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摘要：
本文結合某凈水廠的工藝流程，分析了自動化控制系統的軟件及硬件設計選型。
關鍵詞：
工藝流程；計算機管理系統；硬件設計；軟件設計；PLC
1凈水廠概況
浙江某凈水廠設計規模為10萬m3/d，供水水源為水庫水，原水經7kmDN800引水管道進入凈水廠，供水系統為全程重力自流供水，出廠水經消毒后重力自流至城區配水管網。
2工藝流程
本工程凈水處理系統工藝流程為：源水來自水庫，依次進入綜合池、V型濾池、清水池，經處理后，輸送至城市管網。本工程污水處理系統工藝流程為：綜合池產生的污泥排入排泥水調節池、提升至濃縮池濃縮后，進入污泥脫水機房，脫水后污泥外運。濾池的反沖洗水經回用水池提升至綜合池回用。本工程各類藥劑投加點：礬投加至管道混合器，石灰和高錳酸鉀投加至管道混合器前，粉末活性炭投加至折板反應池中部，氯氣投加至管道混合器前、清水池進水管和清水池出水管。
3中央控制室計算機管理系統
中央控制室計算機管理系統設于生產調度大樓的中控室，采用具有C/S（客戶機/服務器）結構形式的計算機網絡，同時可支持B/S（瀏覽器/服務器）結構形式，并可以與上級系統和周邊系統鏈接，現場站與中央控制室之間通過工業以太網光纖環網進行數據通信。中央控制站主要完成全廠的數據通信和調度管理。計算機系統建立在開放的、可靠的網絡環境中，系統中的硬件和軟件都具有可靠性、開放性和先進性。操作員站采用基于客戶機/服務器結構的Windows7操作系統，服務器操作系統采用WindowsServer2008操作系統。
3.1計算機管理系統設計
全廠控制網絡分三層。第一層為信息層：由2臺監控計算機、2臺數據服務器、1臺WEB服務器、1臺工程師站、網絡打印機等的基于IEEC802.3標準的以太網組成，在中央控制室設置1套100/10Mbps24口工業以太網交換器，用超五類網線相連，形成星形拓撲結構。第二層為控制層：由中控室監控計算機至廠內現場主站基于IEE802.3標準的工業以太網光纖環網組成。第三層為設備層：由現場控制主站至設備控制箱、現場儀表基于IEC61158標準的現場總線或常規I/O組成。
3.2計算機管理系統硬件設計
服務器及控制計算機選用DELL產品。工業以太網交換機采用MOXA品牌，PLC和觸摸屏均采用施耐德公司的產品。不間斷電源選用APC產品。
1）計算機技術性能
（1）CPU：酷睿i5-4570（四核，3.20GHzTurbo，6MB）。
（2）內存：DDR34GB。
（3）硬盤：SATA串行硬盤500G。
（4）光驅：光驅DVD±RW。（5）顯示器：24寸寬屏液晶顯示器。
2）數據服務器技術性能
（1）CPU：英特爾至強六核E5-2630。
（2）內存：4GBRDIMM，1600MT/s，低電壓，單列，x4帶寬。
（3）硬盤：300GB15KRPM6Gbps近線SAS熱插拔硬盤*4。
（4）光驅：DVD。
3）工業以太網交換機技術性能
（1）工業級以太網產品，符合標準的IEE802.3以太網標準，支持STP/RSTP協議，可構建快速冗余以太環網，單臺自愈時間≤30ms。
（2）帶有SNMP管理單元。
（3）支持Port-basedVLAN協議，可以對網絡進行靈活的子網劃分。
（4）支持QoS，對信息設定不同的優先權。
4）UPS不間斷電源技術參數
（1）雙變換在線式。
（2）具有較強的抗過載能力，至少要能夠達到125%的過載。
（3）具有人性化觸控式按鍵，清晰易懂的LED界面，可完整顯示UPS狀態、負載、電池容量、電池更換指示等詳細信息。
（4）能夠在130V~275V輸入電壓范圍內正常使用。
（5）具備短路保護裝置，發生故障時自動停機，故障消除后自動恢復。
（6）具備防雷擊保護裝置。
3.3計算機管理系統軟件設計
工業監控軟件采用亞控公司的KingSCADA開發平臺，在此平臺上設計開發用戶所需的生產管理系統。根據生產過程工藝儀表采集到的數據，生產設備運行中狀態信號和電氣數據以及化驗數據和其他信息等，協調和管理全廠的生產調度，打印生產報表、繪制趨勢曲線圖，報警及事件記錄。生成凈水廠的生產工藝流程、變配電系統實時動態圖，反映生產工藝流程的實時數據、完成報警、歷史數據、歷史趨勢曲線的存儲、顯示和查詢。生成各類生產運行管理的班報、日報、月報和年報表。在線生產成本分析系統具有對任意一個或多個時間段的生產成本進行統計、查詢、比較、分析等功能，為生產決策提供可靠依據。
4自動化控制系統
自動化控制系統采用PLC控制器，通過采集現場儀表的生產實時數據和控制設備的狀態信息，根據現場工藝的要求，實現凈水廠的過程控制、順序控制、連鎖控制、設備的開機、停機等各種操作，完成凈水廠的自動控制。自動化控制系統集成了計算機技術、通信技術、高性能PLC及智能化儀表。集中管理生產過程中的信息，以實現整體操作、維護、管理和優化；同時，也使得控制風險分散，提高系統可靠性。
4.1控制系統站點分布
本工程在廠區設置5個PLC主站和11個PLC濾池子站。5個PLC主站分別為：綜合池PLC主站、反沖洗泵房PLC主站、脫水機房PLC主站、加藥間PLC主站、加氯間PLC主站，每個濾格設置一個濾池子站，共11個濾池子站。PLC主站與SCADA服務器組成100M工業以太網光纖環網。所有PLC主站按無人值守的運行管理方式。
4.2控制系統硬件設計
根據生產設備、生產管理、工藝流程、構筑物位置分布相對分散的特點，系統選用施耐德電氣基于可編程序控制器（PLC）的控制系統。每個控制主站采用施耐德電氣的ModiconQuantum熱備系統（CPU67160系列）。11個濾格子站，采用施耐德電氣的ModiconM340（BMXP342020系列）控制系統。140CPU67160是ModiconQuantum系列最高端控制器，專用于雙機熱備冗余系統。CPU采用Pentium型芯片，主頻266MHz，內置RAM，并提供兩個PCMCIA擴展插槽，能夠很容易地滿足最大限度要求的程序擴展和數據保存。存儲器容量可以用PCMCIA卡（存儲程序、常數、變量名和注釋，備份文件等）進行擴展。集成Modbus、ModbusPlus、TCP/IP（熱備端口）、USB等多種通信端口，便于與其他設備實現數據交換。CPU上集成液晶顯示屏幕，用于顯示系統的運行、故障、通信等狀態信息和設置系統的相關參數。帶有后備電池的SRAM，可以在控制器斷電的情況下保存應用程序和數據。140CPU67160集成了100M的光纖通信端口，完成主備CPU模塊的數據同步。QuantumCPU使用可擦寫存儲器技術，支持控制器的執行存儲和指令集。這一最新的非易失存儲器技術，在不更換存儲器卡的情況下只需通過Modbus或ModbusPlus即可實現操作系統更新。
4.3控制系統功能設計
各PLC現場控制站設計具有下列功能：
（1）具有實時監測所屬監控工藝流程范圍內的生產過程參數（壓力、流量、液位）、水質參數（溫度、濁度、PH值、余氯等），并對采集的上述參數進行處理同時供上位機儲存、顯示。
（2）具有實時監測所屬監控工藝流程范圍內主要設備的運行狀態，并對其進行采集、處理同時供上位機儲存、顯示。
（3）具有全自動控制或調節計量泵、水泵、鼓風機、閥門等設備。
（4）具有自動進行越限保護處理和設備故障自動進行保護。
（5）具有可靠的安全措施，具有保護口令，防止越權修改程序。
（6）系統具有較強的自檢功能和故障自恢復功能。能夠承受運行中的各種干擾。
4.4控制系統開放性和可擴展性
開放性的系統整體結構可以保證系統具有較長的生命周期，系統在投入運行以后可能會有一些變化調整，因此系統必須具有靈活的結構，具有良好的開放性，在軟件和硬件的配置上能靈活增減。具有強大的系統維護和診斷功能，保證系統安全、可靠的運行。自動化控制系統的可靠性是整個系統長期穩定運行的關鍵因素。PLC、網絡設備、監控軟件等系統核心部件以及斷路器、開關電源、繼電器、接線端子等易損件均選用工業級、抗干擾能力強，在凈水廠自動化系統領域有長期運行經驗的國內外知名品牌。整個自動化系統能夠在嚴格的工業環境下長期、穩定地運行。系統組件的設計滿足國內、國際的安全標準，并且易配置、易接線、易維護、隔離性好，結構堅固，抗腐蝕，適應較寬的溫度變化范圍，能夠承受工業環境的苛刻條件。系統提供高度的在線維護性能。任何節點故障、離線或從系統中移去不會影響其他節點正常運行，具有標準的對外通信接口，便于與其他控制系統通信。選用高質量的設備搭建的系統架構，不僅可以保證系統穩定、可靠的運行，也將大大減少投運后的維護工作量、并節約二次投入的資金，同時避免因系統故障導致的損失。
作者：斯東浩 單位：浙江浙大中控信息技術有限公司
參考文獻
[1]史國生.電氣控制與可編程控制器技術[M].北京：化學工業出版社，2003.
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