
3.2 泵站当地控制系统的结构
系统监控的污水泵站主要有两种类型,一种是规模比较大的泵站,另一种是规模较小的泵站。
规模较大的泵站系统结构图如图三所示:,
图三
图三 大泵站系统结构图

大泵站的PLC直接提供以太网口,并且采用有线的INTRANTET方式作为与中央控制室通讯的主要通讯链路,采用GPRS无线通讯作为有线通讯方式的备份链路;
规模较小的泵站系统结构图如图四所示:
图四
图四 小泵站系统结构图

小泵站由于条件限制,采用有线方式费用太高,因此采用GPRS无线通讯作为主要的通讯方式,采用PSTN作为通讯的备份链路,保证通讯的可靠性。
四、系统的主要功能的解决办法
4.1 SCADA功能模块
系统选用的iFIX具有强大的SCADA功能,利用iFIX对现场采集在PLC中的信号进行归类,建立iFIX的实时数据库。通过对实时数据库里的数据块进行定义,将现场的设备报警定义在iFIX中,由iFIX对报警进行处理,在组态画面上产生需要用户确认的报警信息。另外,利用iFIX强大的画面开发功能以及iFIX对VBA的支持,也帮助我们开发出靓丽的并且符合用户操作习惯的SCADA界面。系统中应用iFIX建立了3000多个点的SCADA实时数据库,系统性能和效率都很高。
图五
图五 部分系统设备监控画面

4.2通讯处理模块
4.2.1 通讯链路情况
系统中一共使用了三种通讯链路建立中央控制室SCADA系统与泵站当地PLC的联系。这三种通讯链路为:INTRANET(IP城域网)、GPRS()以及PSTN(电话网络)。根据泵站当地的条件,系统选用其中的两种通讯链路组成通讯链路双网备份,保证SCADA系统与PLC通讯的可靠性。
4.2.2 通讯协议的选择
SCADA系统与PLC的通讯协议主要有TCP协议和UDP协议两种,TCP协议传送数据前需要首先建立连接,错误的数据将会自动重发,因而可靠性好,但网络负担较重:另一种是UDP协议,这种用户报文协议是一个无连接协议,发送方只负责发送数据,因此不能确保数据传输完全正确,但它占用网络资源较少。考虑到中央控制室与泵站的通讯是远程通讯,网络带宽有限,应此选用UDP协议作为iFIX与PLC之间的通讯协议。同时,在iFIX中设置POLLING的超时时间和重发次数,保证POLLING的准确性。
4.2.3 通讯链路的切换
iFIX与PLC的通讯方式是采用POLLING方式,iFIX首先向PLC发送POLLING的数据包,PLC接收到数据包后,如果数据包的格式正确,PLC将回答一个数据包给iFIX,iFIX通过分析PLC回答的数据包获取PLC中的数据。
系统中iFIX和PLC的通讯采用双网备份,iFIX不断发数据包,系统开发的通讯链路切换程序将根据网络的情况选择数据包送往PLC的网络链路。通过这种双网切换的方式,大大降低了由于某种通讯链路中断对泵站远程监控的影响。
4.3报警处理模块
报警处理模块将SCADA系统监控到的泵站生产的报警信息及时传递给用户。
iFIX组建的SCADA节点为我们提供了很好的报警处理办法。通过对数据块的定义,可以产生SCADA系统的多种报警,例如液位情况、设备开关等。
报警处理模块主要是的作为SCADA报警处理的语音补充,其实现办法如下:
图六
图六 报警处理模块结构
利用iFIX的报警ODBC导出功能,我们将系统的报警导出,首先放进SQL SERVER数据库中,报警语音处理模块收集保存在SQL SERVER中报警信息,分析后进行语音输出。报警处理模块包括电脑语音报警处理和电话语音报警处理。电脑语言报警处理通过电脑音箱语言提示操作人员系统故障报警的产生。当电脑语言提示后经过一定时间报警仍然未处理时,报警处理模块将播通预先设定好的电话,通过电话语言提示系统的报警。
4.4历史数据库处理模块
系统采用Historian建立系统的历史数据库,利用Historian提供的OLE DB和EXCEL ADDIN接口读取历史数据并产生曲线和生产报表。
Historian 是一个企业级的历史数据库,它可以以极快的速度将分布在生产线,以及其他企业数据库。
系统在前端控制系统的SCADA节点上安装采集器Collector,该采集器可以实时采集SCADA的实时数据,在压缩之后发送送给Historian服务器。数据的采集Historian可以以20000次/秒处理数据读写事件、数据记录毫秒级的时间分辨率、采集器可以提供100ms的数据采集速度。在本系统中数据采集所要达到的技术指标完全足够。Historian提供采集死区压缩和归档存储压缩两种手段压缩记录过程数据。这样就节省了大量的存储空间,使得数据备份的时间大大加常,数据查询也变的十分的方便,用户可以在5到7年以内不用担心硬盘空间不足。Historian提供多种数据接口,通过OLE DB、可以使用标准的SQL语句查询Historian中的历史数据、系统消息、标签点等,本系统利用此功能在iFIX SCADA节点上制作历史和实时曲线,并利用VBA控件,制作支持条件和时间查询的对话框,使系统的曲线功能变的强大而实用。在局域网内的计算机上安装Historian客户端和EXCEL Addin报表工具,让报表工作变得轻松而便捷:一类按时间段查询的电流、电压、水位等模拟量报表只需要在EXCEL Addin里面定义时间段的大小和查询的标签名即可实现;一类按开、关泵等事件报表则通过Historian在数据压缩的强大功能,定义好查询的时间段和标签名轻松实现;一类生产报表则可利用Historian的原始数据,在EXCEL中简单的计算即可完<

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