自動(dòng)化技術(shù)在二供水車間的應(yīng)用

自動(dòng)化技術(shù)在二供水車間的應(yīng)用

1自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用受限北京燕山石化第二供水車間包括四個(gè)供水站：回收站和生活水站?；厥照窘ㄓ?973年，由北京市市政設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)。生活水站建于1986年，是燕山石油化學(xué)公司的廢水設(shè)計(jì)。配水站包括:6座清水池、東西2座吸水井和東西2座泵房;生活水站包括:2座清水池,2座吸水井、1座深度處理構(gòu)筑物、1座加氯間和1座泵房,其中深度處理構(gòu)筑物包括:臭氧接觸池、活性炭濾池、炭沫沉淀池、臭氧設(shè)備間。由于建設(shè)之初,經(jīng)費(fèi)有限,加之自動(dòng)化技術(shù)在全國(guó)水行業(yè)中尚未得到足夠的重視,所以在配水站和生活水站的相繼建設(shè)中沒有建立自動(dòng)化系統(tǒng),也沒有為之預(yù)留以后實(shí)施的條件。二十幾年過去了,自動(dòng)化技術(shù)在水行業(yè)中越來越受到重視,自動(dòng)化在設(shè)備的合理調(diào)控、節(jié)約人力、物力等許多方面表現(xiàn)出了特別顯著的功效。相比之下,二供水車間還停步在建設(shè)之初,設(shè)備陳舊且老化,在設(shè)備控制和管理上遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于時(shí)代的發(fā)展,浪費(fèi)了大量的人力和物力,對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化改造已迫在眉睫。伴隨著地下水源的日益枯竭和南水北調(diào)工程實(shí)施的日益臨近,做為以地表水為水源的二供水車間將成為燕化地區(qū)輸水和配水中心,它的重要地位也決定建立一套先進(jìn)的自動(dòng)化系是十分必要的。2控制系統(tǒng)的設(shè)置二供水車間做為燕化地區(qū)工業(yè)用水和生活用水的輸配中心,需要及時(shí)了解和掌握工藝流程中各設(shè)備運(yùn)行工況及各項(xiàng)工藝運(yùn)行參數(shù),除解決各工藝單元自身的優(yōu)化問題外,還需解決各工藝單元之間的協(xié)調(diào)問題,以保證出廠水質(zhì),節(jié)約人力、物力,降低成本。鑒于該工程的具體情況,本著“簡(jiǎn)捷、安全、實(shí)用、可靠”的原則,擬在處理廠內(nèi)設(shè)立一套由PLC和工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)組成的具有開放性、實(shí)時(shí)多任務(wù)的自動(dòng)化系統(tǒng)。二供水自動(dòng)化系統(tǒng)由三部分構(gòu)成:上位監(jiān)控系統(tǒng)(即:主操作站)、光纖以太環(huán)網(wǎng)、PLC控制系統(tǒng)(即:控制子站)。主操作站設(shè)置在配水站控制室,包括:2個(gè)工藝操作控制站(相互熱備,負(fù)責(zé)工藝設(shè)備的監(jiān)控)、1個(gè)工程師站(負(fù)責(zé)程序修改等離線工作)、1個(gè)電氣操作站(負(fù)責(zé)電氣系統(tǒng)的監(jiān)控)、1個(gè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換站(負(fù)責(zé)二供水與上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)的通訊)。上述5個(gè)站構(gòu)成了自動(dòng)化系統(tǒng)的上位操作系統(tǒng),完成對(duì)配水站、生活水站、綜合站(包括:濾池、臭氧、加氯、空壓機(jī)、干燥器等設(shè)備)的數(shù)據(jù)采集和控制,組態(tài)軟件選用GE公司的CIMPLICITY工控軟件。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,確定設(shè)配水站、生活水站和綜合站三個(gè)控制子站,可編程控制器選用GE90-30,現(xiàn)場(chǎng)被控設(shè)備及儀表信號(hào)采入PLC的輸入模塊,系統(tǒng)控制信號(hào)通過PLC輸出模塊至現(xiàn)場(chǎng)的控制設(shè)備。上位操作系統(tǒng)與和各分站之間通過光纖環(huán)網(wǎng)相連,以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換的安全可靠性。加氯系統(tǒng)做為已建的成套設(shè)備,自帶西門子S7-200PLC。該設(shè)備通過RS485接口經(jīng)RS485/以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器連接在綜合站網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上。智能電度表,配水站設(shè)27塊,它們分為三組,每組9塊,通過485/以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器與配水站的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接;生活水站有11塊,做為一組整體通過485/以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器與生活站網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接。為確保數(shù)據(jù)通訊的可靠性,每個(gè)子站PLC控制器配置兩塊以太網(wǎng)接口模塊,以實(shí)現(xiàn)PLC與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的通訊冗余。3網(wǎng)絡(luò)等光纖接線盒的應(yīng)用通訊介質(zhì)為光纜,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為環(huán)型網(wǎng)絡(luò),整個(gè)環(huán)網(wǎng)中配置網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)5臺(tái),選型為MOXA6008交換機(jī),該交換機(jī)有光口2個(gè),電口6個(gè),這5臺(tái)交換機(jī)分布如下:配水站3臺(tái),其中一臺(tái)交換機(jī)用于連接工藝操作站、電氣操作站、工程師站、數(shù)據(jù)交換站,共占用5個(gè)電口,剩余一個(gè)電口做為備用;另一臺(tái)交換機(jī)用于連接PLC設(shè)備和電度表,其中2個(gè)電口與PLC的以太網(wǎng)接口卡連接,3個(gè)電口用于連接三組(每組9塊)電度表,共用電口5個(gè),剩余1個(gè)電口做為備用;還有1臺(tái)交換機(jī)用于連接二期改造中的繼電保護(hù)設(shè)備,預(yù)計(jì)需占用電口3個(gè),另3個(gè)電口做為備用。生活水站1臺(tái),該交換機(jī)中2個(gè)電口用于連接PLC的兩個(gè)以太網(wǎng)接口卡,1個(gè)電口用于連接一組(8+3個(gè))電度表,共計(jì)使用電口3個(gè),剩余電口3個(gè)做為備用。綜合站1臺(tái),該交換機(jī)中2個(gè)電口用于連接PLC的兩個(gè)以太網(wǎng)接口卡,一個(gè)電口用于連接加氯設(shè)備中的PLC(西門子S7-200),共使用電口3個(gè),剩余電口3個(gè)做為備用。光纜長(zhǎng)度約為600m,其中配水站至生活水站之間350m,生活水站與綜合站之間250m。光纜選擇6芯直埋式多模光纜。實(shí)際使用4芯,剩余2芯做為備用。光纖接線盒選用6耦合器光纖盒2個(gè)、12耦合器光纖盒1個(gè)。交換機(jī)與光纖盒之間是光纖跳線連接,光纖盒內(nèi)尾纖連接光耦合器并與光纖融接。該環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)大大提高了監(jiān)控系統(tǒng)通訊環(huán)節(jié)的可靠性,同時(shí)具備了良好的拓展性。4控制站點(diǎn)描述4.1上位監(jiān)控系統(tǒng)改造根據(jù)上述I/O點(diǎn)數(shù)的統(tǒng)計(jì),實(shí)際配置PLC系統(tǒng)時(shí)各種類型的I/O數(shù)量均預(yù)留10%的余量。上述各類信號(hào),均直接進(jìn)入PLC的I/O模板。開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行邏輯處理和控制,模擬量信號(hào)大部分用于顯示,一部分參與調(diào)節(jié)控制。室外儀表的模擬量信號(hào)通過帶浪涌保護(hù)的接線端子與PLC連接;其余室內(nèi)儀表的模擬量信號(hào)則是通過帶保險(xiǎn)絲式端子與PLC相連。三個(gè)控制子站均可以做到無人值守,每個(gè)子站的PLC控制系統(tǒng)都可以方便地接入以太網(wǎng),且通過本地或遠(yuǎn)程擴(kuò)展,很容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展。經(jīng)光纖環(huán)網(wǎng)所連的上位監(jiān)控系統(tǒng)中,工藝操作站配以運(yùn)行版的組態(tài)軟件,供操作人員操作使用;工程師站配以開發(fā)版的軟件,專供工程技術(shù)人員組態(tài)編程用。在遠(yuǎn)程調(diào)度或廠辦公室等其它場(chǎng)所配以瀏覽版的軟件,則完全可將該站限制為只讀方式。按照甲方要求,本次改造,不含電氣綜合繼電保護(hù)設(shè)備。但在硬件上要留有接口以備今后電氣改造時(shí)可將綜保系統(tǒng)接入本自動(dòng)控制系統(tǒng)中。同時(shí),監(jiān)控軟件點(diǎn)數(shù)選定時(shí)已考慮了未來增加的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)。各控制子站PLC的I/O模塊類型、數(shù)量、配置點(diǎn)數(shù)、實(shí)際需要點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)見表2、表3、表4。4.2控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)本自動(dòng)化系統(tǒng)主要用來完成對(duì)二供水車間整個(gè)工藝流程所必須的數(shù)據(jù)采集、順序控制、時(shí)間控制、回路調(diào)節(jié)及上位監(jiān)視作用。本自動(dòng)化系統(tǒng)即要滿足正常的工藝生產(chǎn)要求,又要實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)管理水平、保證安全生產(chǎn)、和節(jié)約能源的作用。在控制要求上,本微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)各分站與中心站一起構(gòu)成一個(gè)集中監(jiān)視分散控制的系統(tǒng),可以做到當(dāng)中心站發(fā)生故障或沒有使用時(shí),現(xiàn)場(chǎng)分站還可以繼續(xù)工作,而對(duì)整個(gè)工藝過程不產(chǎn)生影響?，F(xiàn)場(chǎng)控制器主要用于采集現(xiàn)場(chǎng)的工藝參數(shù),控制主要電氣設(shè)備和調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)由以微處理器為主的控制器組成,控制程序存儲(chǔ)在控制器內(nèi)存中,內(nèi)存留有20%的余量?？刂破饔扇哂嗟?4VDC電源箱供電,并在控制器上提供兩個(gè)以太網(wǎng)接口模塊。中央處理器,用于提供系統(tǒng)的時(shí)鐘,完成在線診斷,處理用戶程序并監(jiān)視PLC的故障。存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)梯形圖邏輯,模擬量處理程序,變化數(shù)據(jù)及輸入輸出數(shù)據(jù),存儲(chǔ)器由后備電池供電,在沒有外部電源的情況下,程序內(nèi)容可保存90天。電源模塊可滿足機(jī)架在最大模塊配置時(shí)的負(fù)荷需求,帶有自整定系統(tǒng)。模塊機(jī)架容易擴(kuò)展互換,通過底板直接連接擴(kuò)展,機(jī)架為盤裝。留有20%的硬件及電纜擴(kuò)充使用空間。機(jī)架適應(yīng)環(huán)境條件是:溫度0-50℃,相對(duì)濕度5-95%,非凝露。輸入輸出系統(tǒng)是由機(jī)架上安裝的卡件組成,具有防止非正常替換的保護(hù)機(jī)構(gòu)。輸入輸出信號(hào)的類型及數(shù)量如下:AI模塊:接收4-20mA信號(hào),精度為0.5滿量程,有過壓保護(hù),可受1500Vrms的沖擊。AO模塊:輸出4-20mA信號(hào),精度為0.2%滿量程。DI模塊:輸入信號(hào)為無源接點(diǎn)。DO模塊:數(shù)字量輸出模塊通過中間繼電器與所控設(shè)備的電氣回路充分隔離,中間繼電器觸點(diǎn)容量為250V,5A。輸入輸出點(diǎn)數(shù)留有10%的余量?？刂乒裼梢曳匠商滋峁?甲方僅需提供220V,50Hz交流電源。柜體防護(hù)等級(jí)IP44,柜體顏色按甲方要求涂覆。柜內(nèi)配有通風(fēng)散熱和照明。避雷器,約有10個(gè)回路的室外儀表在進(jìn)入控制柜的接線端子處,配置浪涌保護(hù)端子,沖擊通流容量:20kA(8/20us),響應(yīng)時(shí)間≤1ns。編程語言符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)。5軟件5.1組態(tài)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件含上位監(jiān)控系統(tǒng)含操作系統(tǒng)WINDOWS2000原版軟件,監(jiān)控軟件(開發(fā)版),監(jiān)控軟件(運(yùn)行版),冗余服務(wù)器軟件,通訊管理軟件以及組態(tài)應(yīng)用軟件。為適應(yīng)今后系統(tǒng)的擴(kuò)展和電氣綜合繼電保護(hù)信號(hào)的接入,計(jì)劃選用點(diǎn)數(shù)為35000點(diǎn)的工控組態(tài)軟件CIMPLICITY(包括運(yùn)行版和開發(fā)版)。該軟件為GE公司產(chǎn)品,在與以GE硬件設(shè)備為主的系統(tǒng)中使用該軟件,通訊、兼容性等方面可以做到無縫連接。這種軟件除具有良好的操作界面,簡(jiǎn)單實(shí)用的操作方法和方便的組態(tài)程式等特點(diǎn)以外,同時(shí)具有完善的記錄功能、報(bào)警功能、報(bào)表功能、打印功能。下位控制系統(tǒng)含PLC編程軟件和PLC應(yīng)用程序,選用MachineEditor編程軟件。該編程軟件是GEFanuc新近開發(fā)的面向所有系列90-30和VersaMaxPLC的編程軟件,它可以運(yùn)行于低端PC上,系統(tǒng)平臺(tái)在Windows95以上即可,它的圖形化軟件和硬件配置工具極大提高了編程效率。4.2其他顯示畫面上位監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件具備如下功能:廠級(jí)顯示:包括整個(gè)二供水車間的運(yùn)行狀態(tài)總貌、主設(shè)備的狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)以及控制回路中過程變量與設(shè)定值的偏差。任一監(jiān)控回路出現(xiàn)報(bào)警,用改變顏色的方式進(jìn)行提示。功能組顯示:包括過程輸入變量、報(bào)警條件、輸出值、輸入值、設(shè)定值、回路標(biāo)號(hào)、縮寫的文字標(biāo)題、控制方式、報(bào)警值等。功能組顯示畫面包含所有調(diào)節(jié)回路及順控回路。細(xì)節(jié)顯示:可觀察以某一回路為基礎(chǔ)的所有信息。標(biāo)準(zhǔn)畫面顯示:包含報(bào)警顯示、趨勢(shì)顯示、成組顯示、棒圖顯示等,其中報(bào)警顯示畫面的報(bào)警發(fā)生時(shí)自動(dòng)彈出,并具有聲光提示功能。其它顯示:包含幫助顯示、系統(tǒng)狀態(tài)顯示等。報(bào)表打印:使用甲方指定的格式將所有歷