太原呼延净水厂自动控制系统--罗克韦尔自动化Logix平台和

1、北京机械 工业自动化研究所自 控中心 王勇 是振 呼延水 厂技术副 厂长 罹峰太 原 呼 延 净 水 厂 自 动 控 制 系 统 罗克韦尔自动化 L ogi x 平台和 N el L -nxT M 技术在水处理行业的应用罗克韦尔自动化公司的自动化产品可以为水 处理行业提供一个完整的.全面的解决方集即构 造一个基于 N et L i nx 技术支撑的。由软、硬件组 成的系统。从低层的传感元件,驱动设备到控制层 的 PL c 和作为工厂神经中枢的控制网络及现场总 线系统,以及辅助操作员进行数据采集、处理和分 析的软件与终端,可以充分满足水处理自动化领 域用户对系统控制,组态和数据采集的需求。巴几

2、! 原城市供水公司呼延净水厂系山西省重点工程,水厂 ! 二 d 规模为日供水首期 40万“日,近期将达到舳万 U 日。垒厂主要设施有储药池、加药间、加氯加氨间、配水车间、 净水车间 (混合、蓄凝、沉淀、大小虹吸滤池 、清水池、污 泥浓缩脱水车间及综 合楼 (中控室 等。系统设计根据国内外城市供水系统的运行管理情况以及我们在该 行业中的实践经验,依照国际自动控制领域的发展趋势,本 着安全可靠、简单实用、先进 (十年不落后 的原则,充分发 挥罗克韦尔自动化全线产品的技术优势,以 L o 画 x 控制平台 和开放的现场总线网络 N e 也 i I l xl M 体系为核心,采用最新的 控制器、驱动、

3、网络架构及工控软件产品为用户提供一个由 计算机、 PLc 、现场在线仪表组成的多级的、开放的、模块 化的、实时多任务的集散型的数据采集和监控系统。该 系统 采用 集 成工 业现 场 总线 、 控制 总线 和 100, 1删 高速以太网组成的混合三层体系结构,既支持基于社 4览器的 B , s 结构体系,也支持 c /s 结构体系整个呼延水 厂的输入,输出信 息形式多样 (包括图像、图 形、文字、语音、 字等多媒体形式 ,信息量大,对系统功 106J 电气眄诧 2004年第 1期言雠 数 据 库 一 l 1c 及 管理言阼匮 应 用 软 件图 l 太原呼 延净水厂 系统体系 结构能要求高。控制监

4、视任务不仅仅限于单机的检测和控制问 题,而且还要求实现对整个系统 的监控、诊断、优化、预报、 调度。以 PLc 和计算机为核心的信息处理机制将完成对综合 信息的管理、生产过程的计划、调度、监视与自动化控制。 系统具有以下三个主要功能:1 现场生产数据的采集、分 析、处理、动态追踪,工艺控制等前台生产现场检测与控钒 2 水质数据,设备故障信息管理等后台信息管理 t 3 水厂运 行监控与计划调度指挥,现场电视监视、内部电话监控等多 媒体系统。为了实现以上功能的集成,太原呼延净水厂广泛采用了 多媒体技术,现场总线技术,高速以太网技术,工业控制技 术、通信技术与视频图像监控技术等关键技术,可以定义为

5、集成现场工业总线的高速以太网多媒体计算机信息管理、控 制系统。整个系统的架构分为三个层次,如图 2所示。 (1信息层由计算机硬件与软件系统组成。其中硬件部分主要为工 作站,服务器,工业电视监视系统、网络传输线路等组成, 完成系统的数据采集,监测、控制、通信、显示等功能。软 件系统主要由基于罗克韦尔组态软件开发的呼延水厂生产过 程控制与作业管理信息系统、呼延水厂运行监控与计划调度 指挥系统和基于微软 sQ 嵫 库开发的生产管理 (水质监测、图 2太原呼 延净木厂网 络结构拓 扑圈生产数据和系统故障报警信息 信息系统等组成。该体系结构 实现了对生产系统软硬件资源的充分利用,使系统具有更高 的兼容性

6、、开放性和安垒性。系统采用 I B M 部门级服务器. 对生产管理系统数据进行备份、存储,以保证生产数据的高 度安全性。监控工作站、管理工作站、现场过程数据服务器 (w eb 服务器 、视频服务器、数据库及应用软件的用户之间通过 Tc 眦通信协议实现信息的传输与共享。数据库中的数据只有通过服务器才能够与用户,现场设备之间进行信息的 交流 (监控计算机除外 。用户既可以通过 w 缸 dow s 内建的 I B 浏览器实现生产现场信息的获取与交互,也可以直接与数据 服务器进行信息的交流,再通过监控计算机实现对现场设备 的控制。用户不直接参与控制现场设备与数据库,既僳证了 数据的安垒性及底层设备的健

7、壮性又实现了人机交互界面的 透明性与友 好性。(舡睦制层现场控制站以 co 血 ol L ogi ”平台为控制核心,分布在 各工艺段, PL c 之间和中央监控计算机通过光纤采用con 仰 l N c 一网络协议相连,实现控制信号的高速传输。 P Lc自动监测重要设备的运行状态和工艺参 变化,并对设备进行自动控制。根工艺流程,垒厂共设 6套 PLc 控制站:水处理专辑1#PLc站设在加药间,负责投药系统和配药系统。根 据进水流量、原水浊度、温度及沉淀后 scD 值进行加药系统的衄自动调节。并通过网络通讯控制进水流量调节器。2#PLc 站设在加氯加氨间,控制液氯及液氨的气 化、加氨加氨机的投用与

8、切换,完成加氯加氨过程的监测 和控制。3#PLc站设在沉淀池配电间,控制配水井排泥角阀、 格栅机、电动蝶阀门、各阀岛电磁阀箱,控制反应沉淀区域 的排泥过程。4#PLc站设在滤池电气配电阃,自动完成滤池过滤与 反冲洗过程控制、高低压配电系统的监测、对回收水池及排 泥池的监视 与控制。5#PLc站设在自用水泵房,用于出厂水的水质监测、 控制自用水泵的启停、通过网络通讯对出厂水的调节控制器 进行控制。6#PLc站设在浓缩脱水机房。完成回收水的浓缩过程、 并为脱水系统输送浓缩后的污泥,与脱水系统进行网络连接 采集脱水设备及脱水过程的状态数据。另配置 PL C o ,用于中央控制室模拟屏的实时刷新。 由

9、于采用了通信网络的介质冗余和处理器冗余,构成了电气孵代 2004年第 1期 I 107一个安全、可靠的控制系统:当控制网络、控制 cPu 故障或 不使用时,冗余 部分可自动进行无扰动切换,投 入工作而不影 响整个工艺过程的连续控制和检测。整个呼延净水厂的工艺 流程如图 3所示。原永市区管阿 泥饼外运图 3太原呼延 净水厂工艺 总图(3设备层我们采用 D E vI cE N 即 1M 网络连接分布于水厂的传感器 和执行机构,将变频器、阀岛、仪表等直接采用总线电缆连 接,实现了数字和模拟输入,输出模块、智能信号装置和过 程调节装置及可编程逻辑控制器 (PL c 之间的数据数字化传 输,把 u0信号

10、通道分散到实际需要的现场设备附近,使安 装和布线的费用减少到最小,从而使成本费用大大地节省。 这种用于低层设备的低成本、高效率信息集成模式,已经逐 渐成为控制领域的主流。系统特点可靠性高、技术先进传统控制系统网络设计基于单一的主,从地址总线,系 统运行过程中由单一设备主宰总线并控制所有数据传送。这 种集中的设计方法,降低了总线 的传输效率,无 _:击充分发挥 带宽。 c 伽仰 1B us Tu 通过提供基于并行通讯网络的,多主的 生产者,客户信 息概念打破了这种模式,并将生 产者,客户技 术直接应用于背板总线,可以同时完成 1对 1、 1对多的信 息传递。控制器不再作为通讯控制中心,无需干预背

11、板上的108l 电气啁代 2004年第 1期 数据交换,设备之间可赢接进行数据广播和通讯,提高了系 统的带宽和性能。采用这种技术构造的控制系统具有更大灵 活性,响应更快,处理器负担低和数据处理时间短,减少了 网络和背板数据传输量,缩短 I /o 等待时间。控制网网络是 一种高速确定性网络,为同一链路上对等通信提供了具有相 同带宽的实时控制和报文传送服务,更提供了 I /o 数据在控 制器或操作员界面设备之间共享的功能,这种多控制器共享对等通信互锁数据设计大大简化了 P Lc 的程序量,省却了大 量 的 cPu 之 间 通 讯 指 令 , 相 比 nbus-D 嗍 s 必 需 在 几 方 同时写

12、一一对应的发送和接受数据通讯程序,可谓便捷了许多。在数据传送过程中,网络提供确定性和可重复性功能, 保证了数据传 递的可靠性。W eb 测览系统运用 R sw ebser ver 和 w i ndow s 内建的 I E 浏览 器实现了与 I nt er net 的莲接,为用户提供了一个真正的瘦 客户端服务系统。位于生产控 制中心的数据服务器可作 为一 w eb 网站被享有特定 权限的用户登 录访问,获得授 权的用户可在任何地方通过公司指定的 w eb 服务器网址, 利用支持 H T M L 32超文本协议的社 9览器取得整个系统的 运行信息。易于操作及维护con 曲 l N ep 、 D e

13、vl ceN e 及 Logi x 平台的模块化结构, 为用户提供了丰富的诊断信息,系统自身可以自动对硬件及 网络上的错误进行分析和更正,并实时检测设备潜在的维护 需求,避免整个系统崩溃。操作员可以通过嵌入在前端计算 机运行的,友好的人机界面程序 (基于 R s V I B w 32TM 平台开 发 直观、全面地了解系统的健壮程度,及时发现、预测系统 隐患所在,将故障查找时间降至最低,大幅减少了系统维护 的工作量。支持多种接口整个控制系统 通讯网络主架构采用 R ockw el l 公司的 也 inxT M 技术。它不仅支持 L 09i x 平台,同样可以兼容其他 的网络协议。系统中其他一些从国内外单独引进的设备如调 流调压阀、污泥 脱水机、直流屏等分别采 用了 M odbus 、 Pm nbus