太原呼延水廠自控系統(tǒng)工程

1、太原呼延水廠自控系統(tǒng)工程北京機械工業(yè)自動化研究所1 工程概況工程名稱：太原市呼延水廠建設(shè)單位：太原市黃河供水有限公司建設(shè)項目總投資：27億元項目性質(zhì)：山西省重點工程開工工期：2000年7月投產(chǎn)日期：2003年10月生產(chǎn)能力：40萬噸/日，屬大型凈水廠智能化系統(tǒng)投資：1130萬元2 工程簡介太原城市供水公司呼延凈水廠系山西省重點工程，是萬家寨引黃入晉工程的組成部分。黃河水源從萬家寨水庫提取，經(jīng)五級提升進入汾河水庫，再由汾河取水，經(jīng)管道、隧道流向呼延水廠。該工程建設(shè)規(guī)模為日供水80萬噸，首期日供水40萬噸，占地面積562畝。呼延水廠自控系統(tǒng)工程包括以下內(nèi)容：配水控制、配藥加藥控制、加氯加氨控制、沉

2、淀池控制、虹吸濾池控制、污泥處理控制、出廠水控制、自用水控制、工業(yè)閉路電視監(jiān)視、安全防衛(wèi)系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、在線儀表檢測、總調(diào)通信、水廠管理系統(tǒng)。自控系統(tǒng)涉及了水廠所有的設(shè)備及檢測，分布整個制水廠。3 系統(tǒng)方案按照“黃河水源太原城市供水工程呼延水廠自控系統(tǒng)工程”招標(biāo)標(biāo)書中技術(shù)規(guī)范的要求，根據(jù)國內(nèi)外城市供水工程的運行管理情況以及我們在國內(nèi)做過的城市供水工程的實際經(jīng)驗，依照國際自動控制領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，遵循“集中管理、分散控制”的原則，同時結(jié)合該工程的重要性和具體情況，本著安全可靠簡單實用、先進(十年不落后)的原則，呼延水廠自控系統(tǒng)工程，建設(shè)一個由計算機PLC、現(xiàn)場儀表、工業(yè)電視組成的多級的、開放

3、的、模塊化的、實時多任務(wù)的集散型的可擴展的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)完成后,不但能夠?qū)崟r采集和顯示出整個供水系統(tǒng)中各設(shè)備的運行工況及各項工藝運行參數(shù),而且能夠合理解決和協(xié)調(diào)運行中各工藝單元之間的優(yōu)化配合，以提高供水系統(tǒng)的運行管理水平，使整個供水工程能夠正常、穩(wěn)定、安全、高效、低耗運行，并取得最佳效益，自動化水平達到國內(nèi)同等規(guī)模的領(lǐng)先水平。根據(jù)水廠的制水工藝和設(shè)備的分布、控制要求，呼延水廠自動化控制系統(tǒng)采用了多媒體技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(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)，集成現(xiàn)場工業(yè)總線的高速以太網(wǎng)多媒體計算機信息管理、控制系統(tǒng)，實現(xiàn)水廠的綜合自動化控制和管理，保證

4、了水廠的正常運行，達到了現(xiàn)代化水廠管理的要求。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方案圖如下：3.1 控制網(wǎng)絡(luò) 主干網(wǎng)絡(luò)：采用ControlNET光線冗余主干網(wǎng)，速度5Mbit/s，用于連接主控站PLC及服務(wù)器，距離約3km。 管理網(wǎng)絡(luò)：采用10M/100M以太網(wǎng)，組成管理系統(tǒng)、辦公自動化網(wǎng)絡(luò)。 設(shè)備網(wǎng)絡(luò)：采用DeviceNET現(xiàn)場總線，用于完成智能設(shè)備的遠程網(wǎng)絡(luò)控制。 采用Profibus-DP現(xiàn)場總線，完成同進口專用設(shè)備的通訊與控制。 采用RS-485通訊方式，完成其他第三方智能設(shè)備的通訊。3.2 系統(tǒng)組成（1）信息層：由計算機硬件與軟件系統(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)傳輸線路等組成

5、，完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、控制、通信、顯示等功能。軟件系統(tǒng)主要由基于Rockwell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)、呼延水廠運行監(jiān)控與計劃調(diào)度指揮系統(tǒng)和基于微軟SQL數(shù)據(jù)庫開發(fā)的生產(chǎn)管理（水質(zhì)監(jiān)測、生產(chǎn)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)故障報警信息）信息系統(tǒng)等組成。該體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了對呼延水廠生產(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、開放性和安全性。系統(tǒng)采用IBM部門級服務(wù)器，對生產(chǎn)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行備份、存儲，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)場過程數(shù)據(jù)服務(wù)器（Web服務(wù)器）、視頻服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用軟件的用戶之間通過TCP/IP通信協(xié)議實現(xiàn)信息的傳輸與共享。數(shù)據(jù)

6、庫中的數(shù)據(jù)只有通過服務(wù)器才能夠與用戶，現(xiàn)場設(shè)備之間進行信息的交流（監(jiān)控計算機除外）。用戶既可以通過Windows內(nèi)建的IE瀏覽器實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場信息的獲取與交互，也可以直接與數(shù)據(jù)服務(wù)器進行信息的交流，再通過監(jiān)控計算機實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制。用戶不直接參與控制現(xiàn)場設(shè)備與數(shù)據(jù)庫，既保證了數(shù)據(jù)的安全性及底層設(shè)備的健壯性又實現(xiàn)了人機交互界面的透明性與友好性。（2）控制層：現(xiàn)場控制站以ControlLogixTM平臺為控制核心，分布在各工藝段，PLC之間和中央監(jiān)控計算機通過光纖采用ControlNetTM網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相連，實現(xiàn)控制信號的高速傳輸。PLC自動監(jiān)測重要設(shè)備的運行狀態(tài)和工藝參數(shù)變化，并對設(shè)備進行自動控制

7、。根據(jù)工藝流程，全廠共設(shè)6套PLC控制站：1號PLC站設(shè)在加藥間，負責(zé)投藥系統(tǒng)和配藥系統(tǒng)。根據(jù)進水流量、原水濁度、溫度及沉淀后SCD值進行加藥系統(tǒng)的PID自動調(diào)節(jié)；并通過網(wǎng)絡(luò)通訊控制進水流量調(diào)節(jié)器。2號PLC站設(shè)在加氯加氨間，控制液氯及液氨的氣化、加氯加氨機的投用與切換，完成加氯加氨過程的監(jiān)測和控制。3號PLC站設(shè)在沉淀池配電間，控制配水井排泥角閥、格柵機、電動蝶閥門、各閥島電磁閥箱，控制反應(yīng)沉淀區(qū)域的排泥過程。4號PLC站設(shè)在濾池電氣配電間，自動完成濾池過濾與反沖洗過程控制、高低壓配電系統(tǒng)的監(jiān)測、對回收水池及排泥池的監(jiān)視與控制。5號PLC站設(shè)在自用水泵房，用于出廠水的水質(zhì)監(jiān)測、控制自用水泵的

8、啟停、通過網(wǎng)絡(luò)通訊對出廠水的調(diào)節(jié)控制器進行控制。6號PLC站設(shè)在濃縮脫水機房。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)。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)成了一個安全、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,冗余部分可自動進行無擾動切換,投入工作而不影響整個工藝過程的連續(xù)控制和檢測。（3）設(shè)備層：采用DEVICE NETTM網(wǎng)絡(luò)連接分布于水廠的傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，將變頻器、閥島、儀表等直接采用總線電纜連接，實現(xiàn)了數(shù)字和模擬輸入/輸出模塊、智能信號裝置和過程調(diào)節(jié)裝置及可編程邏輯控制器（PLC）之間的數(shù)據(jù)數(shù)字化

9、傳輸，把I/O信號通道分散到實際需要的現(xiàn)場設(shè)備附近，使安裝和布線的費用減少到最小，從而使成本費用大大地節(jié)省。 在本系統(tǒng)現(xiàn)場控制分站中所選用的PLC產(chǎn)品均為美國Rockwell公司的產(chǎn)品（合同規(guī)定）。 美國Rockwell公司是全球最大的自動化產(chǎn)品供貨商之一，而且始終保持著技術(shù)的領(lǐng)先地位。其功能強大的CPU，開放式的總線結(jié)構(gòu)，以及基于多種硬件和軟件平臺的組態(tài)軟件廣泛地應(yīng)用于所有的工業(yè)現(xiàn)場和軍用、民用領(lǐng)域，其卓越的產(chǎn)品質(zhì)量和售前售后服務(wù)已在用戶中樹立了良好的形象。儀表部件采用北京Endress+Hauser公司以及其他知名公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，以確保系統(tǒng)的可靠和先進。 3.3系統(tǒng)特點 （1）可靠性高、技

10、術(shù)先進傳統(tǒng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計基于單一的主/從地址總線，系統(tǒng)運行過程中由單一設(shè)備主宰總線并控制所有數(shù)據(jù)傳送。這種集中的設(shè)計方法，降低了總線的傳輸效率，無法充分發(fā)揮帶寬。ControlBusTM通過提供基于并行通信網(wǎng)絡(luò)的，多主的生產(chǎn)者/客戶者信息概念打破了這種模式，并將生產(chǎn)者/客戶者技術(shù)直接應(yīng)用于背板總線，可以同時完成1對1、1對多的信息傳遞?？刂破鞑辉僮鳛橥ㄐ趴刂浦行?，無需干預(yù)背板上的數(shù)據(jù)交換，設(shè)備之間可直接進行數(shù)據(jù)廣播和通信，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，應(yīng)用響應(yīng)更快，處理器負擔(dān)低和數(shù)據(jù)處理時間短，減少了網(wǎng)絡(luò)和背板數(shù)據(jù)傳輸量，縮短 I/O 等待時間?？刂凭W(wǎng)網(wǎng)絡(luò)

11、是一種高速確定性網(wǎng)絡(luò)，為同一鏈路上對等通信提供了具有相同帶寬的實時控制和報文傳送服務(wù)，更提供了I/O 數(shù)據(jù)在控制器或操作員界面設(shè)備之間共享的功能，這種多控制器共享對等通信互鎖數(shù)據(jù)設(shè)計大大簡化了PLC的程序量，省卻了大量的CPU之間通信指令，相比Profibus-DP/FMS必須在幾方同時寫一一對應(yīng)的發(fā)送和接受數(shù)據(jù)通信程序，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。 （2）Web瀏覽： 系統(tǒng)運用RSWebserver和Windows內(nèi)建的IE瀏覽器實現(xiàn)了與Internet的連接，為用戶提供了一個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

12、為一Web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Web服務(wù)器網(wǎng)址，利用支持HTML3.2超文本協(xié)議的瀏覽器取得整個系統(tǒng)的運行信息。 （3）易于操作及維護：ControlNetTM、DeviceNetTM及Logix平臺的模塊化結(jié)構(gòu)，為用戶提供了豐富的診斷信息，系統(tǒng)自身可以自動對硬件及網(wǎng)絡(luò)上的錯誤進行分析和更正，并實時檢測設(shè)備潛在的維護需求，避免整個系統(tǒng)崩潰。操作員可以通過嵌入在前端計算機運行的、友好的人機界面程序（基于RSVIEW32TM平臺開發(fā)）直觀、全面地了解系統(tǒng)的健壯程度，及時發(fā)現(xiàn)、預(yù)測系統(tǒng)隱患所在，將故障查找時間降至最低，大幅減少了系統(tǒng)維護的工作量。 （4）支持多種接口：整個控制系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)主架構(gòu)采用Rockwell公司的NetLinxTM技術(shù)。它不僅支持Logix平臺，同樣可以兼容其他的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。系統(tǒng)中其他一些從國內(nèi)外單獨引進的設(shè)備如調(diào)流調(diào)壓閥、污泥脫水機、直流屏等分別采用了Modbus、Profibus-DP和RS-485等協(xié)議。Logix平臺和NetLinxTM技術(shù)提供了網(wǎng)絡(luò)間橋接和路由功能，將不同協(xié)議的接口數(shù)據(jù)通過無源背板總線在網(wǎng)絡(luò)上以CIP的模式傳遞。呼延水