和利時實現(xiàn)水處理行業(yè)信息化

本刊記者/顧碩

EURAWASSER GMBH Uwe Stephani VIPA北京代表處翻譯

和利時實現(xiàn)水處理行業(yè)信息化

本刊記者/顧碩

和利時從2000年開始拓展水處理行業(yè)，以專業(yè)技術(shù)實力和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，成功實施水處理項目100多個，其中污水處理項目50多個，自來水廠項目10多個，中水回用項目10多個，工業(yè)廢水處理項目30多個。現(xiàn)今用戶對和利時在水處理行業(yè)的PLC產(chǎn)品、技術(shù)支持、品牌及服務(wù)等方面有了較大程度的認(rèn)可。

北京和利時自動化驅(qū)動技術(shù)有限公司副總經(jīng)理 樊軍平

和利時在市政行業(yè)提供LK系列大型PLC產(chǎn)品以及為市政行業(yè)定制的SCADA監(jiān)控軟件平臺。這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于城市排水、防洪、隧道、供水、供熱、燃?xì)廨斔偷仍O(shè)施。近年來，和利時通過在市政行業(yè)的廣泛宣傳和積極拓展，自主研發(fā)的LK系列PLC產(chǎn)品，在市政行業(yè)應(yīng)用套數(shù)穩(wěn)步增長，2014年銷售近百臺。

水處理走向信息化

據(jù)北京和利時自動化驅(qū)動技術(shù)有限公司副總經(jīng)理樊軍平介紹，和利時LK系列PLC是和利時在總結(jié)十多年控制系統(tǒng)設(shè)計和工程項目實施經(jīng)驗基礎(chǔ)上推出的適用于中、高性能控制領(lǐng)域的產(chǎn)品，CPU模塊集成工業(yè)級處理器（主頻可達(dá)533MHz），指令處理速度可達(dá)13ns。采用高性能的模擬量處理技術(shù)、小型化的結(jié)構(gòu)設(shè)計、開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、通用的系統(tǒng)平臺，使產(chǎn)品不僅具有強大的功能和卓越的性能，而且具有更高的可靠性、開放性和易用性。針對市政行業(yè)潮濕、腐蝕、霉變的使用環(huán)境，LK系列PLC在生產(chǎn)制造過程中可增加防腐處理的工序，使得該產(chǎn)品更可靠，更安全。近年來，和利時不斷總結(jié)市政行業(yè)的特點，積極響應(yīng)行業(yè)需求的變化，快速推出適合市政行業(yè)的新產(chǎn)品、新功能。和利時在市政行業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新能力，鞏固了其在市場中的核心競爭力。

眾所周知，自動化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于市政行業(yè)的各類基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)控與管理中。隨著信息技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的創(chuàng)新與推廣，各類市政設(shè)施、管網(wǎng)將互聯(lián)、互通、數(shù)據(jù)共享。基礎(chǔ)設(shè)施的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)作為城市運營管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為城市安全穩(wěn)定運營，提供保障。這對于自動化系統(tǒng)的開放性、安全性、可靠性提出了更高的要求。

和利時從2000年開始拓展水處理行業(yè)，以專業(yè)技術(shù)實力和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，成功實施水處理項目100多個，其中污水處理項目50多個，自來水廠項目10多個，中水回用項目10多個，工業(yè)廢水處理項目30多個。現(xiàn)今用戶對和利時在水處理行業(yè)的PLC產(chǎn)品、技術(shù)支持、品牌及服務(wù)等方面有了較大程度的認(rèn)可。

樊軍平認(rèn)為，國家對水環(huán)境的保護和治理正在提出更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求，市政水處理行業(yè)將迎來投資熱潮，新建、改擴建、提標(biāo)改造項目也將大幅增加。用戶在對廠級水處理設(shè)備及工藝過程實現(xiàn)自動化監(jiān)控的基礎(chǔ)上，還需建設(shè)先進的生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程管理信息的全覆蓋和工藝流程的可視化，優(yōu)化資源分配，科學(xué)績效管理，降低工廠物耗能耗，增強盈利能力，提高運營效率。市政行業(yè)將對管控一體化、工廠信息化、數(shù)據(jù)公開透明化。這恰是自動化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新機會。

“兩化融合”為自動化產(chǎn)業(yè)帶來新機會

另一方面，在樊軍平看來，“兩化融合”也是市政行業(yè)發(fā)展的必要趨勢。他講道：“國內(nèi)很多市政部門都已經(jīng)著手推進‘兩化融合’工作。和利時在廠級水處理控制方面，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的PLC產(chǎn)品，在管控一體化方面，擁有自主研發(fā)的大型SCADA監(jiān)控軟件平臺。結(jié)合這些優(yōu)勢，和利時提出了城市污水處理集中監(jiān)控和遠(yuǎn)程調(diào)度管理解決方案。”

樊軍平具體介紹了和利時污水處理解決方案有如下幾個特點：（1）減員增效：系統(tǒng)平臺能將分散在各處的PLC、儀表、變頻器等設(shè)備的運行狀態(tài)及有關(guān)信息上傳至污水處理廠監(jiān)控中心，并下傳控制命令。可將工藝、過程數(shù)據(jù)等以豐富的動畫形式、趨勢曲線、報表等多種可視化途徑展現(xiàn)出來，極大緩解人力勞動，減少企業(yè)人力成本。（2）方便系統(tǒng)升級改造：系統(tǒng)平臺擁有不同型號的PLC、儀表、變頻器、污水提升泵電機、閘門、電動/氣動閥門、粗/細(xì)格柵電機、鼓風(fēng)機等設(shè)備驅(qū)動。隨著后續(xù)系統(tǒng)的改造或者擴建，系統(tǒng)提供的3000多種硬件設(shè)備驅(qū)動以及可定制化的服務(wù)能很好的滿足兼容性。（3）統(tǒng)一的設(shè)備維護管理平臺：系統(tǒng)平臺提供監(jiān)控設(shè)備使用狀況功能，顯示電機、泵等設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況、電流和電壓、設(shè)備的故障信息，提供自動報警顯示并存儲，并且對大型水處理設(shè)備、重要儀表統(tǒng)一管理，提示維修人員及時更換備件、及時維護，延長大型設(shè)備、儀表的使用壽命。（4）節(jié)能降耗：監(jiān)控各工序能耗、大耗能設(shè)備的能源利用，對企業(yè)內(nèi)部水、電、原料等公用工程資源進行管理。通過建立各類能源計量網(wǎng)絡(luò)，全面監(jiān)控企業(yè)能源消耗及管網(wǎng)運行情況，實現(xiàn)能源信息共享，挖掘節(jié)能潛力，促進企業(yè)節(jié)能降耗增效。（5）集團化的生產(chǎn)運營管理：系統(tǒng)平臺支持大量實時數(shù)據(jù)的采集、歷史數(shù)據(jù)的歸檔查詢、關(guān)鍵指標(biāo)如COD的控制、對設(shè)備的運營診斷優(yōu)化，從而快速了解企業(yè)信息，掌握工廠的運行情況，并對整個城市的污水處理過程進行統(tǒng)一管理、調(diào)度。

由此可見，想要實現(xiàn)城市污水處理信息化，需要將所有底層現(xiàn)場的電氣控制、過程控制、運動控制和數(shù)以萬計的儀器儀表測試系統(tǒng)都高度、有機地融合在綜合自動化網(wǎng)絡(luò)上。從自動化控制和生態(tài)管理到企業(yè)全方位管理的信息數(shù)據(jù)全部集成，再不是過去的PLC、DCS、FCS的自動化孤島，需要實現(xiàn)管理信息系統(tǒng)、生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)決策系統(tǒng)的有機融合。這正是和利時為客戶所提供的市政解決方案的核心價值。

成功案例分享

污水處理廠的控制系統(tǒng)設(shè)計基于現(xiàn)代先進控制思想，采用分散控制、集中監(jiān)測管理的控制方式，采用以和利時公司LK系列可編程控制器（PLC）為核心的控制系統(tǒng)。基于LK自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用于污水處理廠，完全能滿足污水處理工藝的要求，提供了一種高可靠性、低成本、更優(yōu)化的控制方案。

整個系統(tǒng)由1個中央控制室、4個現(xiàn)場PLC控制站組成。現(xiàn)場PLC控制站，由可編程序控制器（PLC）系統(tǒng)及檢測儀表組成，對污水處理廠各工藝過程進行分散控制；再由中央控制室（CCR），對全廠實行集中管理。中央控制室、PLC控制站之間的數(shù)據(jù)通訊采用高速的、實時的工業(yè)以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為環(huán)形，通訊速率為100Mbps，傳輸介質(zhì)為光纖。中央控制站設(shè)于綜合樓中控室；現(xiàn)場控制站設(shè)4個，分別位于進水泵房（1＃PLC控制站）、變配電間（2＃PLC控制站）、鼓風(fēng)機房（3＃PLC控制站）、污泥濃縮脫水機房（4＃PLC控制站），均采用和利時公司 LK系列PLC。

整個系統(tǒng)采用二級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即生產(chǎn)管理網(wǎng)和生產(chǎn)控制網(wǎng)，將過程實時數(shù)據(jù)、運行操作監(jiān)視數(shù)據(jù)信息同非實時信息及共享資源信息分開，分別使用不同的網(wǎng)絡(luò)。有效地提高了通訊的效率，降低了通訊負(fù)荷。生產(chǎn)管理網(wǎng)采用工業(yè)以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為環(huán)形，傳輸介質(zhì)為光纖。生產(chǎn)控制網(wǎng)采用現(xiàn)場總線形式，采用PROFIBUS國際通用的開放式現(xiàn)場總線，傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線。

污水處理廠自動化控制系統(tǒng)控制方式設(shè)計為現(xiàn)場設(shè)備就地手動控制、自動化控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程手動控制、自動化控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動控制三種控制方式。三種方式的級別由高到低依次為就地手動、遠(yuǎn)程手動、遠(yuǎn)程自動。

凈水制造——將極度白堊的井水轉(zhuǎn)化為飲用水

EURAWASSER GMBH Uwe Stephani VIPA北京代表處翻譯

1　引言

由于特殊的地質(zhì)環(huán)境，德國Neckar-Odenwald的Osterburken小鎮(zhèn)周圍遍布著石灰?guī)r層，只有這些極度白堊的井水可做為供水源。為了滿足生活用水，保護家用電器和管道，從2010年起，這座城市就開始建立最現(xiàn)代化的軟化水工廠。來自H?pfingen的Kuhn Ltd. 公司負(fù)責(zé)裝備這類工廠。這家公司已歷經(jīng)三代，致力于飲用水的循環(huán)以及廢水處理的工作，他們的服務(wù)范圍包含管道建設(shè)，技術(shù)裝備以及完整的電氣與控制工程。項目負(fù)責(zé)人Thomas Sch?fer指出，“在Osterburken所采用的技術(shù)，完全沒有在飲用水中添加化學(xué)添加劑。我們在這里使用的納米過濾技術(shù)，通過滲透，過濾掉溶解在水中的使水硬化的物質(zhì)”。該設(shè)備的處理能力達(dá)到650立方米/14小時，這是Osterburken市的平均日常需求，水的硬度由26°dH下降到11～13°dH。出于安全考慮，許多設(shè)備都要求是冗余的，例如每臺泵都有一個額外的泵備用。工廠記錄所有的填充量、壓力、流速，甚至pH值和水的混濁度，并顯示在控制柜的操作面板上，電導(dǎo)率的偏差會及早反映出水的鹽度是否改變——這表明過濾隔膜可能有損壞。

2　易于編程，控制便捷

這個工廠的特殊要求是，將水的硬度轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€可設(shè)置的參數(shù)，按需要進行調(diào)整。由于飲用水的動態(tài)存儲管理和軟化過程中的可變流量管理，要求最優(yōu)化的控制和及時準(zhǔn)確的切換。我們采用了基于SPEED7技術(shù)的中央控制器CPU314-6CG13，它包含PROFIBUS接口和以太網(wǎng)接口，便于與控制面板的通訊和編程，因而可以節(jié)省昂貴的通信處理器，直接與CPU相連接。SPEED7技術(shù)是基于西門子STEP7編程的最快的控制系統(tǒng)之一，通過這種技術(shù)，大量的程序模塊和復(fù)雜的控制軟件，可以通過緊湊的CPU很容易地在2毫秒內(nèi)完成一個循環(huán)處理。此外，這款CPU還集成了一些開關(guān)量和模擬量輸入，輸出功能，其中的8路開關(guān)量，可按需要作為輸入或輸出通道，CPU的運行也不需要額外的存儲卡。

其余的傳感器和執(zhí)行器通過PROFIBUS連接到控制器。緊湊的SLIO模塊，可以安裝在控制柜很小的空間內(nèi)，將控制信號連接到主CPU，并且支持多種總線協(xié)議。

在這個項目中，Kuhn公司設(shè)計了三個分散的I/O站：分別在中央控制柜，納米過濾設(shè)備和可移動的清潔設(shè)備，通過PROFIBUS連接。SLIO模塊階梯形的彈簧卡接易于快速接線，標(biāo)簽條和LED診斷直接對應(yīng)于信號通道，以確保在故障發(fā)生時，易于準(zhǔn)確判斷。由于分布式的安裝，最大限度的減少了布線的工作量。

全鋁合金外殼的VIPA 12寸觸摸屏很適合于這個場合的應(yīng)用，它提供預(yù)裝的Windows CE 6.0操作系統(tǒng)，以及運行版Movicon11，它集成了128 MB工作內(nèi)存和2 GB用戶內(nèi)存，具有充足的硬件資源，滿足數(shù)量巨大的標(biāo)記名要求。觸摸屏通過以太網(wǎng)連接到PLC，除了用于現(xiàn)場顯示和現(xiàn)場操作，還可存儲處理過程的數(shù)據(jù)。此外，它還具有完整的報警管理功能，可以在超過限值或出現(xiàn)故障時被激活并發(fā)出信息。當(dāng)然，它也提供豐富的可參數(shù)化的圖形庫，以及各種歷史趨勢圖，可以記錄和觀察長時段不同對象的狀態(tài)。

所有組件，包括從PLC、遠(yuǎn)程I/O到操作屏均由VIPA公司提供：“這使得我們在構(gòu)建工廠控制系統(tǒng)時變得容易，單一的供貨商提供給我們更為及時周到的支持”項目負(fù)責(zé)人Thomas Sch?fer強調(diào)指出。

3　遠(yuǎn)程訪問

所有非常規(guī)的數(shù)據(jù)都將從工廠直接傳輸?shù)娇刂泣c，控制點包含從水井室到水庫的5個通訊和40多個站點。這類連接通過控制柜中的GPRS調(diào)制解調(diào)器建立。根據(jù)系統(tǒng)發(fā)出的消息，技術(shù)人員被派往工廠現(xiàn)場或通過遠(yuǎn)程訪問直接控制設(shè)備，例如，可以通過遠(yuǎn)程控制關(guān)閉滑閥或根據(jù)需要開關(guān)水泵。

系統(tǒng)每15分鐘定期地更新測量值，此外還可進行隨時查詢，所有當(dāng)前數(shù)據(jù)可以即刻顯示出來，所有設(shè)備參數(shù)也可通過互聯(lián)網(wǎng)查看。這就使得技術(shù)人員即便在周末的值班中，也可在第一時間通過自己的電腦或者智能手機查看現(xiàn)場的即時運行狀況，并立即使用適當(dāng)?shù)墓ぞ呒傲銈浼鉀Q現(xiàn)場的問題。此外，所有數(shù)據(jù)都被存儲在VIPA觸摸屏的記憶卡內(nèi)，因此可隨時查詢過去24小時內(nèi)的數(shù)據(jù)。

整個軟化水過程，包含許多環(huán)節(jié)，從水井室的水泵開始一直到飲用水網(wǎng)絡(luò)，所有控制過程必須穩(wěn)定可靠，以保證飲用水的恒定不間斷的供應(yīng)。VIPA CPU強大的功能表現(xiàn)在極快的運行速度，系列化的大內(nèi)存和靈活的內(nèi)存管理，可以很容易地通過MCC卡擴展，內(nèi)置的Ethernet接口用于通訊也利于編程；遠(yuǎn)程信號通過PROFIBUS與SLIO系統(tǒng)連接；連同12寸觸摸屏的可視化操作，構(gòu)成整套控制系統(tǒng)，保證了軟化水工廠的理想的無故障運行。項目負(fù)責(zé)人Thomas Sch?fer說，“我們在水廠自控中，已經(jīng)使用VIPA系統(tǒng)多年，所有的技術(shù)人員都能熟練使用VIPA控制器。除此之外，還對VIPA團隊給予的關(guān)注表示高度贊賞，有時我們甚至?xí)谥芪宓耐砩鲜盏絍IPA工程師Mr. Mark Kohl的技術(shù)支持，從某種程度上他也是個手機應(yīng)用的專家。