北京杨庄水厂水源地无线数传SCADA系统

项目概况

北京市石景山区杨庄水厂是以地下水为水源的水厂，规划供水管线39km，其中输水管线4km，配水管线35km,一期工程设计供水能力为5万吨/日，1998年12月正式供水。该厂有10口水源井、1口补压井及1个配水厂，不源井潜水泵电动机容量为6台85kW、4台45kW，补压井为45kW，配水厂内有配水泵房一座、清水池两个、变电站一个、加氯间一座、综合楼一座。配水泵房内有6台160kW配水泵，其中2台为变频调速泵，4台工频泵，由两路10kV供电的变电站包括2台10kV/0.4kV容量为800kVA变压器，加氯间有3台加氯机，配水管网设有8个远端压力测量点。

系统的要求

（1）控制系统具有适应高度分散性的特点。该水厂所属水源地、补压井、测压点比较分散，距离厂区几公里甚至几十公里不等，因此需要SCADA系统具有分散管理的控制能力，各配水泵、水源井能互不影响地进行起动或停止控制。

（2）具有集中监控、无人值守能力。操作人员可在中控室对整个水厂进行集中监控。

（3）控制系统需要小型化、低成本且具有集成SCADA通讯功能的控制器

（4）控制系统应能适应环境和供水量的变化，保持稳定供水。

（5）以逻辑控制为主 。

（6）具有可靠性、安全性。 

（7）易维护性。 系统应具有强大的报警和故障自诊断功能，方便工程师对系统故障进行分析和维护。

（8）可扩展性。易于将来水厂的扩建及系统的更新。

（9）开放性。要求上位机监控系统具有开放性，监控系统应基于微软公司的WindowsNT、2000或9X平台，支持各种规范的协议如OPC、ODBC、ActiveX、DDE等。

设备选型

针对水厂制水过程的特点和对控制系统的功能要求，并根据该厂高度分散集中控制管理的具体情况，我公司特选用美国GE MDS公司的全数字无线数传电台MDS2710A构建无线通信主设备。数据采集设备采用罗克韦尔自动化A-B公司小型可编程控制器SLC5/04及微型可编程控制器MicroLogix1000。组态软件采用基于客户/服务器HMI组态软件RSView32活动显示系统（Active Display System,ADS）。

设备主要技术指标

MDS2710全数字数传电台

Ø 传输数率高达9.6/19.2kbps

Ø使用频率220-240MHz,占用带宽12.5KHz/25KHz

Ø数据传输转换时间快(Tx-Rx-Tx)，仅为7-10 ms

Ø接收灵敏度高，至 -110 dBm（BER10^-6）

Ø电台输出功率为1-5 W可调

Ø采用数字信号处理(DSP)技术，强大的抗干扰能力，并可在信道有干扰时自动切换频率，它增强了数据传输的范围和可靠性。

Ø数据处理的功能，如RTS/CTS延迟、发射延时、限时器等，均可编程设置。

Ø诊断测试功能包括：电台参数、失电、接收信号强度、电源电压变化、内部温度等

Ø话音/数据兼容功能：电台提供话音输入及输出接口。

Ø新的发射机设计技术保证了持续稳定的发射输出功率，甚至在电池电压变化时也一样，非常适用于备用电池和太阳能电池的应用。

Ø外部全铸铝结构，坚固耐用，满足工业级的要求

Ø一体化结构，电台内置9.6/19.2kbps的调制解调器(MODEM)，也可内置模拟RTU(可选件)

Ø每个电台可配置为主站或远端站设备，只用一台PC就可完成现场测试

Ø典型传输距距离30-50公里

SLC 500

作为工业自动化行业中最值得信赖的品牌，罗克韦尔自动化公司所属的A-B从1903年诞生以来已经赢得了广泛的国际声誉。这一声誉的建立非常简单，就是始终坚持向用户提供高品质、高可靠的产品。SLC 500TM系列可编程控制器就是其中一个最恰当的例子。这些小巧的控制器体现了我们对于产品在稳定可靠、技术创新和性能卓越等各方面，按照最高标准进行设计和制造的承诺。并且，您可以注意到SLC平台上不断增强的功能和模块，将为您的应用带来更多的好处。

SLC 500有多款不同容量和内置通讯接口的处理器可选。提供最大容量最多可达64K字（128K字节）的数据/程序内存,SLC 500的模块化I/O系统提供了包括开关量、模拟量和专用模块在内的60多种I/O模块。高密度模拟量模块，如16AI和8AO模块让用户可以在更少的空间进行更多的过程监控。SLC500系统还能提供符合IEEE C37.90要求的专业化监控系统产品。

内置不同通讯接口的SLC500系列处理器，提供多种控制器联网方式供用选择，以构成不同要求的工业监控网络。。内置以太网接口的SLC 505系列支持以太网通讯，内置DH+口的SLC 504系列支持DH+网高速对等通讯。如果不需要以太网或DH+网，用户还可以选择内置DH-485通讯的SLC 503系列。

SLC500提供了与各类“智能”设备的现场总线接口，这类设备包括各种传感器、按钮、马达启动器、现场操作员站和传动设备等等，这就意味着：

Ø节点成本低并且易于集成

Ø安装成本低并且布线少

Ø附加的智能设备诊断信息和快速故障排查

1．国际标准也是中国国标的GB/T 1858.3 DeviceNetTM现场总线

通过1747-SDN DeviceNetTM扫描器模块，连接现场设备和I/O站。

2．远程I/O（RIO）现场总线

通过1747-SN扫描器模块。连接现场RIO I/O站（配置1747-ASB适配器模块）、传动装置、现场操作员站、第三方设备以及其它许多RIO兼容产品。

AB Micro Logix 1000 可编程序控制器

Micro Logix 1000 可编程序控制器，可按需要扩展I/O，与大型控制器相比，成本低，体积小。Micro Logix 1000 可编程序控制器是A-B系列的一种功能强大的小型控制器，这种小型可编程序控制器可以扩展 Compact I/O。满足各种工业应用的需求。它使用罗克韦尔编程软件 RS Logix ,具有和Micro Logix1000,SLC系列控制器相同的指令集。

Micro Logix 1000是A-B微型系列中最高级的控制器。

Ø袖珍型 Compact I / O 模块可扩展超过100点 I/O。

Ø内置大容量非发挥性存储器。

Ø实时时钟（RTC）功能。

Ø通过编程接口，可上载、下载、传送用户程序。

Ø内置PID功能。

Ø数据存取终端可以监视和调节数据。

Ø2路20KHz的高速计数器输入。

Ø2路20KHz的高速计数器输出，具有PTO（脉冲列输出）或PWM（脉宽调制）功能。

Ø8路锁存输入（脉冲捕获）

Ø可选择的计时中断STI功能。

Ø4种事件中断。

Micro Logix 1000具有手指保护功能的可拆卸端子块，符合NEMA标准，增强了安装、更换的安全性。处理器单元可单独更换，无需拆卸电路接线。操作系统可采用固件升级，无需更换硬件。控制器和扩展模块可采用DIN标准导轨安装或面板安装，部件更换更灵活。I/O模块安装更容易，因为 Compact I/O 模块无需机架，可使用卡槽和舌簧从正面插入或拆卸。

系统方案

本方案主要解决北京杨庄水厂中控室对各个水井数据的采集和监控。整个系统中包括一个主站和19个从站。其中，主站设在水厂中控室，从站分别设在各个水源井、配水管网测压点及补压点处。本系统是一个典型的点对多点星型结构无线通信系统。系统拓扑结构示意图如下所示：                  

系统结构示意图

系统安装调试及运行：

本系统中，由于传输距离较远，为减小系统损耗，主站采用200MHz高增益全向天线，采用国产低损耗电缆作馈线，各从站使用200MHz高增益定向天线及国产低损耗馈线。因水厂周围高大建筑较多，为确定保系统运行正常，工程实施前对无线系统进行了实地电测，并根据电测数据确定主、从站天线架设高度。

MDS2710和A-B公司的可编程控制器SLC5/04和MicroLogix1000采用串口通信方式进行连接，其中和SLC5/04可编程控制器，用标准的RS232直连（9针-25针）电缆，与MicroLogix系列可编程控制器，必须使用RS232（9针-25针）交叉电缆进行连接。A-B公司的可编程控制器SLC5/04和MicroLogix1000具有内置的多功能的标准RS232接口通道0，通过该接口可以和编程器连接进行编程，也可以建立DH485网络，还可以实现SCADA系统功能。该RS232接口有两种工作方式，一种是系统方式，另一种是用户方式，系统方式支持DH485和DFI通讯协议，用户方式支持标准ASCII码方式，通讯速率从110bps到19.2kbps可组态。DFI协议是A-B公司PLC系统广泛支持的通讯协议，包括各系列PLC及装有RS Linx通讯软件的计算机均支持DFI协议，通过该协议可以构成基于PLC的SCADA系统。DFI协议支持点对点全双工通讯模式以及点对多点半双工主从通讯模式，DFI主从通讯方式支持包括主站在内的多达255个站，站地址为0-255。SLC5/04通道0可组态选择DFI全双工，DFI半双工主或DFI半双工从，MicroLogix1000通道0可选择DFI全双工或DFI半双工从。杨庄水厂无线通讯SCADA系统采用点对多点半双工通讯模式，PLC1作为主站采用DFI半双工主通讯方式，其它PLC控制器作为从站采用DFI半双工从通讯方式，主站PLC采用对各从站轮询方式并通过信息（MSG）指令来实现数据交换的。DFI主从通讯方式不仅能实现主站与从站的通讯，而且能实现从站与从站的通讯。主站对从站的通讯可组态面基于信息的轮询方式或标准的轮询方式。

MDS无线电台与AB PLC连接注意事项

1．选择PLC处理器（CPU）

处理器型号：1747-L531E

处理器名称：HXDEMO1

2．SLC500通道组态

通道1：选择DH-485协议，波特率为19200，节点地址为1

通道2：选择DF1 Half Duplex Master协议，波特率为9600，节点地地为1

3．MicroLogix1000处理器选择

处理器型号：1761-Micrologix 1000 Analog

处理器名称：M1000

4．MicroLogix1000通道组态

组态DF1协议：Half Duplex Slaver，波特率为9600，节点地址为1

结论

该工程于2000年安装施工并调试完成，现系统已安全运行9年，系统运行完全正常。该项目的顺利实施提高了水厂供水系统的自动化水平，为科学有效管理水厂供水能力打下了坚实的基础。MDS2710电台高效稳定的工作能力得到了用户的普遍认同，其优越的性能和高质量的品质，是值得用户信任的第一无线数据传输设备品牌。