【正文】 管理統(tǒng)計報表系統(tǒng)維護管理生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理 玉林自來水公司 SCADA 管理系統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度GIS廣西大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 基于 PLC 的供水管網(wǎng) SCADA 系統(tǒng)的研究24網(wǎng)壓力低水壓突變的默認(rèn)延續(xù)時間為 3 分鐘，該時間從壓力下降沿的產(chǎn)生開始計時，若出現(xiàn)水壓突變，系統(tǒng)自動報警；廠區(qū)各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的默認(rèn)控制時鐘周期為 3 分鐘，以上所有的測量周期均單獨可調(diào)。（2）設(shè)備維護管理功能該功能模塊負(fù)責(zé)管理和維護各管網(wǎng)測壓點 RTU 設(shè)備及送水泵機組，通過該模塊用戶可以新增、修改、瀏覽測壓點的 RTU 信息和水壓數(shù)據(jù)信息等，若設(shè)備出現(xiàn)問題，系統(tǒng)自動為用戶提供設(shè)備故障信息，待故障排除后由用戶輸入故障處理結(jié)果，系統(tǒng)建立設(shè)備維護檔案，為日后查詢設(shè)備運行及維護情況提供歷史數(shù)據(jù)依據(jù)。該管理系統(tǒng)模塊的二級菜單框圖如圖 。圖 設(shè)備維護管理菜單框圖（3）歷史數(shù)據(jù)管理功能設(shè)備維護管理新增測點水泵機組技術(shù)參數(shù)維護修改測點檔案修改測點水壓數(shù)據(jù)測點檔案一覽表查閱測點檔案詳細(xì)資料新增測點維護記錄修改測點維護記錄測點維護記錄查詢測點維護記錄一覽表歷史數(shù)據(jù)管理測點壓力歷史曲線測點組當(dāng)前壓力比較修改測點水壓數(shù)據(jù)修改水壓記錄查詢進出廠日流量曲線進出廠日流量差直方圖歷史銷售水量記錄歷史生產(chǎn)電耗記錄歷史生產(chǎn)氯耗記錄廣西大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 基于 PLC 的供水管網(wǎng) SCADA 系統(tǒng)的研究25圖 歷史數(shù)據(jù)管理菜單框圖（4）生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理功能圖 生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理菜單框圖（5）報警事件管理功能報警事件管理水壓突變報警事件處理結(jié)果記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)報警事件一覽表水壓突變事件一覽表生產(chǎn)數(shù)據(jù)報警處理結(jié)果記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理機組溫度數(shù)據(jù)機組電量數(shù)據(jù)流量數(shù)據(jù)余氯數(shù)據(jù)濁度數(shù)據(jù)水位數(shù)據(jù)PH值數(shù)據(jù)廣西大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 基于 PLC 的供水管網(wǎng) SCADA 系統(tǒng)的研究26圖 報警事件管理菜單框圖（6）生產(chǎn)統(tǒng)計報表功能圖 生產(chǎn)統(tǒng)計報表管理菜單框圖（7）系統(tǒng)維護管理功能圖 報警事件管理菜單框圖系統(tǒng)維護管理用戶權(quán)限管理重組測點組修改用戶權(quán)限用戶密碼管理值班上班簽到值班下班簽到簽到記錄瀏覽系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置測點矩陣設(shè)置新增測點組生產(chǎn)統(tǒng)計報表供水月報表日單位電耗表凈水處理日報表原水流量報表電量報表出廠水流量報表調(diào)度室報表機房運行記錄班組水質(zhì)檢驗日報表廣西大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 基于 PLC 的供水管網(wǎng) SCADA 系統(tǒng)的研究27 系統(tǒng)界面設(shè)計與功能說明玉林市自來水供水調(diào)度 SCADA 系統(tǒng)主界面如圖 。圖 軟件主界面上圖中，主界面的左上部直接顯示原水總流量、凈水總流量、原水瞬時流量、凈水瞬時流量、總電耗、原水濁度、PH 值、余氯值、水位；界面的中上部顯示送水泵機組的三相電流、功率、電耗、溫度、啟/停狀態(tài)；界面中部的表格顯示 30 個管網(wǎng)測壓點水壓情況，水壓正常時，界面背景呈藍色，水壓異常時，界面背景呈黃色；界面下半部分顯示某測壓點水壓日變動態(tài)勢圖。廣西大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 基于 PLC 的供水管網(wǎng) SCADA 系統(tǒng)的研究28圖 9 號測壓點（琴鳥廠）水壓變動態(tài)勢圖界面圖 為 9 號測壓點（琴鳥廠）水壓變動態(tài)勢圖界面，在該界面中，可以監(jiān)測到琴鳥廠測壓點 24 小時水壓變化情況，水壓變動態(tài)勢圖的縱坐標(biāo)為測點水壓值，橫坐標(biāo)為測壓時間，管網(wǎng)測壓點的 RTU 每 5 分鐘測量一次水壓，每 15 分鐘向系統(tǒng)服務(wù)器傳送一次水壓數(shù)據(jù)。廣西大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 基于 PLC 的供水管網(wǎng) SCADA 系統(tǒng)的研究29圖 “城北水廠測點檔案信息”管理界面圖 為“測點檔案信息”管理界面，管理人員可以通過該界面監(jiān)測到各管網(wǎng)測壓點的地域位置、水壓情況、RTU 設(shè)備相關(guān)信息及其工作狀態(tài)。該管理信息屬于設(shè)備管理系統(tǒng)，管理人員有權(quán)增加新測壓點、輸入或修改管網(wǎng)測壓點信息。廣西大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 基于 PLC 的供水管網(wǎng) SCADA 系統(tǒng)的研究30圖 供水管網(wǎng)測壓點全貌圖圖 ，在該界面中可以監(jiān)測到所有管網(wǎng)測壓點的水壓情況。如果測壓點水壓出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會自動報警，例如，當(dāng)某測點的測量水壓高于系統(tǒng)參數(shù)“管網(wǎng)水壓上限”時，該測壓點背景由綠變黃，向值班調(diào)度員提出告警，當(dāng)某測點的測量水壓低于系統(tǒng)參數(shù)“管網(wǎng)水壓下限”時，該測壓點背景由綠變紅，向值班調(diào)度員提出告警。該界面還為用戶提供事故處理信息，例如，若突發(fā)火災(zāi)事故，系統(tǒng)會幫助消防部門尋找到距離失火點最近且可用的消防栓，若供水管網(wǎng)出現(xiàn)突發(fā)爆管漏水事故，系統(tǒng)能夠根據(jù)爆管點制定出有效的處理方案，排除故障。廣西大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 基于 PLC 的供水管網(wǎng) SCADA 系統(tǒng)的研究31廣西大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 基于 PLC 的供水管網(wǎng) SCADA 系統(tǒng)的研究32 SCADA系 統(tǒng) 軟 件 的 上 層 應(yīng) 用SCADA 系統(tǒng)在軟件上層運用“優(yōu)化供配水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型”合理調(diào)度水資源，該模型不僅提供城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)中不同水泵的供水范圍，而且還可明顯的反映出城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)地下管網(wǎng)可能發(fā)生的瓶頸現(xiàn)象，模型同時還可提供各種供配水方案的直觀模擬演示，這就為系統(tǒng)操作者進行實時在線優(yōu)化供配水提供了有利條件。在城鎮(zhèn)供配水系統(tǒng)管理方面，由于有了“優(yōu)化供配水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型” ，對城市因其發(fā)展而需要進行管網(wǎng)擴展，模型提供了有力的數(shù)據(jù)支持，從而保證了城市供配水系統(tǒng)的優(yōu)化管理，用戶也得到了高質(zhì)量的服務(wù)。 “優(yōu)化供配水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型” 的建模過程如圖 。通常在建立數(shù)學(xué)模型前，必須進行前期的各種數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備工作，如管網(wǎng)數(shù)據(jù)的確定、需水量數(shù)據(jù)的確定、現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)等，用于建模的數(shù)據(jù)正確性是需要加以測定的。GIS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫 建立數(shù)學(xué)模型模型校驗?zāi)Ｐ蛙浖鼜V西大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 基于 PLC 的供水管網(wǎng) SCADA 系統(tǒng)的研究33圖 3. “優(yōu)化供配水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型” 的建模過程供水系統(tǒng)管網(wǎng)宏觀模型的建模思想主要是：利用獲取的幾類重要的管網(wǎng)參數(shù)（如管網(wǎng)測壓點壓力、泵站出口水壓力、泵站出口水流量、水池水位及管網(wǎng)系統(tǒng)用水量等） ，以統(tǒng)計分析理論為基礎(chǔ)，建立系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的（結(jié)構(gòu)性）分析模型，其數(shù)學(xué)表達式為： )(,)(,)(thgtvxftqx?qp(t)=fp(x(t),v(t),g(t),h(t)) )(,)(,)(thgtvxftqx?hp (t) = gp (x(t),v(t),g(t),h(t))hj (t) = gj (x(t),v(t),g(t),h(t)) （）式（）中：qr (t)——水庫流量向量qp (t)——泵站出口水流向量hp (t)——泵站出口壓力向量hj (t)—— 管網(wǎng)測壓點壓力向量t —— 調(diào)度時段x(t) ——調(diào)節(jié)水池蓄水量向量v(t) ——系統(tǒng)中閥門控制向量g(t) ——系統(tǒng)節(jié)點流量向量h(t) ——系統(tǒng)節(jié)點水頭向量式（）中的右端函數(shù)，一般表現(xiàn)為多項式形式，v(t)屬于可以選擇項，我們通過回歸分析方法，可以確定該函數(shù)的具體表達形式；該方法的特點是，建模過程中所需數(shù)據(jù)量少，建?？?，計算效率高，但缺點是適用范圍有一定限制，當(dāng)管網(wǎng)系統(tǒng)用水量及其它各已知參數(shù)變化幅度較大時，可能產(chǎn)生明顯的誤差。供水系統(tǒng)管網(wǎng)微觀模型的建模思想主要是：從供水管網(wǎng)的拓樸關(guān)系出發(fā)，依據(jù)管道管徑、管長、管材及節(jié)點用水量等主要參數(shù)，構(gòu)造出拓樸結(jié)構(gòu)模型，該模型的基本數(shù)學(xué)方程包括質(zhì)量平衡方程和能量平衡方程兩大部分，即： 質(zhì)量平衡方程： ()???0,nmQq 能量平衡方程： ∑h i,j △H k = 0 ()廣西大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 基于 PLC 的供水管網(wǎng) SCADA 系統(tǒng)的研究34式（） ， （）中： n, m——節(jié)點編號 qi,j——連接在節(jié)點 i 的各管段流量 Qi ——i 節(jié)點的流量 hi,j——屬于基本環(huán) k 的管段水頭損失 △H k——基環(huán) k 的閉合差或減壓裝置產(chǎn)生的水壓差 上述供水管網(wǎng)拓樸結(jié)構(gòu)模型又稱為“供水管網(wǎng)系統(tǒng)微觀模型” ，它的具體求解方法有：節(jié)點水頭法、環(huán)流量法和管段流量法等。與供水系統(tǒng)管網(wǎng)宏觀模型相比，微觀模型對系統(tǒng)的變化及節(jié)點用水量分布的變化適應(yīng)性較強；例如當(dāng)某水池或主干管中斷使用時，將管網(wǎng)拓樸關(guān)系校正后，仍可使用（）和（）式進行系統(tǒng)工況模擬；而宏觀模型就需要重新獲取原始數(shù)據(jù)，進行回歸分析，校正回歸曲線，建立新的模型形式；但供水系統(tǒng)管網(wǎng)微觀模型的缺點也是非常明顯的，這就是建模過程中需要大量的數(shù)據(jù)，模型的校驗工作量大，計算耗費打量機時。為了克服供水系統(tǒng)管網(wǎng)微觀模型的缺點，近年來提出了“供水系統(tǒng)管網(wǎng)集結(jié)模型” ，該模型是建立在“微觀模型”基礎(chǔ)之上的；所謂“管網(wǎng)集結(jié)” ，其實就是一種簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的近似方法，它把整個配水系統(tǒng)管網(wǎng)劃分成 P 個區(qū)域，使管網(wǎng)中每個節(jié)點必須且僅屬于一個區(qū)域；通常劃分區(qū)域的原則是：同區(qū)域內(nèi)的各節(jié)點壓力大致相等，用水規(guī)律相仿；我們將每個區(qū)域內(nèi)的所有節(jié)點“集結(jié)”在一起，形成一個“虛擬”節(jié)點，區(qū)域（即用“虛擬”節(jié)點組成的）之間的關(guān)聯(lián)用一條“虛擬”管道表示；這樣原來的管網(wǎng)模型（微觀模型） ，就簡化成一個新的管網(wǎng)模型，我們稱之為“集結(jié)模型” ； 集結(jié)模型在計算上，大大節(jié)約了機時，在建模上更科學(xué)合理。 本 章 小 結(jié)廣西大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 基于 PLC 的供水管網(wǎng) SCADA 系統(tǒng)的研究35第四章 供水管網(wǎng) SCADA 現(xiàn)場控制系統(tǒng)的實現(xiàn)本系統(tǒng)的現(xiàn)場控制級主要由三部分構(gòu)成，即現(xiàn)場監(jiān)控站、PLC 控制分站和Profibus 通訊網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場監(jiān)控站采用雙機備用的方式監(jiān)控各 PLC 控制分站，這兩臺計算機功能相同，如果其中一臺出現(xiàn)故障，另一臺仍然可以照常工作，能夠保證整個現(xiàn)場控制級系統(tǒng)的安全性、連續(xù)性及可靠性，它能夠?qū)崟r監(jiān)測自來水生產(chǎn)的整個過程，并有權(quán)對 PLC 控制分站發(fā)出控制指令。本系統(tǒng)采用北京亞控公司開發(fā)的“KingView 組態(tài)王”軟件制作監(jiān)控畫面，便于管理人員監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場。PLC 控制分站負(fù)責(zé)采集生產(chǎn)現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)，如水泵電量、運行狀態(tài)、水瞬時流量、水累計流量、水余氯、水 PH 值、水濁度、水池液位、閥門開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)參量，并通過光纖將所測數(shù)據(jù)信息傳送至現(xiàn)場監(jiān)控站，操作員通過監(jiān)測現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)可以進行實時控制，如果發(fā)生狀況，系統(tǒng)自動報警，現(xiàn)場監(jiān)控站將通過上述通道對 PLC 的測控終端發(fā)出控制命令，PLC 控制分站根據(jù)指令對現(xiàn)場終端設(shè)備實施控制，如開/關(guān)水泵、開/關(guān)閥門、調(diào)節(jié)閥門開度等。根據(jù)供水公司實際情況，本系統(tǒng)需要構(gòu)建五個控制分站：取水泵房分站、加礬間分站、濾池分站、加氯間分站、送水泵房分站，取水泵房分站及送水泵房分站內(nèi)含配電系統(tǒng)。監(jiān)控站與控制分站間采用 Profibus 總線形式構(gòu)成工業(yè)局域網(wǎng)，通訊協(xié)議為TCP/IP，局域網(wǎng)采用光纜通訊介質(zhì)，監(jiān)控站和分站都是通過光纜連接模塊（OLM）和雙絞線連至 Profibus 網(wǎng)絡(luò)，通訊部分將在本文的第五章中詳細(xì)說明。 軟 件 簡 介 及 設(shè) 備 選 型 （ 簡 化 ） STEP 7 編程軟件簡介STEP 7 軟件是一種用于對 SIMATIC 可編程邏輯控制器進行組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，它是 SIMATIC 工業(yè)軟件的一部分，主要應(yīng)用在 SIMATIC S7300/S7400、SIMATIC M7300/M7400 以及 SIMATIC C7 上。設(shè)置硬件的組態(tài)及參數(shù)； PLC 編程、測試、監(jiān)控廣西大學(xué)工程碩士學(xué)位論文