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

2、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

3、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)

4、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 ：廠悵忠盤曲裁幣坤l副廠隹柩lavnEMIl護朮吃i -|r.J1£>11 IT 暗總汨1岸舷打田虬 理工程忻三醤壬耦91(11 WiFi：血nr =L.:sw'冷-題型西蠱jzMiAjrttT!：!* J-4l.«9ifl-BB-RW譚騎B鼻的黃河水源太覘城市供水匸程呼建M口型控制系統(tǒng)圖Il!h»l!Efstp J?mnrjiEhb 曲i: qUPM不何 村;Fvi由HfF專

5、申審箭二耳 耳ITJT旨靜 RilBlfffrJta屏|電里if<»>!IHI11<!13.1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

6、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，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)

7、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)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Con trolLogix TM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 ControlNet TM網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相連，實現(xiàn)控制

8、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。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直進行加藥系統(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

9、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 NETm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

10、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 En

11、dress+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。 ControlBus 丁“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。 控制器不再作為通信控制中心， 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

12、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)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）W

13、eb瀏覽：系統(tǒng)運用RSWebserver和Win dows內(nèi)建的IE瀏覽器實現(xiàn)了與In ternet 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：ControlNet TM、DeviceNet 丁“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RSVIEW3?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NetLinx TM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NetLinx TM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