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(jī)械工業(yè)自動(dòng)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(xiàng)目總投資：27億元項(xiàng)目性質(zhì)：山西省重點(diǎn)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(diǎn)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(jí)提升進(jìn)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(dòng)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(gè)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(yùn)行管理情況以及我們在國內(nèi)做過的城市供水工程的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，依照國際自動(dòng)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(shí)結(jié)合該工程的重要性和具體情況，本著安全可靠簡單實(shí)用、先進(jìn)(十年不落后)的原則，呼延水廠自控系統(tǒng)工程，建設(shè)一個(gè)由計(jì)算機(jī)PLC、現(xiàn)場儀表、工業(yè)電視組成的多級(jí)的、開放

3、的、模塊化的、實(shí)時(shí)多任務(wù)的集散型的可擴(kuò)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(shí)采集和顯示出整個(gè)供水系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行工況及各項(xiàng)工藝運(yùn)行參數(shù),而且能夠合理解決和協(xié)調(diào)運(yùn)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(yùn)行管理水平，使整個(gè)供水工程能夠正常、穩(wěn)定、安全、高效、低耗運(yùn)行，并取得最佳效益，自動(dòng)化水平達(dá)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(dòng)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(jì)算機(jī)信息管理、控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水廠的綜合自動(dòng)化控制和管理，保證

4、了水廠的正常運(yùn)行，達(dá)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(dòng)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(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制。 采用Profibus-DP現(xiàn)場總線，完成同進(jìn)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(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(yùn)行監(jiān)控與計(jì)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(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)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(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(shí)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(jìn)行信息的交流（監(jiān)控計(jì)算機(jī)除外）。用戶既可以通過Windows內(nèi)建的IE瀏覽器實(shí)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(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(shí)現(xiàn)了人機(jī)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(tái)為控制核心，分布在各工藝段，PLC之間和中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過光纖采用ControlNetTM網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相連，實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的高速傳輸。PLC自動(dòng)監(jiān)測重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和工藝參數(shù)變化，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制

7、。根據(jù)工藝流程，全廠共設(shè)6套PLC控制站：1號(hào)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PID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號(hào)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(jī)的投用與切換，完成加氯加氨過程的監(jiān)測和控制。3號(hào)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號(hào)PLC站設(shè)在濾池電氣配電間，自動(dòng)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(duì)回收水池及排泥池的監(jiān)視與控制。5號(hào)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(duì)出廠水的調(diào)節(jié)控制器進(jìn)行控制。6號(hào)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)。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(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。（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(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（PLC）之間的數(shù)據(jù)數(shù)字化

9、傳輸，把I/O信號(hào)通道分散到實(shí)際需要的現(xiàn)場設(shè)備附近，使安裝和布線的費(fèi)用減少到最小，從而使成本費(fèi)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(dòng)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(qiáng)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(tái)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(jìn)。 3.3系統(tǒng)特點(diǎn) （1）可靠性高、技

10、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(shí)完成1對(duì)1、1對(duì)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(jìn)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(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/O 等待時(shí)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(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/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(duì)等通信互鎖數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)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(shí)寫一一對(duì)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(yùn)用RSWebserver和Windows內(nèi)建的IE瀏覽器實(shí)現(xiàn)了與Internet的連接，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

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(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行信息。 （3）易于操作及維護(hù)：ControlNetTM、DeviceNetTM及Logix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RSVIEW32TM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。 （4）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Rockwell公司的NetLinxTM技術(shù)。它不僅支持Logix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Modbus、Profibus-DP和RS-485等協(xié)議。Logix平臺(tái)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