2023年水厂自动化建设的几点意见.doc

水厂自动化建设的几点意见 北京市自来水集团 刘百德 本文简述了水厂自动化系统选择的建议，提出有关运行管理、建立检修工程师制度的意见。可供新建水厂和老水厂改造工程中，自动化设计、使用单位的管理部门和技术人员参考。 关键词水厂自动化运行管理检修工程师 计算机技术开展迅速，差不多每隔一年左右时间更新一代。强大的硬件平台(大容量、高可靠性、高速)，支持着不断更新的视窗操作系统Windows软件和网络(NET)技术。多种以计算机技术为核心的用于工业生产过程控制的产品，和多种基于Windows环境的采用组态方式生成系统的工控软件平台日趋完善。这为建立水厂监控系统提供了更多的选择。对于自来水行业而言，面对几乎眼花缭乱的新技术，如何选择适合自己功能需求的控制系统，在缺少行业标准的情况下，确实需要有一种说法。笔者根据自己多年的工作经验，认为至少应在以下几个方面重点考虑： 一、控制系统层次 系统的总体控制层次结构应与现场电动控制盘、MCC等统一考虑，分为现场电动控制和计算机控制两级：a．现场电器控制盘电动控制(下级)和b．计算机监控(上级)。 下级负责完成常规的人工电动操作，确保不间断供水。在现场电控盘与监控系统之间，原那么上不再另外设置中间控制装置。现场仪表信号直接入监控系统。正常情况，以计算机监控系统为主，完成制水工艺的过程控制。控制原那么为“下级优先〞。 在现场控制盘上设“现场，远方〞操作场所的选择开关。操作场所选择是唯一的，并且互锁。操作该开关的过程中，须保证无扰动切换。 采用弼级控制层次，不仅可以大大降低工程投资，最主要的在于减少了中间环节，系统的可靠性得到了提高，同时维护检修工作也变得层次清楚。 在电器控制接口方面需要注意的是，近几年在电气控制中渗入了电子控制技术。如电力配电、电器保护、电器逻辑控制等，使用单片机、工控机、PLC等智能部件，代替传统的变送器、继电器，完成信号转换、电器保护、报警和逻辑控制。这种设备被简称为“综保〞(综合保护)或“微机保护〞装置。这种装置针对电力系统的需要而设计。至今，已被普遍用于电力系统。此外，一些专用设备，如加氯、加药、格网(栅)、刮(吸)泥机、压滤机等，使用电子设备自成控制系统。 “综保〞装置或其它自成控制系统的专用设备，一般均提供通讯接口，具备数字通讯功能。由于这些产品国内至今没有统一的通讯数字格式约定(通讯规约)，尽管制造厂声称采用了标准RS232、BS485通讯接口，但这些仅是物理接口。在使用不同厂家产品进行系统互连时常遇到麻烦，原因就在于此。因此，在进行系统设计时，除需明确通讯物理接口条件外，要特别强调对通讯规约的要求。 二、系统硬件和控制网络 适用于水厂计算机监控系统的选择范围较宽，按目前的习惯提法，可分为PLC(Pro．grammahle controller，可编程控制器)+IPC(Industry Computer，工业控制计算机)和DES(Distribution Control System，分布式控制系统)两大类。实质上，这只是由于两者在技术开展途径和时期不同，人们对其的称呼。事实上，由PLC也可构成“分布式控制系统〞已很普遍。此外，还有FF、HARD、Pmfibus现场总线结构的测控系统。 DCS和PLC都是计算机技术在自动化控制方面的应用，各有所长。在硬件方面，DCS的结构标准化、系统化优于PLC，比拟适合安全性要求高的大型控制系统，如石油、化工等行业。PLC在系统组合的随意性方面强于DCS，适用于按时间、逻辑顺序控制的生产过程或可独立运行的场合，代替复杂的继电器控制装置。PLC可以通过网关(Gate Way)，挂在DCS的总线上，完成现场控制级的功能。随着技术的开展。PLC和DcS的功能相互渗透，采用PLC构成大规模监控系统已成为现实。鉴于此，建议统一名词，将由上述设备构成的水厂监控系统统称为DCS系统，区别仅在于使用的是何种设备。 在软件方面，PLC一般配控制和监视两种软件，现场级控制软件可用厂家配套编程器、监视器或PC机、便携，采用梯形图等方式编程，MMI(MenMachineIntterrace，人，机界面)监视可配PLC厂家的配套软件，或配运行在Windows环境下的通用SCADA(Su．pervision Control And Data Acquisition，监视控制数据采集)软件。而DCS一般由硬件厂家配套根本软件，通常已够使用。 两种类型设备在组成较大系统时，在工程总体造价上也相差无几。因此，如何选择水厂监控系统，应视实际情况和需要确定。 由于硬件可靠性一般都满足要求，如系统的可靠性指标MTBF(平均无故障间隔时间，Mcan Time Between Failure)，PLC可达100，000小时(11年)以上；日本横河的cs系统号称260，000小时(约30年)。实践也证明了这一点，北京水司第九水厂一期工程(500，000m3／d)使用的横河CENTUM—V系统，已可靠地连续运行了12年；九厂二期滤池控制(soo，000mJ／d)使用的Modicon984系列PLC连续运行了6年。 近年国内常用的PLC产品，如施耐德公司的Modicon TSX Quantum；西门子公司的sI． MATIC S7—300、400；A—B公司的PLC一5；0MRON的SYSMAC CVMI；+GE Fanuc系列90TM，以及YXC(横河一西仪)的csl000、CS3000等，这些系统硬件的根本技术指标大同小异，如无特殊使用要求的话，均可满足水厂监控系统的使用要求。 在笔者见到的一些水厂监控系统(包括污水处理厂)招标文件中，对系统的技术条件、可靠性等要求过高，这势必增加投资。笔者根据自来水生产具有过程缓慢、无自动化也可生产的特点，及做过的水厂监控系统和实际运行情况，以为除在中央控制室、滤池运行管理公用设施控制站等关键环节，采用冗余配置外(通常为双机热备自动无缝切换)，其它场合可以不考虑冗余配置。 在监控系统控制层，各现场控制站通过控制网络与监控级相连，完成监控信息的传送。各PLC厂家的产品采用不同的控制总线。常见的有Modbus，Dupline，Profibu8，HART，ComralNET，FF，工业以太网等。这些控制总线的通讯速率均在1MB以上，工业以太网可达10 MB。通讯介质可选用双绞线、同轴电缆、光纤。推荐使用价格低廉的5类双绞线。 ～般情况采用单总线已可满足使用要求。如果必须采用冗余控制总线，应将两条总线分开敷设。对于距离过远的场合，可采用超短波、扩频或微波，如数公里以外的取水泵站。 在监控系统管理层，基于TCP，IP(传输控制协议，两际协议)的计算机网络互连和扩展技术，如网关、路由器、交换机、网桥、中继器等，可将系统内的信息任意传送。并可通过公共数据网DDN(Digital Data Network，数字数据网)、ISDN(综合业务数字网)，将信息传送到更远的地方。在信息化时代，应充分利用Web技术，建立企业内部网，需要信息者只需一台配有Modem的(台式、便携式均可)。在任何地方接通 线，通过拨号上网，使用IE游览器便可得到自己需要的信息。 三、软件 监控系统的软件，分为操作系统(Operation System，缩写Os)、支撑软件(SupportingSoftware)、数据库(Database)和应用软件(Application Software)。 1．操作系统： 操作系统又称为系统软件，是计算机运行的根底。主要在以下几个方面评价和选择 OS软件： 一支持系统资源共享、程序并发、便于移植； 一适用于不同的计算机硬件平台； 一支持实时多任务、多用户、多线程； 一具有丰富的软件工具； 一支持多媒体； 一支持中文字库： 一支持网络通讯和网络效劳。指在在网络环境下的网络通讯、资源管理(网络文件 效劳和打印等)、网络客(用)户等方面的管理能力。 一其它方面：可靠性、安全性、稳定性、易用性等。 可选用的OS有：WindowsgX、Windows NT、Windows 2023和UNIX等。 WindowsgX指的是微软公司的Windows95／97／98。由于WindowgX是一种单处理器OS。 不适合较大规模监控系统。 Windows NT是一种实时多任务OS，分Server(效劳器)版和Workstation(工作站)版。Server 4．0是目前的最高版本。Win NT Server 4．0可提供给用、网络、打印和文件效劳。在数据保护和容错上，支持软件RAID(廉价磁盘冗余阵列)技术。它可支持4个处理器和多种硬件平台，支持多任务和多线程，具有较高的安全性和可靠性。在控制方面是目前最常用的操作系统之一。 WiMows 2023是微软公司在Window8 NT根底上开发的OS。系统内核采用了Window8NT的技术，具有Windows NT所具备的特点。并支持即插即用(PhP)技术。它包括Wi。． dows 2023 ProfessionM(专业版)、Windom 2023 SeⅣer(效劳器版)和Windows 2023 Adv∞cedserver(高级效劳器版)。 Win NT和Win 2023 OS适用范围较广，可用于各种规模的监控系统。 UNIX也是一种实时多任务0s，适合作为规模较大、系统复杂及对系统性能要求较高的监控系统0S软件。 2．支撑软件 支撑软件又称工具软件，用于监控系统的支撑软件通常称作SCADA软件。它是开发应用软件的工具和实现监控系统功能的关键组成局部，必须慎重评估和选择。应根据系统规模的大小和具体的应用需求，从其整体功能、具体性能指标及其整体技术架构等多个方面进行评估。 支撑软件的性能要求大致包括： 根本性能要求： 一可运行在多种硬件平台：工业Pc、国产商用PC、IBM、HP等； 一具有良好的开放性，支持一系列国家或国际标准、事实标准，能运行在流行的OS 上，如Windows NW9)(，2023，VMS。OS2等； 一支持多种网络：LAN(匝EE802．3)，％ken hs(IEEES02．4)，Tbk∞nng (IEEE802．5)； 一可与多种工业YO、Pc FO、PLc、RTu等现场控制级实时进行双向通讯； 一支持多种数据库操作及数据格式转化，可与多种数据库通讯：FoxPro、Db№、Om．cle、sybm等； 一良好的组态功能与组态方式，丰富的作图组件和图片支持功能，功能模块化，能够方便地开发应用软件；可在线组态开发； 一人，机界面友好，具备全中文界面。操作学习简单； 一支持系统冗余； 一支持多媒体； 一良好的系统恢复功能，出现故障时可方便、迅速地恢复系统； 此外，对支撑软件的性能评价．还应考虑下述问题： 一可靠性在一定的条件和时间下，正常完成工作的能力。在双机热备条件下，故障计算机硬件无扰动切换，不丧失数据，保持系统正常稳定运行。 一实时性采集数据的刷新时间、监控画面的刷新时间、监控操作的响应时间等。 根本功能： a．数据采集、监控、信息管理 可支持多种型号PLc(RTU)的双向通讯，向现场运行过程采集数据，并进行计算、整理、存储、实时刷新显示等处理，以及将控制参数、指令等调节、控制信息下发给控制器。并以图形的方式显示实时监测数据、设备状态和系统相关的报警与事件信息。 b．监控功能 能够提供各种图形显示、多媒体显示、视频动画等功能。并以图形、数字、符号等方式提供动态模拟生产过程，支持CRT屏幕软键操作。能够对现场控制级进行运行参数设定、修改和对工艺流程进行监控。 c．报表功能 可以组态定义报表，如报警信息、班报、日报、月报、年报，以及其它类型报表，支持报表显示和打印输出，并可以在阿上传送。 可以用电子表格生成各类生产流程和系统运行状态的详细报表。 d．MMI、图形用户接口功能 支持以窗口图形的方式显示各种实时监测示意图，如水厂工艺流程、监控画面实时数