大型输水工程调度中心与各配水厂通信方案应用研究

大型输水工程调度中心与各配水厂通信方案应用研究

宋放

(辽宁省大伙房水库输水工程建设局，辽宁 沈阳110166)

【摘要】大伙房水库输水工程干线与各配水厂控制系统衔接是保证供水安全、调度高效的必然要求。本文重点介绍了三类接入方案的结构特点，并分别进行了对比研究，对控制系统接入方案的选择有一定指导意义。

【关键词】供水调度；PLC通信；网关；OPC

中图分类号：TM73

Research of applying communication plans between large water diversion

project dispatch center and all water distribution plants

SONG Fang

(LiaoningDahuofangReservoirWaterDiversionProjectAdministration,Shenyang110166,China)

Abstract:Dahuofang Reservoir Water Diversion Project main line is connected with control systems of all water distribution plants in order to ensure necessary requirements on water supply safety and efficient dispatching. In the paper, structure features of three kinds of access plans are mainly introduced, which are comparatively studied in several aspects. The paper has certain guidance significance for selecting control system access plans.

Key words: water supply schedue; PLC communication; gateway; OPC

1工程背景

辽宁省大伙房水库输水工程是辽宁省内“十五”“十一五”期间重点基础设施建设项目。该工程从辽宁东部山区引水，向辽宁中部抚顺、沈阳、辽阳、鞍山、营口、盘锦6城市供水，惠及人口上千万，被称之为辽宁人民的生命线工程。为了对输水工程进行全面、系统的管理，在公司总部设立调度中心，沿输水管线设置9个二级管理机构调度分中心，从调度分中心向各市配水厂供水，配水厂再将净化之后的纯净水供应给各市居民使用。

该工程2010年11月正式投入运行，至今已有11个配水厂受水，日供水总量达140万m3，年供水总量约5亿m3。在日常的供水分配调度中，调度操作的远程控制显得愈发重要，目前输水工程调度已实现远程控制操作的常态化，即当有流量调整需求时，由公司总部调度中心直接远程操控各分中心阀门，调度员在PC机上轻点几下鼠标即可完成调流阀、蝶阀的开关以及开度设置。但是随着各个城市配水厂的陆续投入，问题也逐渐凸显出来，比如盘锦支线接入的配水厂共有4座，而该支线上可供调度的只有一个调流阀，在局调度中心调节流量时配水厂间势必相互影响，因此必须使配水厂厂内调流阀也接入调度中心的控制网络。

2接入方案

2.1输水工程控制系统简介

大伙房水库输水工程控制系统分为两级：调度中心、调度分中心。调度中心设在公司总部，9个调度分中心(下文简称分中心)设在抚顺、沈阳、辽阳、鞍山、海城。输水工程沿线调流阀、机电设施等均位于分中心，系统正常运行时设备状态信息首先传送给该分中心PLC柜，PLC柜通过网络上传给公司总部的调度中心；调度中心发出的指令，由相反的路径下发至分中心PLC柜。为保证控制系统的安全可靠，分中心PLC采用双机热备系统。

2.2配水厂控制系统简介

输水管线经过分中心后向配水厂方向延伸，首先经一调流阀，该调流阀产权属配水厂，也就是上文提到的即将纳入输水工程控制系统的配水厂厂内调流阀。配水厂内通常设专用PLC柜来采集与控制调流阀的开度。

2.3信号的传输

自动化系统采集电信号一般有两种方式：第一种是传统的输入/输出硬接线，第二种是目前比较流行的现场总线通信方式。两者各有利弊，前者成本低廉，通用性强，布线繁琐；后者需智能传感器、仪表支持，成本高昂，布线简单，通信要求协议的一致性。在该工程中采集仪表距分中心PLC柜近者有1km左右，远者有十几km，用硬接线的方式显然无法满足要求，考虑到所采信号也需上传配水厂控制系统，最后确定该信号就近接入配水厂控制系统PLC柜，然后用通信的方式传送到公司总部调度中心的输水工程控制系统。

鉴于二段浓缩池对煤泥水浓缩面积不足的现状，将事故浓缩池与二段浓缩池并联使用，增加煤泥水浓缩面积，满足煤泥水浓缩要求。事故浓缩池作为二段使用后，其底流由压滤机处理。改造后的煤泥水处理系统工艺流程见图2。

3存在的问题

各配水厂控制系统分属不同产权单位，PLC选型更是五花八门，不可能做到技术上的完全统一，通信协议也与输水工程干线控制系统不一致。针对这种情况，调度中心成立了专题小组，从技术角度解决不同类型PLC与输水工程干线PLC通信问题，下文是具体的解决方法。

4接入方案解析

已有的11个配水厂接入方案，可归纳为三大类：协议转换方案、串口通信方案、OPC方案，下面以3个净水厂的案例分别对三种方案的结构加以介绍。

4.1协议转换方案

4.1.1　辽阳联合环境净水厂接入方案

如图1所示，双机热备PLC为输水工程分中心核心控制器，该方案思路是建立净水厂PLC与分中心PLC的通信，OLM为光路模块，因电缆传输距离有一

图1　辽阳联合环境净水厂接入结构

定限制，该模块可将电路转化为光路，再通过网关机将净水厂通信协议转换为分中心可识别的协议。除了辽阳联合环境净水厂外，沈阳东、西部净水厂方案也与此类似，只不过网关机的型号有所区别。

4.1.2　小结

大伙房水库输水工程分中心PLC与远程I/O采用AB公司的ControlNet协议，通常净水厂协议很难与分中心协调一致，因此采用网关设备对协议进行转换使双方PLC通信。此方案接入的核心在于通信网关设备，通常国际上比较知名的自动化厂家所用协议并非通用，而相互间通信的需求也很常见，一些第三方厂家经自动化设备厂家授权就会开发类似的网关设备，例如该项目中Profibus-DP协议转换为ControlNet的AB7845网关或Modbus协议转换为ControlNet的AB7006网关。需要说明的是，由于净水厂距离分中心之间的距离通常比较远，中间需要将物理传输层由电路转换为光路。

4.2.1　营口市净水厂接入方案

如图2所示，该方案直接采用了分中心原有的串口通信机SJ30。相比上一种方案，可减少网关机的采购费用，但前提是净水厂PLC需提供串口，一般来说，PLC的CPU模件会自带串口，因此这种方案也有许多净水厂采用，抚顺石化二厂、辽阳市净水厂、鞍山市净水厂也均采用此方案。

图2　营口市净水厂接入结构

4.2.2　小结

串口通信是一种比较传统的通信方式，大部分的智能仪表均配备串口，由于大伙房水库输水工程内部有较多的通信设备，因此接入SJ30通信机用于仪器仪表的通信，该通信机具有16个9针串口，每个串口最多可接32个设备。此方案最大优点在于节省了网关设备，有效利用了已有设备以减少用户投入。

4.3OPC方案

4.3.1　盘锦市净水厂接入方案

如图3所示，该方案摒弃了PLC之间的通信，净水厂PLC可直接通过网络设备与分中心上位机通信，相当于分中心增加一台PLC，结构也比较简单。盘锦市净水厂、盘锦辽东湾净水厂、盘锦华润电力公司均采用了OPC方案。为使信号传输距离更长，方案中需添加一对光纤收发器。

图3　盘锦市净水厂接入结构

4.3.2　小结

OPC即OLE for Process Control(过程控制OLE插件)，它为基于Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。用比较通俗的说法来讲，OPC在操作系统上为windows上位机上建立了一个“软接口”，OPC的功能非常强大，OPC内集成了多个厂家的通信驱动，只要建立起链接，OPC可以与不同厂家的工业控制器建立起通信，OPC软件与HMI(人机界面)软件建立数据共享通道也同样非常简便。

5方案比较

三种技术方案主要解决了因部分PLC硬件的差异(如无9针串口、无以太网口等)导致的通信难题。如果PLC具有以太网模件，可接入调度中心调水系统交换机，采用OPC方案是最为简捷快速的方式，仅仅布设一根网线，在PC机上安装OPC软件即可，前提是上位机必须安装Windows操作系统，同时，该方案成本控制也为最优，虽然增加了一对光纤收发器，但众所周知，光纤收发器的价格是很低廉的；如果PLC不具备以太网接入能力，只具有传统的串口通信，如考虑节省成本则采用串口通信方案，如考虑高效与稳定则采用协议转换方案，传统的串口通信速率相对来说比较低，同时，接入过多的设备对于SJ30通信机也是不小的考验。经实际应用，采用协议转换方案的效率和稳定性还是优于串口通信。

6结语

本文介绍了应用于大伙房水库输水工程的三类通信方案。随着信息技术的日新月异，通信变得越来越简捷高效，这种变化也越来越深远地影响到水利工程中供水调度的方式。类似工程可以借鉴该工程的经验，在建设前期就统一考虑，选用统一的通信方案，以便于传输和管理。