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摘要：本文以太仓市应急水源工程综合自动化系统为例，基于综合自动化系统自身的显著优势，遵循因地制宜的设计原则，详细阐述计算机监控系统、现地控制系统、振动监测分析系统等各个子系统是如何有机组织，共同为水库现代化所服务，并为之后类似的工程项目提供可参考价值。
关键词：水库；综合自动化系统；设计原则
引言
目前，水库建设为实现水库现代化目的多引用综合现代化系统进行平台建设，自动化系统的总体结构采用多层分布式结构，逻辑上可划分为基础设施层、通信网络层、数据支撑层、业务应用层以及用户接入层，此外，安全保障体系以及信息化标准体系贯穿以上各层。本文以太仓市应急水源工程综合自动化系统为例进行详细的阐述。
1工程概况
太仓市应急水源地工程位于长江口南支浏河口上游长江边滩，工程分蓄水工程和取输水工程。
太仓市应急水源工程综合自动化系统以自动控制和测量为手段，以水资源的科学调度为重点，运用先进的计算机、通信、信息和自动控制等技术，全面、及时的采集所需数据，快速的进行数据传输，安全可靠的进行数据存储和管理，建设服务于工程自动控制、水情水质监测、工程安全监测及工程运行管理等业务的信息化作业平台和调度会商决策支撑环境，实现工程输水调度的自动化和运行管理的信息化。系统建成后，通过逐步扩展完善，能够适应工程的长期运营发展，并通过不断优化完善调度运行方案，最大限度地发挥工程投资效益。
2综合自动化系统优势
2.1软硬件平台的合理设计实现系统集成的无缝链接
本方案选用Wonderware InTouch软件体系，通过精心设计，所有系统统一的软件平台，实现众多分布式系统的数据共享、综合监控。InTouch监控功能可以满足本项目所有子系统进行数据采集、处理、监控、存储、发布等功能，并提供了一个先进的信息共享平台。同时InTouch平台可实现与调度决策系统的完美结合。
2.2分层次的控制和通信系统确保可靠性
采用100M光纤环网和光纤冗余令牌网，形成光纤工业实时控制网相结合的网络，集信息采集、实时数据交换以及直接光纤通讯于一体，充分保证了整个系统的先进性、可靠性等特点。
2.3融合软件技术、通信技术和网络技术的先进性
本方案采用C/S的应用体系架构，系统利用SCADA 系统获取设备的运行信息，经过处理存入数据库。设计中采用快速以太网和交换以太网，利用先进的第三层交换技术、交换机集群技术、虚拟专用网通信技术（VPN）构建供水企业自动化、信息化物理平台。
3系统设计原则
针对水源地占地面积大、控制设备分散、空气潮湿的客观环境，自控系统采用“集中监测、分散控制”的设计原则，采用现场总线过程控制系统。各控制分站都有自己单独的操作员终端，通过光纤以太网与中央控制室相连，并预留Internet接口。
综合自动化系统系统设计遵循先进性、实用性、可靠性、经济性、开放性的原则，配置按无人值班（少人值守）的原则设计，设计立足于工程的人性化管理，优化原水调度为目标，软硬件按网络和数据库一体化配置，建立多专业统一的信息化平台。
综合自动化系统按冗余网络架构设计，采用分层分布系统，系统满足可靠性、合理性、适应性和可扩展性的要求。调度中心的综合自动化设备的选型和整体布局，为运行管理人员提供友好的人机界面和多专业多窗口的显示屏幕，真正成为太仓水源地的监视和调度决策中心。主辅设备选型在满足适用性和可靠性要求的前提下主要技术性能指标达到当前国际水平，使系统在一定时期内保持先进性，同时考虑工程的经济性。
系统平台软件选用稳定安全的主流操作系统，便于系统使用和维护；管理软件、监控软件、现场控制软件的编制均选用符合国际软件业标准的开发平台，同时考虑用户开发的方便性和易于扩展性。特别重视系统软件、数据库和组态软件的选用，强化应用软件的功能和人机界面的设计，软件满足安全性、先进性、开放性、模块化的要求。
做好系统通信接口设计，使系统各专业的信息可以顺利的存入综合自动化的统一数据库，以便满足实现系统综合功能需要，同时保证水厂通信接口设计。
4.计算机监控系统
4.1调度控制中心
调度控制中心网络采用千兆工业以太网架构，通过光缆将调度控制中心（包含取输水泵站分控中心）与水厂分控中心连接；取输水泵站分控中心内采用百兆工业以太环网结构，连接计算机监控系统的上位机及各现地控制单元，如图1所示。
BR-VP2012-1500系列拼接控制器采用全模块化系统结构。控制器是一款高性能、高端图像处理设备，能够在多个显示屏上同时显示多个动态画面，主要用于多屏幕拼接显示控制，集图像自由缩放、画中画动态显示、多RGB信号实时数字处理技术，全面支持图像的跨屏、漫游、画中画、叠加、缩放等功能。此外，控制器提供了多种强大的多视频并行处理功能，包括画中画窗口的位置、大小、缩放比例、叠加优先级、画面冻结等。
5现地控制系统
太仓水源地自动控制系统所有设备采用PLC控制实现，整个系统采用集散控制方式，根据工程运行管理机构的设置，整个系统的运行调度方式将分为下面四级：远程调度级操作为第一级，水库调度控制中心操作为第二级，现地控制触摸屏操作为第三级，现地控制单元操作为第四级。
5.1PLC设计
太仓水源地监控系统采用技术成熟可靠的PLC系统、光纤通讯网络，并配合现场总线技术和先进的远程通信系统，组建高可靠性、高自动化程度的泵站、闸门管理监控系统。
本方案各PLC主站选用Unity Quantum系列，子站选用Unity M340t系列，该产品采用了国际上最先进的控制器和模块化的系统结构。在工程监控系统的解决方案中，配置Quantum PLC监控软件产品，可以满足不同控制系统的全部控制功能。Unity Modicon Quantum 自动化平台以其卓越性能、全系列、兼容的控制产品为控制需求提供最恰当的解决方案。由于它提供的是按系统要求配置的模块化结构，因此能为中至大型控制系统配置Quantum 自动化平台，以满足最高性能的应用要求。
5.2现地操作终端
太仓水源地自控系统各PLC主站都设置了一台12寸的TFT触摸屏，总共10台。现地操作终端作为现场控制柜的人机界面，用于就地生产区域内的过程监视和控制。安装在现场控制柜的面板上，实现了现场可以操作设备和监控设备运行状态及各种参数。
6振动监测分析系统
6.1系统总体框架
在线振动监测系统需要对取水泵房和输水泵站8台立式水泵机组提供一套完整，独立的在线振动监测的分析系统。系统需要以安全可靠、事故预警及时准确、管理方便为设计原则，充分考虑水泵机组设备的性能、特点，从实际出发，使泵站水泵机组的在线状态监测达到世界先进水平。确保实现水泵机组状态的早期预警，最大程度地避免事故突然停机与设备二次损伤，降低维修时间与维修费用，实现预知维修，优化维修体制，增进设备可靠性。
在线振动监测与分析系统由振动传感器、在线振动监测模块以及振动分析软件三部分组成。VbOnline 通过以太网与在线振动分析软件系统的客户机和服务器连成网络，采用TCP/IP工业以太网总线，实现与自动控制系统的通讯，并为自动控制系统的人机界面（HMI）软件提供振动的状态数据。在线振动系统配置安装有Ascent? Level-3高级振动分析软件包的Ascent服务器、运行OnlineManager的采集管理服务器、远程访问的Web服务器。远程分析诊断客户需要安装Ascent客户端系统；一般浏览客户，只需安装远程浏览系统。
6.2系统实现功能
6.2.1远程监测与管理
振动分析软件系统Ascent实现远程管理各个振动监测模块和监测探头及其相关的设置定义；远程显示所有振动模块的数据处理结果及其报警状态信息，记录各个继电器接点状态变化的历史情况；为数据库存储分析和故障诊断软件提供接口。
6.2.2机组振动健康监测及状态报警
通过对运行设备进行在线监测，显示所有振动模块的数据处理结果，通过与相关组态的振动标准（ISO或TA国际振动标准）进行比对，判断设备运行状态的振动量级，并对异常设备及时发出不同级别的报警信息。
6.2.3振动分析与故障诊断功能
通过相关设置定期接收和保存所有泵组振动测点的幅值、频谱、时域波形等数据。并提供频谱图、波形图、波特图、轴心轨迹、瀑布图、解调频谱、多频谱、频谱堆栈、趋势图、波形音频还原等分析手段，进行振动分析和故障诊断。
6.2.4设备档案记录与报告功能
系统集成大型Ascent数据库，可根据泵组设备的运行状态记录自动生成各种报告及图表。如：报警报告、详细异常报告、最新测量报告、设备概要报告、注释报告、路径报告、结构报告、各测点振动趋势图，并支持一键式图表导出到WORD文档。
6.2.5故障特征频率识别
提供涉及30余家国际品牌的30000余种轴承的故障特征频率数据数据库，且数据库开放可编辑、扩展，通过组态挂接帮助振动分析师查找轴承故障；对于齿轮啮合故障可对啮合齿轮对进行组态，以便查找与齿轮啮合相关的故障频率。允许用户形成自定义的特殊频率识别数据库。
6.2.6事故追忆
在线振动监测仪集成1G SD卡外设存储，具有事故追忆功能。能提供振动异常时刻及其前、后时间的振动值及频谱，以供事故分析，查找事故原因。提供不少于2周的可追忆数据。当某一停机接点（危险继电器）动作时，模块能锁定该点停机时的频谱以及停机前一段时间内（可设置）的动态幅值变化趋势，以供事故分析，查找事故原因。即使在上位计算机与采集仪器通讯中断情况下，事故追忆功能保证数据采集正常进行。
7结语
综上所述，太仓水源地综合自动化系统选用成熟定型产品，其控制程序具有互锁和步进式应答流程，保证每个控制指令能可靠的发给执行机构。全图形人机接口能够清晰地了解全系统各设备的运行情况，故障报警点的分支细节，在线的人机对话操作随相应的汉字帮助说明，使操作迅速而正确地进行。管理层以太网可通过配置交换机进行扩展，工业控制以太网也具有很强的扩展性，便于今后工程的扩展实施。
参考文献
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论文作者:曹雪华
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/27
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