工業(yè)以太網(wǎng)交換機在供水工程監控調度自動(dòng)化系統的應用
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為使黃山供水工程能夠與黃山風(fēng)景區的自然環(huán)境和旅游業(yè)發(fā)展相適應，緩解景區旅游旺季供水緊張的矛盾，滿(mǎn)足景區旅游接待、消防及植被保護的用水需求，并達到現代化管理水平，“黃山風(fēng)景區供水自動(dòng)化監控調度系統”和“提水工程”以及“天海凈水廠(chǎng)工程和西海凈水廠(chǎng)改造工程”一起，構成一套完整的黃山風(fēng)景區供水自動(dòng)化監控調度系統。
一 系統設計的基本原則
鑒于黃山風(fēng)景區供水系統具有供水范圍廣、蓄水點(diǎn)分散、供水多為靠蓄水池高差自流到用戶(hù)，以及景區地理海拔高、環(huán)境和氣候條件特殊等一系列特點(diǎn)，本系統在方案設計上嚴格遵循以下基本原則：
(1)安全可靠和先進(jìn)實(shí)用的原則
選擇成熟和先進(jìn)分布式計算機控制系統，在生產(chǎn)過(guò)程中信息集中管理和科學(xué)操作的前提下，使控制危險分散，提高系統可靠性?，F場(chǎng)各種數據通過(guò)PLC采集，并通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)傳送到中央控制室集中監測和管理；中央控制室主機的控制命令也通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)傳送到PLC測控終端，實(shí)施對各單元的分散控制。
(2)信息分層管理和控制權限分級的原則
該系統控制層分為3層：(a)中央控制層：提供系統宏觀(guān)控制，協(xié)調各分站運行，處理局部發(fā)生的事故和緊急狀態(tài)，維持系統整體協(xié)調；(b)就地自動(dòng)控制層：通過(guò)現場(chǎng)PLC的邏輯控制功能實(shí)現設備的自動(dòng)控制(聯(lián)動(dòng)及聯(lián)鎖控制)，根據各站控制要求不同，該控制層控制方法、策略也有所不同；(c)就地手動(dòng)控制層：當控制方式手柄處于“手動(dòng)操作時(shí)”上級的控制干預被屏蔽。
整個(gè)系統控制站分兩類(lèi)：中央控制站(主站)和次級控制站(分控站)。自動(dòng)模式下，安全聯(lián)鎖是有效的，并限制操作的可能性，離工藝過(guò)程越近的控制層具有更高優(yōu)先權。
(3)系統的開(kāi)放性和可擴展性原則
測控系統的主站采用具有C/S結構開(kāi)放式計算機局域網(wǎng)絡(luò )，組成系統信息層。主站計算機通過(guò)通信控制器及相關(guān)的通信設備與各分站進(jìn)行數據交換。分站由具有邏輯控制功能的遠程通信終端與儀表組成，主要完成對現場(chǎng)工藝、電氣數據的采集和對電氣設備的控制，同時(shí)向主站傳送采集的數據，報告分站運行情況。
考慮到今后的擴展，軟硬件配置盡量采用開(kāi)放式結構，并在系統資源方面增加適當冗余，以便今后新建項目時(shí)，實(shí)現可靠的無(wú)縫對接。
(4)最大限度保護旅游環(huán)境資源原則
嚴格遵守景區規章制度，設專(zhuān)職人員制定專(zhuān)門(mén)安全施工手冊，切實(shí)做好護林防火、保護施工現場(chǎng)及周?chē)h(huán)境等工作，服從景區有關(guān)單位指揮，確保游客正常通行和安全。
(5)方便管理易于維護原則
設計上，以分散就地手動(dòng)/自動(dòng)控制和集中監測調度為主，遠程控制為輔。整個(gè)系統以虎頭巖水廠(chǎng)為中央調度和監控中心，以總網(wǎng)調度為主線(xiàn)，分層次、分模塊統一設計，將部分底層設備的管理和控制權分散到西海和天海水廠(chǎng)，便于系統分級管理和維護。
為方便維護，管理3個(gè)凈水廠(chǎng)及相應供水管網(wǎng)和蓄水池的自動(dòng)監測與控制點(diǎn)的電氣設備安裝在室內，在設備日常維護與管理方式上采取以下原則：各凈水廠(chǎng)設備堅持有人值守、少人操作設計原則；對提水工程的泵站控制及偏遠地區的水庫及蓄水池的監測實(shí)現無(wú)人值守、定期巡檢與維護原則。
二 系統設計的總體目標
整套系統以保證安全可靠高效運行為設計準則。以中心調度室為整個(gè)監控系統的通信、生產(chǎn)調度和指揮中心，以3個(gè)凈水廠(chǎng)及相應供水區域為分布區域監控核心，實(shí)現以下的系統總體監控管理功能：水廠(chǎng)、泵站主要設備的自動(dòng)控制；實(shí)現供水管網(wǎng)中各水庫與水池水質(zhì)水位監測；各水廠(chǎng)、泵站主要運行工藝、電氣數據和電氣設備工作狀況的監視；提供故障報警和事故狀態(tài)下應急處理的方案和手段；在各種數據信號采集的基礎上，實(shí)現整個(gè)供水系統中水資源合理調配與智能化調度；各水廠(chǎng)與泵站都要能實(shí)現少人值守運行，將管理權放在虎頭巖水廠(chǎng)中心調度室中。
三 系統的硬件配置及選型
此系統包含：HP服務(wù)器1臺、Advantech熱備主計算機2臺、HP經(jīng)理機1臺、HP工程師站1臺、HPA4激光打印機1臺、EPSON數據報表打印機1臺、模擬屏1套、投影儀1臺、Hirschmann光端機11臺、Hirschmann視頻服務(wù)器5臺、PLC熱備站4個(gè)、PLC本站7個(gè)、PLC遠程站1個(gè)、前端彩色攝象機20個(gè)、Advantech分站計算機2臺、水質(zhì)儀表3套、液位計19套、開(kāi)關(guān)液位計6套、Danfoss電動(dòng)閥門(mén)14臺、壓力傳感器15臺、Danfoss流量計7臺、UPS12臺、18臺控制柜、數套控制輔材及電纜等。
1. 網(wǎng)絡(luò )交換機——RS2-FX-SM/FX-SM
RS2-FX-SM/FX-SM冗余光纖工業(yè)以太網(wǎng)交換機符合IEEE 802.3和ISO/IEC 8802/3標準，采用模塊化設計，具體技術(shù)特性：工作壽命長(cháng)，模塊化設計，導軌安裝，最大程度降低用戶(hù)的備件成本；可實(shí)現容錯冗余環(huán)；快速光纜線(xiàn)路冗余；它采用Spanning Tree做網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路冗余，發(fā)生故障時(shí)反應時(shí)間(切換)時(shí)間<500ms；一個(gè)環(huán)上可串接最多40個(gè)交換機(快速媒體冗余)等。
本方案中采用的工業(yè)以太網(wǎng)交換機RS2-FX-SM/FX-SM是完全工業(yè)級網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品，牢靠的重負荷設計，其性能指標遠遠超過(guò)一般的OA網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品。
RS2-FX-SM/FX-SM系列交換機具有無(wú)噪聲干擾、安全可靠、故障報警、故障定位、故障自診斷、帶電熱插拔等特點(diǎn)，采用導軌方式安裝，無(wú)風(fēng)扇設計，工作溫度范圍為0～55℃，工業(yè)保護等級IP20，使用壽命長(cháng)。按MIL-HDBK-217F標準在常溫下測試的結果表明：其MTBF(平均無(wú)故障時(shí)間)為171000h(約為19.5年)。
交換機采用雙電源冗余輸入，光纖環(huán)網(wǎng)具有線(xiàn)路冗余功能，可靠性高。由于該交換機集成了Hirschmanm專(zhuān)利技術(shù)，如光纜有斷點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò )系統自愈時(shí)間小于500ms。
主干網(wǎng)為100M全雙工交換式光纖環(huán)網(wǎng)。由于全采用交換機，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )分成多個(gè)不同網(wǎng)段，連接到網(wǎng)絡(luò )上的各臺計算機和PLC均分屬于不同沖突域，從而保證數據傳輸的實(shí)時(shí)性。
交換機有2個(gè)光口(100BASE-FX-SM)和5個(gè)RJ45口(10/100BASE-T(X))，各RJ45口在支持Auto Negotiating(自動(dòng)協(xié)議)的同時(shí)，允許用戶(hù)根據需要手工設定通信速率和通信方式，可滿(mǎn)足那些不支持自動(dòng)協(xié)商的工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品聯(lián)網(wǎng)需要。提供一個(gè)附加觸點(diǎn)，可把交換機狀態(tài)信息直接作為過(guò)程數據記錄下來(lái)，并在整個(gè)系統的組態(tài)畫(huà)面中得到反映?？赏ㄟ^(guò)修改FLASH ROM升級內部軟件。
每個(gè)冗余以太網(wǎng)上最多允許40臺交換機，交換機冗余管理功能允許多環(huán)復合冗余，便于今后對系統進(jìn)行擴展。安全性好，可關(guān)閉不用的交換機端口，防止外部設備的非法接入。
交換機帶有SNMP管理單元，且集成有基于Web的管理系統，這為快速進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )組態(tài)、診斷、故障定位和管理提供方便。簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )管理協(xié)議SNMP精確定義了管理員如何與代理間進(jìn)行通信。
目前RS2-FX-SM/FX-SM已支持通過(guò)RMON網(wǎng)管。遠程網(wǎng)絡(luò )監控RMON標準定義了一系列信息組。RMON標準是另一個(gè)SNMP MIB，即是另一個(gè)對基于SNMP的管理工具獲得的資料構造管理信息的方法。目前，RS2-FX-SM/FX-SM已提供了統計組、歷史組、報警組和事件組的RMON支持。統計組提供與中繼器和集線(xiàn)器管理標準大致相同的錯誤信息，包括信息包個(gè)數，其中有廣播、多播以及沖突。錯誤包括CRC/調整、尺寸過(guò)小/過(guò)大、分段(包括小和短的事件)以及超時(shí)傳輸。歷史組定義RMON代理在數段時(shí)間內巨數據的能力，提供趨勢分析。報警組允許管理員設置一系列報警閾值。事件組允許管理員為某些事件設置閾值。當超過(guò)事件閾值時(shí)，管理站點(diǎn)將對其進(jìn)行記錄。
2. 網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器——VIP-AVTXC
Video over IP(VIP)用于在現有數據網(wǎng)絡(luò )上實(shí)時(shí)傳送視頻圖像。該系統采用TCP/IP協(xié)議在以太網(wǎng)和Internet上傳送實(shí)時(shí)視頻圖像，由于使用的是現有網(wǎng)絡(luò )，不增加新的布線(xiàn)，降低了安裝成本。
(1)系統組成：VIP-AV TxC發(fā)射機可將任何一個(gè)PAL/NTSC視頻源(攝像機)連接到計算機網(wǎng)絡(luò )上，然后以3種方式顯示視頻圖像：通過(guò)VIP-AV RxC接收機連接到PAL或NTSC顯示器顯示；在任一聯(lián)網(wǎng)計算機上運行解碼軟件顯示、使用網(wǎng)絡(luò )瀏覽器顯示。
(2)監視：VIP系統提供突出的視頻監視性能。它集成所有運動(dòng)檢測功能，能自動(dòng)建立與接收器間的連接并觸發(fā)報警，且其內部環(huán)形緩沖區可保存報警前5min的視頻圖像。具備攝像機遠程控制功能。VIP提供透明雙向串行通信口，可用于旋轉、俯仰、放大等攝像機控制信號的遠程傳送。
(3)圖像品質(zhì)：圖像信號符合ITU-T制定的H.323標準，具有很高數據壓縮率。每秒可傳送30幀高品質(zhì)彩色圖像。最大分辨力達704
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