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(kāi)工工期： 2000 年 7 月 投產(chǎn)日期： 2003 年 10 月 生產(chǎn)能力： 40 萬(wàn)噸 /日 ,屬大型凈水廠 智能化系統(tǒng)投資： 1130 萬(wàn)元2 工程簡(jiǎn)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(wàn)家寨引黃入晉工程地組成部分 黃河水源從萬(wàn)家寨水庫(kù)提取 , 經(jīng)五級(jí)提升進(jìn)入汾河水庫(kù) , 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(wàn)噸,首期日供水 40萬(wàn)噸,占地面積 562畝

2、. 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(cè)、總調(diào)通信、 水廠管理系統(tǒng) .自控系統(tǒng)涉及了水廠所有地設(shè)備及檢測(cè),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(shū)中技術(shù)規(guī)范地要 求,根據(jù)國(guó)內(nèi)外城市供水工程地運(yùn)行管理情況以及我們?cè)趪?guó)內(nèi)做過(guò)地城市供水工程地實(shí)際經(jīng) 驗(yàn),依照國(guó)際自動(dòng)控制領(lǐng)域地發(fā)展趨勢(shì),遵循“集中管理、分散控制”地原則 ,同時(shí)結(jié)合該工程地重要性和具體情況，本著安全可靠、簡(jiǎn)單實(shí)用、先進(jìn)

3、（十年不落后）地原則，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(chǎng)儀表、工業(yè)電視組成地多級(jí)地、開(kāi)放地、模塊化地、 實(shí)時(shí)多任務(wù)地集散型地可擴(kuò)展地?cái)?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)備地運(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地優(yōu)化配合 ，以提高供水系統(tǒng)地運(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(guó)內(nèi)同等規(guī)模地領(lǐng)先水平 . 根據(jù)水廠地制水工藝和設(shè)備地分布、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(chǎng)總線技術(shù)、高速以太網(wǎng)技術(shù)、 工業(yè)控制技術(shù)、 通

4、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(chǎng)工業(yè)總線地高速以太網(wǎng)多媒體計(jì)算機(jī)信息管理、 控制系統(tǒng) ， 實(shí)現(xiàn)水廠地綜合 自動(dòng)化控制和管理 ， 保證了水廠地正常運(yùn)行 ， 達(dá)到了現(xiàn)代化水廠管理地要求 . 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方案圖如下 ：廠民舟蛙辦蛙打盹副廠長(zhǎng)曲世報(bào)警打甲機(jī)化鑒技樁王服捋畢=1MPLC2«FL 匚: a>LOKT£>a 皿 W【樣電舉祁晡電品祕(mì)黃河水源太原城市供水工程呼延水廠口動(dòng)控制系統(tǒng)圖恤|nr,B t I r!I!e!I!llllllll !" «,|譏應(yīng)M4片JEH汗耳UFLC crsan)up環(huán)i可 昕電關(guān)授康打印機(jī)總工握師lil

5、'lillHim 北育機(jī)KU業(yè)口動(dòng)比韶究浙rT" 嚇 A “.I做轉(zhuǎn)甘3#*»HI虞扮河水庫(kù)取水站蚯控計(jì)飆嘶控計(jì)飆近程管虹柞站TVT1T "T 1廠r,3ffiLC出畀比護(hù)JCCSnfn劉施再T$撚誌'!尢算心HgggK.4ft冷涅曲問(wèn)證*1站 dEZklM mMRM HM!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(chǎng)總線，用于完成智能設(shè)備地遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制.采

6、用Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線，完成同進(jìn)口專用設(shè)備地通訊與控制.采用RS-485通訊方式，完成其他第三方智能設(shè)備地通訊.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，完成系統(tǒng)地?cái)?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Rockwell組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)地呼延水廠生產(chǎn)過(guò)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(kù)開(kāi)發(fā)地生產(chǎn)管理（水質(zhì)監(jiān)測(cè)、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)軟硬件資源地充分利用，使系統(tǒng)具有更高地兼容性、開(kāi)

7、放性和安全性.系統(tǒng)采用IBM部門(mén)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)地高度安全性 監(jiān)控工作站、管理工作站、現(xiàn)場(chǎng)過(guò)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(kù)及應(yīng)用軟件地用戶之間通過(guò)TCP/IP通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)信息地傳輸與共享數(shù)據(jù)庫(kù)中地?cái)?shù)據(jù)只有通過(guò)服務(wù)器才能夠與用戶，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間進(jìn)行信息地交流（監(jiān)控計(jì)算機(jī)除外）用戶既可以通過(guò)Windows內(nèi)建地IE瀏覽器實(shí)現(xiàn)生 產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息地獲取與交互，也可以直接與數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行信息地交流，再通過(guò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備地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)，既保證了數(shù)據(jù)地安全性及底層設(shè)備地健壯性又實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互界面地透明性與友好性（2 ）

8、控制層：現(xiàn)場(chǎng)控制站以 ControlLogix TM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(guò)光纖采用 ControlNet TM網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相連,實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)地高速傳輸 PLC自動(dòng)監(jiān)測(cè)重 要設(shè)備地運(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 .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直進(jìn)行加藥系統(tǒng)地 PID自動(dòng)調(diào)節(jié)；并通過(guò)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，控制液氯及液氨地氣化、加氯加氨機(jī)地投用與切換，完成加氯加氨過(guò)程地監(jiān)測(cè)和控制 .3號(hào)PLC站設(shè)在沉淀

9、池配電間，控制配水井排泥角閥、格柵機(jī)、電動(dòng)蝶閥門(mén)、各閥島電 磁閥箱 ， 控制反應(yīng)沉淀區(qū)域地排泥過(guò)程 .4號(hào)PLC站設(shè)在濾池電氣配電間，自動(dòng)完成濾池過(guò)濾與反沖洗過(guò)程控制、高低壓配電系 統(tǒng)地監(jiān)測(cè)、對(duì)回收水池及排泥池地監(jiān)視與控制 .5號(hào)PLC站設(shè)在自用水泵房，用于出廠水地水質(zhì)監(jiān)測(cè)、控制自用水泵地啟停、通過(guò)網(wǎng)絡(luò) 通訊對(duì)出廠水地調(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)房完成回收水地濃縮過(guò)程，并為脫水系統(tǒng)輸送濃縮后地污 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(guò)程地狀態(tài)數(shù)據(jù).由于采用了通信網(wǎng)絡(luò)地介質(zhì)冗余和處理器冗余， 構(gòu)成了一個(gè)安全、可靠地控制系統(tǒng)：當(dāng)控制網(wǎng)絡(luò)、控制CPU故障或不使用時(shí)，冗余

10、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(guò)程地連續(xù)控制和檢測(cè).（3）設(shè)備層：采用DEVICENE”網(wǎng)絡(luò)連接分布于水廠地傳感器和執(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(guò)程調(diào)節(jié)裝置及 可編程邏輯控制器（PLC）之間地?cái)?shù)據(jù)數(shù)字化傳輸，把I/O信號(hào)通道分散到實(shí)際需要地現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備附近 ， 使安裝和布線地費(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(chǎng)控制分站中所選用地PLC產(chǎn)品均為美國(guó)Rockwell公司地產(chǎn)品（合同規(guī)定）.美國(guó) Rockwell 公司是全球最大地自動(dòng)化產(chǎn)品供貨商之一 ， 而且始終保持著技術(shù)地領(lǐng)

11、先 地位.其功能強(qiáng)大地 CPU開(kāi)放式地總線結(jié)構(gòu)，以及基于多種硬件和軟件平臺(tái)地組態(tài)軟件廣泛 地應(yīng)用于所有地工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和軍用、民用領(lǐng)域 ， 其卓越地產(chǎn)品質(zhì)量和售前售后服務(wù)已在用戶中 樹(shù)立了良好地形象 .儀表部件采用北京 Endress+Hauser 公司以及其他知名公司生產(chǎn)地產(chǎn)品 ， 以確保系統(tǒng)地 可靠和先進(jìn) .3.3 系統(tǒng)特點(diǎn)（ 1 ）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)基于單一地主 /從地址總線 ， 系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中由單一設(shè)備主宰總 線并控制所有數(shù)據(jù)傳送 . 這種集中地設(shè)計(jì)方法 ， 降低了總線地傳輸效率 ， 無(wú)法充分發(fā)揮帶 寬.ControlBus 丁叫通過(guò)提供基于并行通信網(wǎng)絡(luò)地，多主地生產(chǎn)者/

12、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)多地信息傳遞 . 控制器不再作為通信控制中心 ， 無(wú)需干預(yù)背板上地?cái)?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)地帶寬和性能 . 采用這種技術(shù)構(gòu)造地控制系統(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 . 控制網(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地實(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)備之間共享地功能 ， 這種多控

13、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PLC地程序量，省卻了大量地CPU之間通信指令， 相比 Profibus-DP/FMS 必須在幾方同時(shí)寫(xiě)一一對(duì)應(yīng)地發(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(guò)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)傳遞地可靠性 .(2) Web瀏覽：系統(tǒng)運(yùn)用RSWebserver和Win dows內(nèi)建地IE瀏覽器實(shí)現(xiàn)了與In ternet 地連接,為用戶 提供了一個(gè)真正地瘦客戶端服務(wù)系統(tǒng) 位于生產(chǎn)控制中心地?cái)?shù)據(jù)服務(wù)器可作為一Web網(wǎng)站被享有特定權(quán)限地用戶登錄訪問(wèn) ，獲得授權(quán)地用戶可在任何地方通過(guò)公司指定地Web服務(wù)器網(wǎng)址,利用支持HTML3.2

14、超文本協(xié)議地瀏覽器取得整個(gè)系統(tǒng)地運(yùn)行信息( 3)易于操作及維護(hù)：ControlNet TM、DeviceNet TM及Logix平臺(tái)地模塊化結(jié)構(gòu)，為用戶提供了豐富地診斷信息，系統(tǒng)自身可以自動(dòng)對(duì)硬件及網(wǎng)絡(luò)上地錯(cuò)誤進(jìn)行分析和更正 , 并實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備潛在地維護(hù)需求 避免整個(gè)系統(tǒng)崩潰 . 操作員可以通過(guò)嵌入在前端計(jì)算機(jī)運(yùn)行地、友好地人機(jī)界面程序(基于 RSVIEW32"平臺(tái)開(kāi)發(fā))直觀、全面地了解系統(tǒng)地健壯程度，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)地工作量 .( 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公司地NetLinx TM技術(shù).它不僅支持Logix平臺(tái) ， 同樣可以兼容其他地網(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)地設(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)議地接口數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)源背板總線 在網(wǎng)