萧山水厂自控系统的设计

单建华1，朱开东2，张浩3?
(1.杭州萧山自来水公司，浙江杭州311200；2.中国市政工程华北设计研究院，天津300074；3.海口市自来水公司，海南海口70208)

　　摘　要：对萧山区已建水厂自控网络的优、缺点进行了分析，介绍了南片新建水厂将以太网与现场总线相结合、实现管控一体化的优化网络设计。?
　　关键词：以太网；现场总线；管控一体化?
　　中图分类号：TU991.56
　　文献标识码：C
　　文章编号 ：1000-4602(2002)03-0066-03

　　杭州萧山自来水公司从20世纪80年代开始先后完成了管网检测无线调度系统和第一、二水厂自控技术改造以及第三水厂的全自动控制，且均采用PC+PLC方式构成集散型自动控制系统，自控网络为AB公司的DH+网络。总体上该网络是安全、可靠、经济适用的，但也存在一些严重的缺点：?
　　① 系统不开放、可集成性差，不同厂家的自控设备难以链入DH+网络，即使最常用的PC机入网也必须采用AB公司的专用通讯适配卡。?
　　② 网络传输速率低、信息集成传输能力差，致使水厂的工业电视监视系统和电话通讯系统只能各自独立，无法实现管控一体化。
　　③ 总公司与各水厂之间只有数据量很小的无线通讯而没有网络通讯，总公司无法监视水厂的实时运行状况，水厂也无法获取管理信息。
　　④ PC+PLC自控系统只是将控制分散到若干工段，而未能将危险充分进行分散。大量I/O电缆、视频电缆的敷设施工，不仅增加了成本还会造成相互干扰，使整个自控系统的可靠性下降。?
　　⑤ 缺乏网络管理系统，网络的可管性、可操作性差。?
　　⑥ DH+网络缺乏远程诊断及维护的最基本环境。?

1 工业控制网络?

1.1 以太网?
　　① 以太网络以其统一的TCP/IP协议和CSMA/CD多路访问方式使得Internet网络迅猛发展，这一成功经验使一直受不同协议的兼容问题困扰的工业界看到希望，许多PLC生产厂家均 开发、推出以太网通讯模块，使其PLC控制器能方便地链入以太网络。?
　　② 以太网络以其廉价、高速、简易、方便的特性被引入工业控制底层网络中，即使最底 层的I/O采集器也已集成有以太网络功能，从而使现场生产层、控制层和管理决策集成为具 有统一TCP/IP协议的工业以太网络，使水厂自控网络具有了管(经营)控(生产控制)一体化功能，产供销始终处于最佳状态。?
　　③ 以太网络以其传输速率高、信息量大、兼容性强、编址灵活方便、网络管理功能完善等显著优点而受到许多工业控制现场总线开发机构的高度重视，他们正致力于开发Ethernet/IP总线网络，而工业以太网络很有可能成为最终统一的工业控制现场总线标准。
1.2 现场总线
　　① 现场总线的本质特征是使用有现场总线通信能力的智能现场设备、智能仪表，由这些设备所构成的网络节点不仅具有竖向(系统)同时也具有横向(节点之间)的通信能力。?
　　② 该技术一直是当今世界自动化领域中的热点，人们期待由一种现场总线标准协议来规范现场总线产品。目前有8种总线成为IEC现行的现场总线技术标准，因此比较实际的做法是选 择具有可靠性高和冗余功能强的智能I/O现场总线，以便甩掉大量的控制电缆、节省投资和增加自控系统的可靠性。?
　　③ 目前具有现场总线通信能力的智能仪器、仪表及阀门、泵、加氯机等总线型设备在市场上已有供应，但总体上价格较高。

2 光纤通讯技术

　　光纤通讯技术的特点是：
　　①具有传输频带宽、速率高的显著特点，被现代网络通讯广泛使用。
　　②具有较高的抗电磁干扰和抗雷电袭击的能力，被广泛地应用到工业自动控制场合。
　　③具有数据、图像、语言三网合一的传输功能，常被企业局域网采用，水厂的工业电视监视系统和自控系统也可合并成一个光纤通讯网。
　　④ 交换机、HUB和光电转换设备均已成熟可靠，且价格有较大幅度下降，是目前性价比最优的设备之一。

3 　萧山南片水厂的自控网络

　　为克服已建水厂中存在的不足，利用目前先进、成熟的网络技术构成了南片水厂的自控网络。
　　① 采用10/100兆工业以太网络作为主网络。
　　② 采用光纤为网络通讯媒体并构成光纤环网，使之具有冗余功能。
　　③ 采用全双工的光交换机，构成全双工光纤以太环网。
　　④采用图像、数字技术和视频服务器将工业电视监视系统和自控系统合并建成一个光纤以太环网。
　　⑤ 配有以太网通讯模块的PLC可直接链入光纤以太环网中，成为以太网络节点。
　　⑥ 选择具有智能I/O现场总线通讯功能的PLC作为现场控制器。
　　南片水厂自控网络拓扑图见图1。

　　由图1可见：
　　① 该自控网络属于光纤以太网与现场总线相结合的多层网络，其最高层是管 理层为10/100兆星形交换式以太网；主控制层为10/100兆全双工光纤工业以太环网 ；现场层是PLC的智能I/O现场总线。
　　② 网络中的3#PLCV型滤池控制站采用双机热备份自动切换的PLC和冗余型现场总线，构成V型滤池自控系统。
　　③ 现场的实况摄像机联接到视频服务器，后者将图像数字化处理后，链入10/100兆光纤以太网络中实时传输并采用多媒体技术，由视频PC机完成监控。
　　④ 网络中所有的PLC控制器、PC机、视频服务器、光交换机和远程Modem均遵循TCP/IP协议。
　　⑤ 通过网络中的Modem，自控网络可实现远程诊断和维护。

4 　结语

　　① 南片水厂采用10/100兆全双工光纤工业以太环网，克服了已建水厂自控系统中存在的传输速率低、数据信息量少、协议不统一、不兼容和不能与总公司联网进行数据共享等不足。
　　② 在还没有统一的现场总线标准的情况下，采用目前主流的以太网络并结合PLC的现场总线来建设水厂自控网络是比较先进和实际的。

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　　收稿日期：2002-01-14