太原呼延凈水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)--羅克韋爾自動(dòng)化Logix平臺(tái)和(精)

1、北京機(jī)械 工業(yè)自動(dòng)化研究所自 控中心王勇是振呼延水 廠技術(shù)副 廠長(zhǎng)罹峰太原呼延凈水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)羅克韋爾自動(dòng)化L ogi x平臺(tái)和N elL-nxT M技術(shù)在水處理行業(yè)的應(yīng)用羅克韋爾自動(dòng)化公司的自動(dòng)化產(chǎn)品可以為水處理行業(yè)提供一個(gè)完整的.全面的解決方集即構(gòu) 造一個(gè)基于N et L i nx技術(shù)支撐的。由軟、硬件組 成的系統(tǒng)。從 低層的傳感元件，驅(qū)動(dòng)設(shè)備到控制層的PL c和作為工廠神經(jīng)中樞的控制網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，以及輔助操作員進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和分析的軟件與終端,可以充分滿足 水處理自動(dòng)化領(lǐng) 域用戶對(duì)系統(tǒng)控制，組態(tài)和數(shù)據(jù)采集的需求。巴幾！原城市供水公司呼延凈水廠系山西省重點(diǎn)工程，水廠！二d規(guī)模為

2、日供水 首期40萬(wàn)日，近期將達(dá)到舳萬(wàn)U日。壘廠主要設(shè)施有儲(chǔ)藥池、加藥間、加氯加氨間、配水車間、凈水車間（混合、 蓄凝、沉淀、大小虹吸濾池、清水池、污泥濃縮脫水車間及綜合樓（中控室等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)國(guó)內(nèi)外城市供水系統(tǒng)的運(yùn)行管理情況以及我們?cè)谠撔袠I(yè)中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，依 照國(guó)際自動(dòng)控制領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，本著安全可靠、簡(jiǎn)單實(shí)用、先進(jìn)（十年不落后 的 原則,充分發(fā) 揮羅克韋爾自動(dòng)化全線產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以L 0畫x控制平臺(tái)和開放的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)N e也i I I xl M體系為核心，采用最新的 控制器、驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及 工控軟件產(chǎn)品為用戶提供一個(gè)由 計(jì)算機(jī)、PLc、現(xiàn)場(chǎng)在線儀表組成的多級(jí)的、開 放的、模塊 化的、實(shí)

3、時(shí)多任務(wù)的集散型的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用集成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線、控制總線和100, 1刪高速以太網(wǎng)組成的混合三層體系結(jié)構(gòu)，既支持基于社4覽器的B , s結(jié)構(gòu)體系,也支持c /S結(jié)構(gòu)體系整個(gè)呼延水 廠的輸入,輸出信息形式多樣（包括圖像、圖 形、文字、語(yǔ)音、 字 等多媒體形式，信息量大，對(duì)系統(tǒng)功106J電氣眄詫2004年第1期言讎數(shù)據(jù)庫(kù)一丨m 1c %及管言阼匱應(yīng)用軟件圖I太原呼延凈水廠系統(tǒng)體系 結(jié)構(gòu)能要求高?？刂票O(jiān)視任務(wù)不僅僅限于單機(jī)的檢測(cè)和控制問題,而且還要求實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控、診斷、優(yōu)化、預(yù)報(bào)、調(diào)度。以PLc和計(jì)算機(jī)為核心的信息處 理機(jī)制將完成對(duì)綜合 信息的管理、生產(chǎn)過程的計(jì)劃、調(diào)度、監(jiān)

4、視與自動(dòng)化控制。系統(tǒng)具有以下三個(gè)主要功能:1現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、分析、處理、動(dòng)態(tài)追蹤，工藝 控制等前臺(tái)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與控釩 2水質(zhì)數(shù)據(jù),設(shè)備故障信息管理等后臺(tái)信息管理t 3水廠運(yùn)行監(jiān)控與計(jì)劃調(diào)度指揮，現(xiàn)場(chǎng)電視監(jiān)視、內(nèi)部電話監(jiān)控等多 媒體系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)以上功能的集成，太原呼延凈水廠廣泛采用了多媒體技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)總線技 術(shù)，高速以太網(wǎng)技術(shù)，工業(yè)控制技術(shù)、通信技術(shù)與視頻圖像監(jiān)控技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，可以定義為集成現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線的高速以太網(wǎng)多媒體計(jì)算機(jī)信息管理、控制系統(tǒng)。整個(gè) 系統(tǒng)的架構(gòu)分為三個(gè)層次，如圖2所示。（1信息層由計(jì)算機(jī)硬件與軟件系統(tǒng)組成。其中硬件部分主要為工作站,服務(wù)器，工業(yè)電視 監(jiān)視系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸線路

5、等組成，完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測(cè)、控制、通信、顯示等功能。軟件系統(tǒng)主要由基于羅克韋爾組態(tài)軟件開發(fā)的呼延水廠生產(chǎn)過程控制與作 業(yè)管理信息系統(tǒng)、呼延水廠運(yùn)行監(jiān)控與計(jì)劃調(diào)度 指揮系統(tǒng)和基于微軟sQ嵫庫(kù)開 發(fā)的生產(chǎn)管理（水質(zhì)監(jiān)測(cè)、圖2太原呼延凈木廠網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)拓 撲圈生產(chǎn)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)故障報(bào)警信息信息系統(tǒng)等組成。該體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)系 統(tǒng)軟硬件資源的充分利用，使系統(tǒng)具有更高的兼容性、開放性和安壘性。系統(tǒng)采用I B M部門級(jí)服務(wù)器.對(duì)生產(chǎn)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份、存儲(chǔ)，以保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)的高度安全性。監(jiān)控工作站、管理工作站、現(xiàn)場(chǎng)過程數(shù)據(jù)服務(wù)器（W eb服務(wù)器、視頻服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用軟件的用戶之間通過Tc眥通信協(xié)議

6、實(shí)現(xiàn)信息的傳輸與共享。數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)只有通過服務(wù)器才能夠與用戶，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間進(jìn)行信息的交流（監(jiān)控計(jì)算機(jī) 除外。用戶既可以通過w缸dow s內(nèi)建的I B瀏覽器實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息的獲取與交互，也可以直接與數(shù)據(jù) 服務(wù)器進(jìn)行信息的交流，再通過監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 的控制。用戶不直接參與控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與數(shù)據(jù)庫(kù)，既僳證了數(shù)據(jù)的安壘性及底層設(shè) 備的健壯性又實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互界面的 透明性與友 好性。（舡睦制層現(xiàn)場(chǎng)控制站以co血01 L ogi ”平臺(tái)為控制核心，分布在各工藝段,PL c之間和中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過光纖采用con仰I N c 一網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相連，實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的高速傳輸。P Lc自動(dòng)監(jiān)測(cè)重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和

7、工藝參變化,并對(duì)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制。根工藝流程，壘廠共設(shè)6套PLc控制站:水處理專輯1#PLc站設(shè)在加藥間，負(fù)責(zé)投藥系統(tǒng)和配藥系統(tǒng)。根據(jù)進(jìn)水流量、原水濁度、溫度及沉淀后scD值進(jìn)行加藥系統(tǒng)的衄自動(dòng)調(diào)節(jié)。并通過網(wǎng)絡(luò)通訊控制進(jìn)水流量調(diào)節(jié)器。2#PLc站設(shè)在加氯加氨間，控制液氯及液氨的氣化、加氨加氨機(jī)的投用與切換，完成加氯加氨過程的監(jiān)測(cè)和控制。3#PLc站設(shè)在沉淀池配電間，控制配水井排泥角閥、 格柵機(jī)、電動(dòng)蝶閥門、各 閥島電磁閥箱，控制反應(yīng)沉淀區(qū)域 的排泥過程。4#PLc站設(shè)在濾池電氣配電閫，自動(dòng)完成濾池過濾與配電系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、對(duì)回收水池及排 泥池的監(jiān)視 與控制。反沖洗過程控制、高低壓5#PLc站設(shè)在自

8、用水泵房，用于出廠水的水質(zhì)監(jiān)測(cè)、控制自用水泵的啟停、通過網(wǎng)絡(luò)通訊對(duì)出廠水的調(diào)節(jié)控制器 進(jìn)行控制。6#PLc站設(shè)在濃縮脫水機(jī)房。完成回收水的濃縮過程、并為脫水系統(tǒng)輸送濃縮后的污泥，與脫水系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接采集脫水設(shè)備及脫水過程的狀態(tài)數(shù)據(jù)。另配置PLC0 ,用于中央控制室模擬屏的實(shí)時(shí)刷新。由于采用了通信網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)冗余和處理器冗余，構(gòu)成了電氣孵代2004年第1期I107一個(gè)安全、可靠的控制系統(tǒng)：當(dāng)控制網(wǎng)絡(luò)、控制cPu故障或不使用時(shí)，冗余部分可自動(dòng)進(jìn)行無(wú)擾動(dòng)切換，投入工作而不影 響整個(gè)工藝過程的連續(xù)控制和檢測(cè)。整個(gè)呼延凈水廠的工藝 流程如圖3所示。原永市區(qū)管阿泥餅外運(yùn)圖3太原呼延 凈水廠工藝 總圖(3設(shè)

9、備層我們采用D E VI cE N即1M網(wǎng)絡(luò)連接分布于水廠的傳感器 和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將變頻器、閥島、儀表等直接采用總線電纜連 接,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字和模擬輸入，輸出模塊、智能 信號(hào)裝置和過程調(diào)節(jié)裝置及可編程邏輯控制器(PL c之間的數(shù)據(jù)數(shù)字化傳 信號(hào)通道分散到實(shí)際需要的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備附近，使安裝和布線的費(fèi)用減少到最小輸，把u0，從而使成本費(fèi)用大大地節(jié)省。這種用于低層設(shè)備的低成本、高效率信息集成模式，已經(jīng)逐漸成為控制領(lǐng)域的主流。系統(tǒng)特點(diǎn)可靠性高、技術(shù)先進(jìn)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)基于單一的主，從地址總線，系統(tǒng)運(yùn)行過程中由單一設(shè)備主宰總線并控制所有數(shù)據(jù)傳送。這種集中的設(shè)計(jì)方法，降低了總線的傳輸效率，無(wú)_： 擊充分發(fā)揮 帶

10、寬。c伽仰1B us Tu通過提供基于并行通訊網(wǎng)絡(luò)的，多主的生產(chǎn)者,客戶信息概念打破了這種模式，并將生產(chǎn)者,客戶技術(shù)直接應(yīng)用于背板總線，可以同時(shí)完成1對(duì)1、1對(duì)多的信 息傳遞?？刂破鞑辉僮鳛橥ㄓ嵖刂浦行模瑹o(wú)需干預(yù)背板上的1081電氣啁代2004年第1期數(shù)據(jù)交換，設(shè)備之間可贏接進(jìn)行數(shù)據(jù)廣播和通訊, 提高了系統(tǒng)的帶寬和性能。采用這種技術(shù)構(gòu)造的控制系統(tǒng)具有更大靈活性,響應(yīng)更快，處理器負(fù)擔(dān)低和數(shù)據(jù)處理時(shí)間短，減少了網(wǎng)絡(luò)和背板數(shù)據(jù)傳輸量，縮短I /0等待時(shí)間?？刂凭W(wǎng)網(wǎng)絡(luò)是一種高速確定性網(wǎng)絡(luò)，為同一鏈路上對(duì)等通信提供了具有相同帶 寬的實(shí)時(shí)控制和報(bào)文傳送服務(wù)，更提供了 I /0數(shù)據(jù)在控 制器或操作員界面設(shè)備

11、之間 共享的功能，這種多控制器共享對(duì)等通信互鎖數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化了 P Lc的程序量，省卻了大 量的cPu之間通訊指令,相比血nbu&D嗍s必需在幾方同時(shí)寫對(duì)應(yīng)的發(fā)送和接受數(shù)據(jù)通訊程序，可謂便捷了許多。在數(shù)據(jù)傳送過程中，網(wǎng)絡(luò)提供確定性和可重復(fù)性功能，保證了數(shù)據(jù)傳 遞的可 靠性。W eb測(cè)覽系統(tǒng)運(yùn)用R SW ebser ver和w i ndow s內(nèi)建的I E瀏覽 器實(shí)現(xiàn)了與I nt er net的蓮接,為用戶提供了一個(gè)真正的瘦 客戶端服務(wù)系統(tǒng)。位于生產(chǎn)控 制中心的數(shù)據(jù)服務(wù) 器可作為一 W eb網(wǎng)站被享有特定 權(quán)限的用戶登 錄訪問，獲得授 權(quán)的用戶可在任何 地方通過公司指定的w eb服務(wù)器

12、網(wǎng)址,利用支持H T M L 32超文本協(xié)議的社9覽 器取得整個(gè)系統(tǒng)的 運(yùn)行信息。易于操作及維護(hù)con曲I N ep、D evl ceN e /及Logi x平臺(tái)的模塊化結(jié)構(gòu),為用戶提供了豐富的診斷信息，系統(tǒng)自身可以自動(dòng)對(duì)硬件及 網(wǎng)絡(luò)上的錯(cuò)誤進(jìn)行分析和更正，并實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備潛在的維護(hù) 需求，避免整個(gè)系統(tǒng)崩潰。操作員可以通過嵌入在前端計(jì)算機(jī)運(yùn)行 的,友好的人機(jī)界面程序（基于R S V I B W 32TM平臺(tái)開發(fā)直觀、全面地了解系統(tǒng)的健壯程度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、預(yù)測(cè)系統(tǒng) 隱患所在，將故障查找時(shí)間降至最低，大幅減少了系 統(tǒng)維護(hù)的工作量。支持多種接口整個(gè)控制系統(tǒng) 通訊網(wǎng)絡(luò)主架構(gòu)采用 R ockw el l公司的血也inxT M技術(shù)。它不僅支持L 09i x平臺(tái)，同樣可以兼容其他 的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。系統(tǒng)中其他一些從國(guó)內(nèi)外單獨(dú)引進(jìn)的設(shè)備如調(diào)流調(diào)壓閥、污泥脫水機(jī)、直流屏等分別采 用了 M odbus、Pm nbus D P和R