項目背景
廣西桂林市東江水廠自動化改造工程是桂林市自來水公司對其旗下已運行多年的水廠首次進(jìn)行自動化改造的項目，該水廠位于市區(qū)，原設(shè)計規(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。因而自來水公司對該廠進(jìn)行自動化改造。
一. 項目挑戰(zhàn)
1. 確保系統(tǒng)安全運行
系統(tǒng)中有兩個主控機(jī)，承擔(dān)這數(shù)據(jù)采集、界面展示、歷史記錄、報警判斷等重要作用，對整個系統(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，不同工藝環(huán)節(jié)相對較為分散，其操作人員過去需要頻繁的觀察實際工藝情況，隨著自動化技術(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)，實現(xiàn)系統(tǒng)功能的部署，即監(jiān)視到實時信息，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，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)場控制及本地自動化層采用目前先進(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)等自動化設(shè)備，集中采集數(shù)據(jù)并對設(shè)備能進(jìn)行獨立控制。
遠(yuǎn)程集控及自動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)備的運行狀態(tài)、采集現(xiàn)場數(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)備自動運行。
網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計：水廠網(wǎng)絡(luò)一般采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。每個主站作為一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。這個網(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 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. 項目的功能特點
雙機(jī)冗余設(shè)置
系統(tǒng)中兩個主控機(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)實時跟設(shè)備通訊完成實時監(jiān)控；主從機(jī)間進(jìn)行心跳檢測，一旦從機(jī)發(fā)現(xiàn)主機(jī)異常，將立即切換取代主機(jī)實現(xiàn)主機(jī)的功能。系統(tǒng)除對實時數(shù)據(jù)冗余外，還對歷史數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)冗余，當(dāng)故障服務(wù)器恢復(fù)正常，可自動將故障期間的歷史、報警數(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)的實時刷新，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)運行時間
整個水廠自動化改造已經(jīng)投運，系統(tǒng)從 2008 年底至今經(jīng)穩(wěn)定、安全運行了1 年零6個月。為水廠減輕勞動強(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，自動化水平達(dá)到國內(nèi)一流水平。
