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开发与应用
内容摘要 基于InTouch 2014的SCADA系统，是一类功能强大的计算机远程监督控制与数据采集系统，其综合利用了计算机技术、控制技术、通信与网络技术，实现了对泵站分散的各种过程或设备的实时数据采集，本地或远程的自动控制，以及生产过程的全面实时监控，并为调度、管理、优化和故障诊断提供必要和完整的数据及技术手段。文章依据上海黄浦江原水厂原水泵站的工程实践，阐述了原水生产SCADA系统的构建。
关键词 InTouch 原水生產 SCADA系统
1 工程项目背景
对黄浦江原水厂下属的临江泵站的SCADA系统从RSView升级为InTouch软件平台。工程主要涉及：一是对泵站内PLC系统的主干网从Controlnet网络改造为以太网，增加了以太网模块和交换机;二是开发和部署临江泵站InTouch组态软件系统[1]。
2 工程解决方案
该工程实施难度较大，涉及自动化控制（PLC）、网络、计算机编程以及电气自动化等专业。作为工程项目主导部门，计算机科室负责完成了前期设计和方案制订。施工过程中，在确保安全供水的前提下，需要协调InTouch工控软件系统的以太网组建，软件开发和调试。临江泵站的设备较多，且多数在运行中，涉及的软件开发的工作量大，需要调试的设备多。主要解决了以下技术难点。
2.1 泵站PLC系统网络结构的优化和改造
我厂PLC系统为三级网络结构，PLC控制器和HMI间采用标准的分布式客户机/服务器结构，PLC控制器与I/O设备采用分布式网络结构，保证了系统可靠与安全[2]。
第一级为现场设备级。主要包括各种阀门﹑开关、变频器、软启动、串级调速、同步励磁等设备，以及压力﹑温度﹑流量、水位等的检测装置。与这些现场设备相关的各种检测或控制信号，以不同形式接至PLC系统的各种AI﹑AO﹑DI或DO板卡。
第二级为控制处理级。主要包括PLC系统的中央控制器﹑通信I/O板卡和工业以太网交换机等。临江泵站分为一泵房PLC系统、二泵房PLC系统、变电站PLC系统、以及小水厂PLC系统。严桥泵站分为泵房PLC系统和变电站PLC系统。
第三级为监控管理级。主要由工程师站﹑操作员站和工业以太网交换机组成。工程师站负责系统组态及日常维护。在操作员站中采用InTouch软件进行集中监视、控制、报警、趋势分析、信息管理和报表打印等功能。
本次网络结构优化涉及的改造内容，是对临江一泵房，临江二泵房，临江变电站，临江小水厂各加装一个7629C交换机，相应的PLC系统加装以太网模块，在临江机房架设DA Server服务器，实现各个PLC系统、上位机以及服务器之间的工业以太网的网络连接。
2.2 基于InTouch网络版的临江泵站生产运行监控系统的开发与应用
在临江泵站原有Rsview组态软件的基础上，使用InTouch 2014开发新的应用程序。满足上位机的功能，主要包括：①数据采集和状态显示;②远程监控;③报警和报警处理，对重要设备的运行数据实行语音报警设置;④事故追忆和趋势分析;⑤与其他应用系统的结合。
2.2.1 InTouch冗余服务器配置
两台服务器上运行DA Server，负责从PLC读取数据，并给InTouch画面提供数据。在客户端上建立访问名 GIS_A02_1_PLC1_A，需要启用故障转移，这样在一个链路断掉的时候，就会自动切到另外一个链路，如图1所示。
指示当前连的是哪个Server，建立一个访问名，新建一个点，使用刚才建的访问名，地址就写成 GIS_A02_1_PLC1_A，当此点的值是0时，代表访问名GIS_A02_1_PLC1_A连接的是主数据源，当此点的值是1的时候，代表访问名GIS_A02_1_PLC1_
A连接的是辅助数据源。
2.2.2 历史报警功能
安装数据库msde或完整的sqlserver数据库，打开SSMS 然后用Windows用户连接，登录账户选择sa，打开然后修改密码，添加AlmDbViewCtrl控件用于查询数据库，后面填上SQL用户和前面设置的密码，勾选上自动连接，然后测试连接，成功后就可以进入运行界面查看。
2.2.3 历史曲线功能
启用历史曲线记录，新建点的时候，需要勾选记录数据，添加控件，用于显示。添加的这几个控件的进行设置，关键是这些控件的历史趋势和笔刻度的名字要写的一样，才能联动起来。可以在C：/HISDATA下面发现有数据文件生成了，InTouch就是从这些文件读取数据而生成曲线的。所以若发现没有曲线显示出来，就可以先查看一下这里有没相应的文件。
2.2.4 实时曲线功能
InTouch的实时曲线和历史曲线基本一样，都是从历史文件里面读出数据刷出图形。不同之处在于，在实时曲线页面多了一个脚本，用于从文件中实时读出最新数据从而在画面上刷新出来。
2.2.5 临江泵站生产工艺
通过InTouch 2014组态软件，计算机控制软件可以采集所有生产设备的运行数据，实时显示设备运行情况，并对泵房内的机泵和其他辅机进行远程监视和控制。
如图2所示，临江一泵房工艺的监控界面中有：前池液位、调压池液位、黄浦江液位以及6台机泵的瞬时流量、累计流量、出水压力、机泵运行状态、转速。同时，还显示、污水井液位、水浊度、原水氨氮、6台机泵的温度监测点、以及辅机设备的状态（转换开关、冷却水、真空阀、风机等状态）。
（1）机泵控制界面
根据异步串级调速装置和同步励磁装置的不同特性，制定不同的控制界面，如图3和图4所示。其中，串级调速装置可以通过给定比例来对机泵进行调试，进而控制出水量。 在临江一泵房的工艺中，通过3台串级调速水泵来微调水量的变化，异步串级调速装置的水泵可以根据给定的百分比，来调节水泵转速，继而调节水泵出水量。3台串级调速装置的特性不同，其调速给定百分比也不同，调速给定与对应转速之间的关系如下所示：
异步1#机泵调速给定：10.5%～17.6%，对应转速：205～293转;
异步2#机泵调速给定：10.5%～17.6%，对应转速：205～290转;
异步3#机泵调速给定：24%～45%，对应转速：205～295转。
在临江二泵房的工艺中，通过3台变频器水泵来微调水量的变化，变频器的集成度较高，系统中可以直接给定转速，进而微调出水量。
（2）变电站变配电系统
如图5所示，临江泵站35 kV变配电站分别由两路35 kV母线进线，其中，Ⅰ段为思泵3707母线，Ⅱ段为浦泵7245母線，35 kV的电压经变压器转变为6 kV，分别对应6 kV Ⅰ段和6 kV II段。泵站内的所有重要负载平衡分布在两段上，6 kV Ⅰ段的负载有1#新变（二泵房变压器1#变压器）、同步1#电机、异步1#电机、异步1#逆变、异步2#电机、异步2#逆变以及Ⅰ段厂用变，6 kV Ⅱ段的负载有2#新变（二泵房变压器2#变压器）、异步3#逆变、异步3#电机、同步3#电机、同步2#电机以及Ⅱ段厂用变。
（3）水质监测
为了确保供应优质原水，在保障供水的基础上，需要进一步加强原水的水质监测，装有多个在线式水质监测仪，可实时查看到泵站内原水的水质数据，有浊度、水温、余氯和氨氮4个指标。
（4）报警处置
在InTouch中可以对设备的运行参数设置告警值，以及监测状态量。一旦系统监测到数据不在允许范围内或状态发生异动，报警信号即被触发。运值人员查询到报警信息，能实时了解设备工况变化;如有设备发生故障，可及时停役并排除隐患。
报警处置是远程监控系统的重要组成部分，具体内容包括如下：①串级调速和同步励磁装置内部故障;液位（调压池和前池）超出限定范围;②水质（浊度和氨氮）超出限定范围;③自动判断机泵无法正常启动的原因;④冷却水总管低压力;⑤冷却水开关状态;⑥变压器油温过高;⑦机泵振动和温度超出限定范围[3]。
3 改造后解决的问题
临江泵站InTouch工控软件系统完成开发和部署后，实现泵站生产数据的实时监控、报警和传输，以及一泵房、二泵房、小水厂的计算机远程控制，尤其是有效保障了临江二泵房无人值守模式的稳定运行。同时，在临江的InTouch工控软件系统为网络版，配置了临江工业数据库服务器、GR服务器各1台，满足本泵站数据的传输和存储。
4 结语
“黄浦江原水厂SCADA系统改造”工程项目现已保质保量实施完成。随着InTouch工控软件的不断成熟和完善，在原水泵站的进一步应用，其软件平台的稳定性、安全性，以及强大的通信连接性能，灵活的架构，为现代化的原水厂智能化管理提供了有力支撑。
（第一作者系上海城投原水有限公司 助理工程师）
【参考文献】
[1]王华忠，陈东青.工业控制系统及应用—SCADA系统篇[M].北京：电子工业出版社，2017.
[2]袁生贵，方东，李小凯.基于Intouch软件的污水厂自动化系统监控软件[J].计算机系统应用，2011（2）：165-168.
[3]陈玉萍，宋小菲.Intouch组态软件在污水厂自动化系统监控软件中的应用[J].工业控制计算机，2013（4）：28-29.
内容摘要 基于InTouch 2014的SCADA系统，是一类功能强大的计算机远程监督控制与数据采集系统，其综合利用了计算机技术、控制技术、通信与网络技术，实现了对泵站分散的各种过程或设备的实时数据采集，本地或远程的自动控制，以及生产过程的全面实时监控，并为调度、管理、优化和故障诊断提供必要和完整的数据及技术手段。文章依据上海黄浦江原水厂原水泵站的工程实践，阐述了原水生产SCADA系统的构建。
关键词 InTouch 原水生產 SCADA系统
1 工程项目背景
对黄浦江原水厂下属的临江泵站的SCADA系统从RSView升级为InTouch软件平台。工程主要涉及：一是对泵站内PLC系统的主干网从Controlnet网络改造为以太网，增加了以太网模块和交换机;二是开发和部署临江泵站InTouch组态软件系统[1]。
2 工程解决方案
该工程实施难度较大，涉及自动化控制（PLC）、网络、计算机编程以及电气自动化等专业。作为工程项目主导部门，计算机科室负责完成了前期设计和方案制订。施工过程中，在确保安全供水的前提下，需要协调InTouch工控软件系统的以太网组建，软件开发和调试。临江泵站的设备较多，且多数在运行中，涉及的软件开发的工作量大，需要调试的设备多。主要解决了以下技术难点。
2.1 泵站PLC系统网络结构的优化和改造
我厂PLC系统为三级网络结构，PLC控制器和HMI间采用标准的分布式客户机/服务器结构，PLC控制器与I/O设备采用分布式网络结构，保证了系统可靠与安全[2]。
第一级为现场设备级。主要包括各种阀门﹑开关、变频器、软启动、串级调速、同步励磁等设备，以及压力﹑温度﹑流量、水位等的检测装置。与这些现场设备相关的各种检测或控制信号，以不同形式接至PLC系统的各种AI﹑AO﹑DI或DO板卡。
第二级为控制处理级。主要包括PLC系统的中央控制器﹑通信I/O板卡和工业以太网交换机等。临江泵站分为一泵房PLC系统、二泵房PLC系统、变电站PLC系统、以及小水厂PLC系统。严桥泵站分为泵房PLC系统和变电站PLC系统。
第三级为监控管理级。主要由工程师站﹑操作员站和工业以太网交换机组成。工程师站负责系统组态及日常维护。在操作员站中采用InTouch软件进行集中监视、控制、报警、趋势分析、信息管理和报表打印等功能。
本次网络结构优化涉及的改造内容，是对临江一泵房，临江二泵房，临江变电站，临江小水厂各加装一个7629C交换机，相应的PLC系统加装以太网模块，在临江机房架设DA Server服务器，实现各个PLC系统、上位机以及服务器之间的工业以太网的网络连接。
2.2 基于InTouch网络版的临江泵站生产运行监控系统的开发与应用
在临江泵站原有Rsview组态软件的基础上，使用InTouch 2014开发新的应用程序。满足上位机的功能，主要包括：①数据采集和状态显示;②远程监控;③报警和报警处理，对重要设备的运行数据实行语音报警设置;④事故追忆和趋势分析;⑤与其他应用系统的结合。
2.2.1 InTouch冗余服务器配置
两台服务器上运行DA Server，负责从PLC读取数据，并给InTouch画面提供数据。在客户端上建立访问名 GIS_A02_1_PLC1_A，需要启用故障转移，这样在一个链路断掉的时候，就会自动切到另外一个链路，如图1所示。
指示当前连的是哪个Server，建立一个访问名，新建一个点，使用刚才建的访问名，地址就写成 GIS_A02_1_PLC1_A，当此点的值是0时，代表访问名GIS_A02_1_PLC1_A连接的是主数据源，当此点的值是1的时候，代表访问名GIS_A02_1_PLC1_
A连接的是辅助数据源。
2.2.2 历史报警功能
安装数据库msde或完整的sqlserver数据库，打开SSMS 然后用Windows用户连接，登录账户选择sa，打开然后修改密码，添加AlmDbViewCtrl控件用于查询数据库，后面填上SQL用户和前面设置的密码，勾选上自动连接，然后测试连接，成功后就可以进入运行界面查看。
2.2.3 历史曲线功能
启用历史曲线记录，新建点的时候，需要勾选记录数据，添加控件，用于显示。添加的这几个控件的进行设置，关键是这些控件的历史趋势和笔刻度的名字要写的一样，才能联动起来。可以在C：/HISDATA下面发现有数据文件生成了，InTouch就是从这些文件读取数据而生成曲线的。所以若发现没有曲线显示出来，就可以先查看一下这里有没相应的文件。
2.2.4 实时曲线功能
InTouch的实时曲线和历史曲线基本一样，都是从历史文件里面读出数据刷出图形。不同之处在于，在实时曲线页面多了一个脚本，用于从文件中实时读出最新数据从而在画面上刷新出来。
2.2.5 临江泵站生产工艺
通过InTouch 2014组态软件，计算机控制软件可以采集所有生产设备的运行数据，实时显示设备运行情况，并对泵房内的机泵和其他辅机进行远程监视和控制。
如图2所示，临江一泵房工艺的监控界面中有：前池液位、调压池液位、黄浦江液位以及6台机泵的瞬时流量、累计流量、出水压力、机泵运行状态、转速。同时，还显示、污水井液位、水浊度、原水氨氮、6台机泵的温度监测点、以及辅机设备的状态（转换开关、冷却水、真空阀、风机等状态）。
（1）机泵控制界面
根据异步串级调速装置和同步励磁装置的不同特性，制定不同的控制界面，如图3和图4所示。其中，串级调速装置可以通过给定比例来对机泵进行调试，进而控制出水量。 在临江一泵房的工艺中，通过3台串级调速水泵来微调水量的变化，异步串级调速装置的水泵可以根据给定的百分比，来调节水泵转速，继而调节水泵出水量。3台串级调速装置的特性不同，其调速给定百分比也不同，调速给定与对应转速之间的关系如下所示：
异步1#机泵调速给定：10.5%～17.6%，对应转速：205～293转;
异步2#机泵调速给定：10.5%～17.6%，对应转速：205～290转;
异步3#机泵调速给定：24%～45%，对应转速：205～295转。
在临江二泵房的工艺中，通过3台变频器水泵来微调水量的变化，变频器的集成度较高，系统中可以直接给定转速，进而微调出水量。
（2）变电站变配电系统
如图5所示，临江泵站35 kV变配电站分别由两路35 kV母线进线，其中，Ⅰ段为思泵3707母线，Ⅱ段为浦泵7245母線，35 kV的电压经变压器转变为6 kV，分别对应6 kV Ⅰ段和6 kV II段。泵站内的所有重要负载平衡分布在两段上，6 kV Ⅰ段的负载有1#新变（二泵房变压器1#变压器）、同步1#电机、异步1#电机、异步1#逆变、异步2#电机、异步2#逆变以及Ⅰ段厂用变，6 kV Ⅱ段的负载有2#新变（二泵房变压器2#变压器）、异步3#逆变、异步3#电机、同步3#电机、同步2#电机以及Ⅱ段厂用变。
（3）水质监测
为了确保供应优质原水，在保障供水的基础上，需要进一步加强原水的水质监测，装有多个在线式水质监测仪，可实时查看到泵站内原水的水质数据，有浊度、水温、余氯和氨氮4个指标。
（4）报警处置
在InTouch中可以对设备的运行参数设置告警值，以及监测状态量。一旦系统监测到数据不在允许范围内或状态发生异动，报警信号即被触发。运值人员查询到报警信息，能实时了解设备工况变化;如有设备发生故障，可及时停役并排除隐患。
报警处置是远程监控系统的重要组成部分，具体内容包括如下：①串级调速和同步励磁装置内部故障;液位（调压池和前池）超出限定范围;②水质（浊度和氨氮）超出限定范围;③自动判断机泵无法正常启动的原因;④冷却水总管低压力;⑤冷却水开关状态;⑥变压器油温过高;⑦机泵振动和温度超出限定范围[3]。
3 改造后解决的问题
临江泵站InTouch工控软件系统完成开发和部署后，实现泵站生产数据的实时监控、报警和传输，以及一泵房、二泵房、小水厂的计算机远程控制，尤其是有效保障了临江二泵房无人值守模式的稳定运行。同时，在临江的InTouch工控软件系统为网络版，配置了临江工业数据库服务器、GR服务器各1台，满足本泵站数据的传输和存储。
4 结语
“黄浦江原水厂SCADA系统改造”工程项目现已保质保量实施完成。随着InTouch工控软件的不断成熟和完善，在原水泵站的进一步应用，其软件平台的稳定性、安全性，以及强大的通信连接性能，灵活的架构，为现代化的原水厂智能化管理提供了有力支撑。
（第一作者系上海城投原水有限公司 助理工程师）
【参考文献】
[1]王华忠，陈东青.工业控制系统及应用—SCADA系统篇[M].北京：电子工业出版社，2017.
[2]袁生贵，方东，李小凯.基于Intouch软件的污水厂自动化系统监控软件[J].计算机系统应用，2011（2）：165-168.
[3]陈玉萍，宋小菲.Intouch组态软件在污水厂自动化系统监控软件中的应用[J].工业控制计算机，2013（4）：28-29.