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 項(xiàng)目背景

　　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)偏低等問題，不能滿足桂林市日益增加的供水要求。因而自來水公司對(duì)該廠進(jìn)行自動(dòng)化改造。

 
一. 項(xiàng)目挑戰(zhàn)

1.  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)這數(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)來說至關(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。

2.  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監(jiān)控系統(tǒng)來觀察本環(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。

3.  與自來水公司的交互

　　東江自來水廠在完成日常的制水、配水的工作之外，還負(fù)責(zé)向自來水公司提供數(shù)據(jù)。自來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)度是將來城市自來水供應(yīng)的趨勢(shì)，因此數(shù)據(jù)交互是否順暢穩(wěn)定，決定著自來水公司調(diào)度的準(zhǔn)確性。

 
二. 項(xiàng)目方案

1.  系統(tǒng)配置

圖 1  系統(tǒng)配置圖

2.  應(yīng)用軟件部署

　　現(xiàn)場(chǎng)控制及本地自動(dòng)化層采用目前先進(jìn)的西門子 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)化層則采用目前國內(nèi)一流組態(tài)軟件組態(tài)王,由水廠控制中心來監(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。

3. 項(xiàng)目的功能特點(diǎn)

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 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)連接，正常情況下主機(jī)實(shí)時(shí)跟設(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。

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。

 向自來水廠傳輸數(shù)據(jù)

　　為了使市自來水公司能夠獲得東江水廠的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中的主控機(jī)上的軟件作為 OPC Server，自來水公司的軟件作為OPC Client，兩者通過OPC方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。使自來水公司能發(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。

三. 運(yùn)行界面

圖 2  總貌界面

圖 3 取水泵房界面

圖4 加氯加藥界面

圖５  濾池

圖６  變頻控制

 
四. 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間

　　整個(gè)水廠自動(dòng)化改造已經(jīng)投運(yùn)，系統(tǒng)從 2008 年底至今經(jīng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行了1 年零6個(gè)月。為水廠減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低生產(chǎn)成本、供水水質(zhì)改善方面有了質(zhì)的提高，自動(dòng)化水平達(dá)到國內(nèi)一流水平。