為使黃山供水工程能夠與黃山風景區的自然環境和旅游業發展相適應，緩解景區旅游旺季供水緊張的矛盾，滿足景區旅游接待、消防及植被保護的用水需求，并達到現代化管理水平，“黃山風景區供水自動化監控調度系統”和“提水工程”以及“天海凈水廠工程和西海凈水廠改造工程”一起，構成一套完整的黃山風景區供水自動化監控調度系統。 一 系統設計的基本原則 　　鑒于黃山風景區供水系統具有供水范圍廣、蓄水點分散、供水多為靠蓄水池高差自流到用戶，以及景區地理海拔高、環境和氣候條件特殊等一系列特點，本系統在方案設計上嚴格遵循以下基本原則： 　　（1）安全可靠和先進實用的原則 　　選擇成熟和先進分布式計算機控制系統，在生產過程中信息集中管理和科學操作的前提下，使控制危險分散，提高系統可靠性。現場各種數據通過PLC采集，并通過光纖環網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光纖環網傳送到PLC測控終端，實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：提供系統宏觀控制，協調各分站運行，處理局部發生的事故和緊急狀態，維持系統整體協調;（b）就地自動控制層：通過現場PLC的邏輯控制功能實現設備的自動控制（聯動及聯鎖控制），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）就地手動控制層：當控制方式手柄處于“手動操作時”上級的控制干預被屏蔽。 　　整個系統控制站分兩類：中央控制站（主站）和次級控制站（分控站）。自動模式下，安全聯鎖是有效的，并限制操作的可能性，離工藝過程越近的控制層具有更高優先權。 　　（3）系統的開放性和可擴展性原則 　　測控系統的主站采用具有C/S結構開放式計算機局域網絡，組成系統信息層。主站計算機通過通信控制器及相關的通信設備與各分站進行數據交換。分站由具有邏輯控制功能的遠程通信終端與儀表組成，主要完成對現場工藝、電氣數據的采集和對電氣設備的控制，同時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，實現可靠的無縫對接。 　　（4）最大限度保護旅游環境資源原則 　　嚴格遵守景區規章制度，設專職人員制定專門安全施工手冊，切實做好護林防火、保護施工現場及周圍環境等工作，服從景區有關單位指揮，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/自動控制和集中監測調度為主，遠程控制為輔。整個系統以虎頭巖水廠為中央調度和監控中心，以總網調度為主線，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，便于系統分級管理和維護。 　　為方便維護，管理3個凈水廠及相應供水管網和蓄水池的自動監測與控制點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現無人值守、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監控系統的通信、生產調度和指揮中心，以3個凈水廠及相應供水區域為分布區域監控核心，實現以下的系統總體監控管理功能：水廠、泵站主要設備的自動控制;實現供水管網中各水庫與水池水質水位監測;各水廠、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，實現整個供水系統中水資源合理調配與智能化調度;各水廠與泵站都要能實現少人值守運行，將管理權放在虎頭巖水廠中心調度室中。 三 系統的硬件配置及選型 　　此系統包含：HP服務器1臺、Advantech熱備主計算機2臺、HP經理機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視頻服務器5臺、PLC熱備站4個、PLC本站7個、PLC遠程站1個、前端彩色攝象機20個、Advantech分站計算機2臺、水質儀表3套、液位計19套、開關液位計6套、Danfoss電動閥門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. 網絡交換機——RS2-FX-SM/FX-SM 　　RS2-FX-SM/FX-SM冗余光纖工業以太網交換機符合IEEE 802.3和ISO/IEC 8802/3標準，采用模塊化設計，具體技術特性：工作壽命長，模塊化設計，導軌安裝，最大程度降低用戶的備件成本;可實現容錯冗余環;快速光纜線路冗余;它采用Spanning Tree做網絡線路冗余，發生故障時反應時間（切換）時間<500ms;一個環上可串接最多40個交換機（快速媒體冗余）等。 　　本方案中采用的工業以太網交換機RS2-FX-SM/FX-SM是完全工業級網絡產品，牢靠的重負荷設計，其性能指標遠遠超過一般的OA網絡產品。 　　RS2-FX-SM/FX-SM系列交換機具有無噪聲干擾、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，采用導軌方式安裝，無風扇設計，工作溫度范圍為0～55℃，工業保護等級IP20，使用壽命長。按MIL-HDBK-217F標準在常溫下測試的結果表明：其MTBF（平均無故障時間）為171000h（約為19.5年）。 　　交換機采用雙電源冗余輸入，光纖環網具有線路冗余功能，可靠性高。由于該交換機集成了Hirschmanm專利技術，如光纜有斷點，網絡系統自愈時間小于500ms。 　　主干網為100M全雙工交換式光纖環網。由于全采用交換機，整個網絡分成多個不同網段，連接到網絡上的各臺計算機和PLC均分屬于不同沖突域，從而保證數據傳輸的實時性。 　　交換機有2個光口（100BASE-FX-SM）和5個RJ45口（10/100BASE-T（X）），各RJ45口在支持Auto Negotiating（自動協議）的同時，允許用戶根據需要手工設定通信速率和通信方式，可滿足那些不支持自動協商的工業以太網產品聯網需要。提供一個附加觸點，可把交換機狀態信息直接作為過程數據記錄下來，并在整個系統的組態畫面中得到反映。可通過修改FLASH ROM升級內部軟件。 　　每個冗余以太網上最多允許40臺交換機，交換機冗余管理功能允許多環復合冗余，便于今后對系統進行擴展。安全性好，可關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，這為快速進行網絡組態、診斷、故障定位和管理提供方便。簡單網絡管理協議SNMP精確定義了管理員如何與代理間進行通信。 　　目前RS2-FX-SM/FX-SM已支持通過RMON網管。遠程網絡監控RMON標準定義了一系列信息組。RMON標準是另一個SNMP MIB，即是另一個對基于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器管理標準大致相同的錯誤信息，包括信息包個數，其中有廣播、多播以及沖突。錯誤包括CRC/調整、尺寸過小/過大、分段（包括小和短的事件）以及超時傳輸。歷史組定義RMON代理在數段時間內巨數據的能力，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。當超過事件閾值時，管理站點將對其進行記錄。 　　2. 網絡視頻服務器——VIP-AVTXC 　　Video over IP（VIP）用于在現有數據網絡上實時傳送視頻圖像。該系統采用TCP/IP協議在以太網和Internet上傳送實時視頻圖像，由于使用的是現有網絡，不增加新的布線，降低了安裝成本。 　　（1）系統組成：VIP-AV TxC發射機可將任何一個PAL/NTSC視頻源（攝像機）連接到計算機網絡上，然后以3種方式顯示視頻圖像：通過VIP-AV RxC接收機連接到PAL或NTSC顯示器顯示;在任一聯網計算機上運行解碼軟件顯示、使用網絡瀏覽器顯示。 　　（2）監視：VIP系統提供突出的視頻監視性能。它集成所有運動檢測功能，能自動建立與接收器間的連接并觸發報警，且其內部環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：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幀高品質彩色圖像。最大分辨力達704×576（像素）。 　　（4）應用：房屋和固定資產的電子監控;設備的控制和遠程維護;門禁管理;樓宇保安。 　　3. 網絡負載計算（按照100M全雙工方式） 　　（1）每臺交換機最大延遲為30μs，最大存儲轉發延遲為120μs;數據包傳輸最大延遲為120μs;每個交換機總體最大延遲為270μs，所以本系統中6個交換機最大延遲為6＊270=1620μs。 　　（2）無負載系統最小掃描時間（使用RS2-FX-SM/FX-SM交換機、100M全雙工）：最小掃描時間為34＊5.76μs≌200μs;最小掃描時間=保證設備采集和接受所有反應（從31個節點）的時間。 　　（3）帶負載系統最小掃描時間（使用RS2-FX-SM/FX-SM交換機、100M全雙工）：最小掃描時間約為1100μs。 四 系統軟件 　　此項目采用美國Wonderware公司InTouch 7.11中文版上位組態軟件，和美國A-B公司RSLOGIX500下位開發軟件（RSLinx、RSLogix500），視頻監視和控制是德國Hirschmann公司VIP-SW1、VIP-SW4、VIDEOMANAGER軟件，應用軟件為SUNNY-2000。各種軟件開放功能好，軟件間兼容性能穩定便于接口。 五 系統框圖 　　本系統由11個站點組成：管委會、溫泉、虎頭巖水廠、取水泵站、加壓泵站、玉屏樓、天海水廠、光明頂、701臺（白鵝嶺）、貢陽山莊、西海水廠。光纖冗余環網把11個站點連成環，其中取水泵站、加壓泵站、天海水廠、西海水廠的PLC采用雙機熱備，虎頭巖水廠的慈光閣小泵房采用遠程I/O。供水工程監控調度自動化系統框圖如圖所示。 　　采用局域網的全分布式開放系統結構，主計算機（兼操作員工作站）、通信服務器使用開放操作系統，主計算機、通信服務器及LCU直接接入網絡，可獲得高速通信和共享資源的能力：（1）網絡上接入的每一設備都有自己特定功能，實現功能的分布，既提供某一設備故障只影響局部功能的優點，又利于今后功能的擴充;（2）系統先進，冗余化設計和開放式系統結構，使系統可靠實用、便于擴充，整個系統性價比高;（3）系統冗余、可靠 。主計算機（兼操作員工作站）、主干光纖網絡和部分LCU站的PLC等均為雙機冗余熱備。