背景

    廣西桂林市東江水廠自動(dòng)化改造工程是桂林市自來(lái)水公司對(duì)其旗下已運(yùn)行多年的水廠首次進(jìn)行自動(dòng)化改造的項(xiàng)目，該水廠位于市區(qū)，原設(shè)計(jì)規(guī)模為日處理10萬(wàn)立方米/日的供水能力，由于廠內(nèi)設(shè)備老化陳舊，控制手法落后，造成生產(chǎn)能力下降，出廠水質(zhì)偏低等問(wèn)題，不能滿足桂林市日益增加的供水要求。因而自來(lái)水公司對(duì)該廠進(jìn)行自動(dòng)化改造。

    挑戰(zhàn)

    ◇ 確保系統(tǒng)安全運(yùn)行

    系統(tǒng)中有兩個(gè)主控機(jī)，承擔(dān)著數(shù)據(jù)采集、界面展示、歷史記錄、報(bào)警判斷等重要作用，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，一旦出現(xiàn)故障，如死機(jī)，將導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，其上層的所有監(jiān)控端都將失效。采用安全保障措施是確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的必要手段。

    ◇ 分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    由于水廠“分散控制”的特點(diǎn)，不同工藝環(huán)節(jié)相對(duì)較為分散，其操作人員過(guò)去需要頻繁的觀察實(shí)際工藝情況，隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，操作人員只需要通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)觀察本環(huán)節(jié)的工作狀態(tài)，因此系統(tǒng)需采用分布式的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的部署，即監(jiān)視到實(shí)時(shí)信息，又互不影響。

    ◇ 與自來(lái)水公司的交互
 
    東江自來(lái)水廠在完成日常的制水、配水工作之外，還負(fù)責(zé)向自來(lái)水公司提供數(shù)據(jù)。自來(lái)水公司匯總所有的數(shù)據(jù)目的是進(jìn)行統(tǒng)一的協(xié)調(diào)和管理。統(tǒng)一調(diào)度是將來(lái)城市自來(lái)水供應(yīng)的趨勢(shì)，因此數(shù)據(jù)交互是否順暢穩(wěn)定，決定著自來(lái)水公司調(diào)度的準(zhǔn)確性。

    項(xiàng)目方案

    ◇ 系統(tǒng)配置

    系統(tǒng)配置圖，如圖1所示。

 

   

    ◇ 應(yīng)用軟件部署

    現(xiàn)場(chǎng)控制及本地自動(dòng)化層采用西門(mén)子300系列PLC控制器，結(jié)合觸摸屏、數(shù)據(jù)采集模塊、工業(yè)光電交換機(jī)等自動(dòng)化設(shè)備，集中采集數(shù)據(jù)并對(duì)設(shè)備能進(jìn)行獨(dú)立控制。

    遠(yuǎn)程集控及自動(dòng)化層則采用目前國(guó)內(nèi)一流組態(tài)軟件組態(tài)王，由水廠控制中心來(lái)監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)展示分析、下達(dá)控制指令并可切換設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行。

    網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：水廠網(wǎng)絡(luò)一般采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。每個(gè)主站作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)最好采用以太網(wǎng)或者工業(yè)以太網(wǎng)。

    該水廠控制系統(tǒng)共分成5個(gè)PLC子站：取水泵站、加氯加藥間、一期濾池子站、二期濾池子站、送水泵站，采用單模光纖，利用先進(jìn)的X-Ring環(huán)技術(shù)構(gòu)成切換速度少于0.01ms的工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，保證了系統(tǒng)可靠性、兼容性、先進(jìn)性。
 

   

    在軟件部署時(shí)采用分層方式，底層的PLC及硬件設(shè)備，位于數(shù)據(jù)源層，作為整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；組態(tài)王軟件位于應(yīng)用支撐層，處理與通訊有關(guān)的相關(guān)事務(wù)，同時(shí)進(jìn)行界面現(xiàn)實(shí)、報(bào)警判斷、事件記錄等工作，是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用的支撐，在本項(xiàng)目中主要部署的是SCADA的客戶端產(chǎn)品。

    SCADA軟件（Kingview 6.53）：快速采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以圖形、動(dòng)畫(huà)、報(bào)表、趨勢(shì)等手段展現(xiàn)泵站的工藝流程、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

    客戶端軟件（Ki n g v i ew Cl i e n t ） ： 基于C/S架構(gòu)， 是Kingview6.53的客戶端軟件。為操作員提供日常操作所需的操作平臺(tái)，也可滿足分布式的要求。

    ◇ 項(xiàng)目的功能特點(diǎn)

    （1）雙機(jī)冗余設(shè)置

    系統(tǒng)中兩個(gè)主控機(jī)采用雙機(jī)冗余方式，主機(jī)和從機(jī)通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接，正常情況下主機(jī)實(shí)時(shí)與設(shè)備通訊完成實(shí)時(shí)監(jiān)控；主從機(jī)間進(jìn)行心跳檢測(cè)，一旦從機(jī)發(fā)現(xiàn)主機(jī)異常，將立即切換取代主機(jī)實(shí)現(xiàn)主機(jī)的功能。系統(tǒng)除對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)冗余外，還對(duì)歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)冗余，當(dāng)故障服務(wù)器恢復(fù)正常，可自動(dòng)將故障期間的歷史、報(bào)警數(shù)據(jù)同步，從而保證主從機(jī)的數(shù)據(jù)一致，也是對(duì)數(shù)據(jù)完整性的可靠保障。

    （2）基于C/S架構(gòu)的功能部署

    本系統(tǒng)的各工藝環(huán)節(jié)，如取水環(huán)節(jié)、加藥制備環(huán)節(jié)、過(guò)濾環(huán)節(jié)，配備的工作人員較少，但是仍然需要第一時(shí)間了解生產(chǎn)的情況，因此采用C/S架構(gòu)，在各環(huán)節(jié)的部署主控置機(jī)的客戶端，可以保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)刷新，為了確保安全，此處只能監(jiān)視，不能控制。

    （3）向自來(lái)水廠傳輸數(shù)據(jù)

    為了使市自來(lái)水公司能夠獲得東江水廠的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中主控機(jī)上的軟件作為OPC Server，自來(lái)水公司的軟件作為OPC Client，兩者通過(guò)OPC方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。使自來(lái)水公司能發(fā)揮全市水網(wǎng)調(diào)度中心的調(diào)度分配、水網(wǎng)平衡的作用。

    運(yùn)行效果

    整個(gè)水廠自動(dòng)化改造已經(jīng)投運(yùn)，系統(tǒng)從2008年底至今已穩(wěn)定、安全運(yùn)行了18月。在減輕水廠勞動(dòng)強(qiáng)度、降低生產(chǎn)成本、改善供水水質(zhì)方面有了質(zhì)的提高，自動(dòng)化水平達(dá)到國(guó)內(nèi)一流水平。

    摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第一期