罗克韦尔在水行业的解决方案

1、罗可韦尔自动化上海污水泵站应用解决方案（提供：ROCKWELL-罗克韦尔自动化）【在线联系作者】上海市政污水处理公司选择了罗克韦尔自动化和ProSoft技术公司独特的合作伙伴解 决方案来满足污水泵站控制系统的冗余要求和泵站之间的数据通信要求。背景上海位于中国的东海岸，人口超过1,600万。在90年代初期，上海市的污水处理 要求达到了临界水平。为了解决这一问题，上海市政污水处理公司考虑在1993年兴建新的 污水处理厂。上海污水处理工程（SWWTP）于1998年启动，目前正在根据不同的区域分阶段实施。 污水处理工程包括在上海市兴建大约50个大型抽水站，每个抽水站都能够将废水和污水直 接输往位于浦东

2、的预处理站。在浦东的预处理站，废水先经过净化，然后通过41公里长的 输水管道以每天170万立方米的流量排放到中国东海。上海污水处理工程的第一阶段包括 建立一个能够监视整个系统的中央监控系统一一从抽水站入口到东海排放口。工程的第二 阶段包括在距离中央控制系统周围2到15公里的范围内建设10个大型的抽水站，这些工 程已经在2000年初开始。为了确保系统的绝对可靠性，冗余是整个污水处理系统中的关键 因素。机械冗余是在抽水站实现的，每个抽水站具有6到8个水泵组-4到6个水泵投入 使用，另外加上2个备用泵。这些水泵的功率范围为从每小时30kW/76立方米到每小时145 kW/2590立方米。由于可以预知

3、的参数（家庭需水周期）以及更多不可预知的原因（诸如暴雨 对降雨量的影响），每小时以及每日的污水流量可能会有巨大的差别。因而，污水处理系统 精确的运行状况要根据对系统水位以及整个系统污水流量的精确测量来确定。挑战在工程建设的初期，上海市政污水处理公司选用了基于第三方系统控制和数据获 取（SCADA）技术的中央监控系统。SCADA系统成为了整个污水处理系统的核心，系统通过中 央控制室控制和监测每个抽水站，控制室直接连接到基于分布式网络协议（DNP）3.0的抽水 站数据网络。在水处理/废水处理行业通常使用非专利的公开协议DNP 3.0。该协议专门为 设备之间的通信而开发，并且设计用来优化获取的数据和

4、控制指令的传输。上海市政污水处理公司选择了上海电器研究所(SEAR I)进行系统的集成，完成分布式抽 水站控制系统的设计和开发。SEARI在选择分布式抽水站控制系统解决方案过程中面临着诸多挑战。首先，就 是支持远程抽水站和中央SCADA系统之间的DNP通信所需要的控制技术。第二(或许是最重要的)，就是实现系统的可靠性。要达到控制系统的绝对可靠性， SEARI试图寻找同时支持硬件和软件冗余的控制体系结构。第三，就是确保控制的精确性， 上海市政污水处理公司要求抽水站PLC和中央控制室的反馈时问最好小于20毫秒。最后，抽水站出现的腐蚀环境提出了进一步的挑战。硫化氢气体是废水中微生物 自然分解的产物一

5、反过来，硫化氢就会与氧发生反应产生腐蚀性硫酸。解决方案在准备第二阶段的废水处理系统升级方案时，SEARI找到了罗克韦尔自动化上海公司。在亚太地区合作伙伴ProSoft技术的辅助下，罗克韦尔自动化上海全球制造解决方 案工程师展示了公司的Allen-Bradley PLC-5控制器通过集成一个专用的DNP通信模块与 DNP协议进行通信的能力。ProSoft的3800-DNP模块设计可以直接安装到Allen-Bradley PLC-5机架上，提 供一种无缝集成基础。同时，DNP-3800具有两个通信端口，使得SEARI可以为每个抽水站 安装一个冗余的数据通信系统。罗克韦尔自动化抽水站控制解决方案包括

6、两个具有热备份功能的独立PLC-5，以 便提供绝对的控制冗余。方案包括两个位于独立支架上的处理器，两个处理器之间通过 Allen 一 Bradley 远程 I/O(RIO)协议连接。系统中众多的水泵组由各自相应的水井中的水位和每个抽水站中上游和下游流量 来控制。流量和水位计网络通过远程抽水站控制系统将这些测量数据反馈到中央控制室。在具有腐蚀性的抽水站环境下，不能使用一般的机械按钮、选择开关指示灯以及 量表。Allen-BradleyPaneIView人机界面(HMI)和PowerMonitor II为此提供了最佳的选 择。每个抽水站安装的PaneIView HMI可以为现场操作员提供监测和控制

7、界面，而 PowerMonitor II则监测和记录每个抽水站的电流负载、累计的运行时问和主要电气设备 消耗的电能。从P a n e I V i e w和PowerMonitor II中抽取重要的抽水站数据，然后通过 DNp网络传输到中央SCADA系统。成果罗克韦尔自动化解决方案远程抽水站控制系统已经实现了污水系统控制的绝对可 靠性。系统设计过程中的冗余(通信级和控制器级)为系统的可靠性提供了坚实的基础。ProSoft DNP模块的双端口 “抽水站中央控制室”通信确保了数据连接的绝对可 靠性。一个DNP端口通过DDN租用线路连接到主抽水站，而第二个端口则通过独立的调制 解调器拨号进行连接。如果

8、其中一个端口的通信发生故障，中央控制器只需转向另一个端 口即可。在控制器级，控制系统具有“热备份”功能一如果主控制器发生故障，系统可以 平稳切换到备用控制器。这样就可以确保污水处理系统的高度实用性。高标准的抽水站控制冗余对整个污水和废水系统来说至关重要。罗克韦尔自动化 上海高级销售经理周平说“如果抽水站发生故障，客户将会感到非常为难。”他说，“其 实，如果抽水站发生故障，大街上都会是污水。这就意味着对整个系统的可靠性要求非常 苛刻。我们已经开始确保控制系统全天运行，这样系统就几乎不需要进行维护或者操作人 员参与。”强大的罗克韦尔自动化/ProSoft合作伙伴提供了最初非常重要的PLC-5/DN

9、P模块 解决方案，确保了远程抽水站和废水系统中央SCADA之间的无缝网络连接。这是PLC-5/DNP 解决方案第一次在中国应用，而此时就能够保证10毫秒的事件序列(SOE).轻松满足了上 海市政污水处理公司所要求的抽水站到中央控制系统反馈时问“小于20毫秒”的标准。最初，系统升级的第二阶段仅包括建设7个由PLC-5控制的抽水站。然而，随着 工程的进展，又增加了另外三个，使抽水站的总数达到了 10个。“Allen-Bradley已经在 为污水处理行业提供控制系统时获得了良好的声誉”，上海市政污水处理公司经理魏斌说， “我们对Allen-Bra-dley技术人员渊博的知识印象非常深刻，他们知道客户

10、真正需要什 么。”从魏斌先生那里得知，整个系统运行状况良好。“实践表明，Allen- Bradley的 系统可靠性高，界面友好，容易和其他系统整合到一起，”他说，这就是为什么我们追加 了三个抽水站项目给罗克韦尔自动化。”罗克韦尔在苏州新宁水处理厂解决方案(提供：ROCKWELL-罗克韦尔自动化【在线联系作者】自动化的中国水处理厂具有无可比拟的可靠性并且每年能够节约大约360.000美元的 停工成本。罗克韦尔自动化的“集成体系结构”解决方案使苏州新宁水处理厂达到了最大运营 效率。整个自动化水处理厂减少了 40名操作员，现在只有16名。背景苏州位于中国江苏 省，在上海西部大约150公里。由于技术开

11、发区的发展，苏州也在扩展中。苏州新区(SND) 规划总共有52平方公里，包括一个中央商业区、一个居民区、以及一个接纳外国人和大 型合资企业投资的重要工业区。迄今为止，SND开发工作一半已经完成一现在有400个工厂和100,000个居民。新区 内60%的企业集中在电子和信息技术，这些企业对过去几年中苏州不断增长的经济环境起 到了重要的作用。SND的整体需水量正在逐渐增加，并且已经超过了 300,000吨/天，已经 达到了现有供水设施的极限。为了满足日益增加的用水需求，苏州市政部门已经在2000 年兴建了一座全新的水处理设施。苏州新宁水处理厂目前的产量为150,000吨/天，正在 为苏州城25%的

12、地区提供饮用水。规划中的项目第二阶段就是要把现在的水处理能力翻倍。在苏州新宁自来水公司，水源来自于苏州西南20公里处的太湖，太湖水被输送到苏 州的水处理站，在水处理站进行化学处理、过滤然后分配到整个城市，水质可达中国国家 标准“二级”。挑战据苏州新宁自来水公司总工陶维峰说，停水是不能接受的，“即便是两个小时也不 行，”他说，这就意味着他们在寻找供应商和添加新的设施。苏州新宁自来水公司注重产 品的性能质量。尤其是，公司需要能够提供最终可靠性的控制解决方案一一当然还包括灵 活性和可扩展性。陶维峰先生还强调系统安装的速度。“工程延期不仅增加建造成本，而且供水不足也 会影响到苏州新区自身的发展”一系列

13、与控制系统相关的挑战也接二连三的出现了。控制解决方案需要实现城市中土 要水处理厂和20公里远处的太湖抽水站的通信连接。而且，为了防止所发生的任何停工， 苏州新宁水处理厂需要具有控制系统冗余。另一个挑战在于新建的水处理厂中的员工对水处理操作知识甚少或者根本没有经验， 这就意味着控制系统必须直观而且易于使用。解决方案基于罗克韦尔自动化在水处理行业广泛的经验以及公司产品质量的良好信誉，苏州新 宁水处理厂选中了基于Allen-Bradley技术的控制解决方案。与系统集成商上海远东科技 公司以及苏州新宁水处理公司一起，罗克韦尔自动化全球制造解决方案小组为新的水处理 厂开发了一套高度自动化的解决方案，充分

14、采用了其集成体系结构”技术。自来水公司新控制系统基于四个Allen-Bradley PLC-5控制器。其中三个控制器位于 自来水公司的苏州水处理厂，并且通过大流量全冗余控制网通信网络相连接。第一个PLC 控制着化学处理厂，在化学处理厂要完成加铝凝聚、氯化以及加钙中和。第二个PLC监视 着关键的过滤过程。这里，在水处理长的核心有10个独立的SLC-500连接到PLC-5,分别 控制着10个独立的V形过滤器中水的平衡和运行情况。据陶维峰先生说，这一阶段是自 动化系统最重要的部分，因为这些根本不能实现手动控制。同时，由于这一处理过程至关 重要，所以要确保每个过滤器都具有专用的SLC，以提供一定程度的

15、冗余。城中水处理厂的第三个PLC控制着土送水室，土送水室负责将净化过的水分送到整个 城市并且进行质量监测。上述三个PLC都连接到当地的PanelView人机界面(HMI)，并且 还有多个Flex I/O接点通过通信网络连接。同时，三个PLC还通过控制网连接到土控制 室中运行罗克韦尔软件RSView32的两个监督和控制日MI上。第四个也是最后一个PLC-5位于20多公里之外的蓄水站。同时，第四个PLC还通过 网络连接到当地的PaneIViewHMI和Flex I/O以及连接到运行RSView32的当地SCADA HMI。 基于以太网的数字数据网络连接(DDN)用来对相距20多公里蓄水站和城市中的

16、RSView32 水处理站进行实时监测和控制。罗克韦尔RSSqI数据传输软件也被用来从控制系统中采集数据，并且将数据存入连接 到制造信息系统(MIS)的SQL数据库。这样就可以为MIS生产、财务、人力资源以及内务 管理子系统提供实时的运行数据，这是苏州新宁水处理厂的操作员和管理员以及经理的重 要数据资源。RSLinx软件被用作控制(控制网)和数据(以太网)通信层的接口。成果高级控制系统已经为苏州新宁水处理厂带来了可观的利润一自从2000交付使用以来， 水处理厂一直稳定可靠地运行，期问只有一些与罗克韦尔自动化毫不相干的微不足道的停 工。在一个工业中，每年有两周的维护时问是很正常的事情，然而苏州新

17、宁水处理厂却没 有，这就意味着每年可以节约360,000美元。“自来水厂停工是不能接受的事情”，陶维峰先生不断重复说。“自来水厂停工不仅 会极大影响对苏州城的供水，而且还可能会导致电子生产减产甚至是停产。许多电子产品 制造商已经在苏州新区建立了新的工厂。”他补充说道，罗克韦尔自动化控制系统没有失 信于人。“每个V形过滤单元都有一个手动控制罐，作为每个SLC500的冗余，”他说， “但是，由于SLC的高度可靠性，这些控制罐似乎根本不需要。”据陶维峰先生说，自 动化水处理厂只需要16个员工连续工作，在未采用自动化系统之前则需要56个员工。这 样就可以每年节约145,000美元。是集成通信系统的高效

18、运行才使得苏州新宁自来水厂获得了如此丰厚的利润。“我们 的水处理厂可以根据管道网络的压力自动调整输出水泵的流量和压力”陶维峰先生说， “工厂的快速响应导致了更高的自来水产量。”此外，由于控制系统能够根据水质测量仪器获取的数据进行响应而实时的调整化学药 品含量以及先进的V形槽过滤处理工艺，自动化控制自来水厂的水质也优于非自动化控制 的自来水厂。根据RSSql所获取的数据，可以在任何给定的时问从中央数据库评估诸如水 质状态或者输出体积等参数。（提供：ROCKWELL-罗克韦尔自动化【在线联系作者】罗克韦尔自动化公司在北京石景山白来水厂的全方位白动化解决方案具有中火控制， 易于维护，可靠性高以及水处

19、理测量精确度高等特点，可节省30%的维护成本。背景北京石景山自来水公司座落于中国北京，土要为石景山地区约二十万居民面积达12.5 平方公里的区域提供清洁用水。自来水来源于地下，然后通过长达78公里的配水网送达 水处理厂进行加工处理以达到政府规定的清洁用水要求。该厂每天要输出5万吨自来水以 满足古城路，八角，鲁谷地区和金鼎开发区等地区的用水要求，因此对于年营业额达4百 万美元的石景山公司来说，引进一个自动化程度很高的水处理系统就成为一种迫切需要 了。挑战过去，由于水处理的数据判读都是通过人工操作的，因此它们经常不够精确，也不 够系统化以提供详尽的数据报告。对于北京石景山自来水公司这样大规模的自来

20、水处理厂 来说，要达到市政府和地区政府在1 998年制定的用水标准，必须采用一流的技术以确保 饮用水的高质量。时问对于北京石景山自来水公司而言也是个重要因素，因为系统改造的 调试期限只有10天。在这短短的十天时问内里，系统改造要实现中央和集成控制，达到 高可靠性，易于维护，具有扩展能力和开放式体系结构等特点。此外，还必须提高压力泵 的性能，因为当启动和停止操作时会使水对压力泵及进水管造成附加压力，从而减少设备 的可用时问。为提高整个水处理厂的自动化控制水平，罗克韦尔自动化公司的工程师和系统集成公 司员工密切合作，为自来水处理厂提供了一整套自动化控制解决方案。在这个解决方案中， 罗克韦尔自动化提

21、供了重要的技术咨询，包括就地控制和遥控的双重化热备实现方案。新 的自动化平台纳入了罗克韦尔自动化公司的可编程逻辑控制器(PLCs)，1336个驱动器，一 个SCADA系统，联网能力，以及逻辑接口和人机接口软件。新系统还安装了智能化 电动机控制器(Smart Motor Con-trot(SMC)Dialog PlusController)以减少在抽水系统中的涌浪带来的损害，提高设备的可用时问。这一解 决方案减少了 30%的维护成本。系统可在手动和自动模式对配网和井泵进行控制，并采用 了比例积分和微分控制(Proportional Integral andDerivative (PID)策略以及

22、自整定 功能以控制出水压力。新的体系结构也包括故障分析和报警功能，可以为整个控制平台提供完全数据报告。 由于在就地控制台和中央控制室安装了RSView32和活动显示服务器(ActiveDisplayServer (ADS)，因此系统还可以实现远程监控。由于这两个监控系统的安装，水处理过 程可以在工作当中动态地显示出来，以便作业人员进行操作，同时，管理层人员也能够通 过活动显示服务器观察到系统的动态情况，这使得车问土任和总工程师只要键入一个安全 密码，就可以实现即时沟通，共同对生产过程进行探讨、了解和检查，从而根据具体情况 作出相应的调整。RSView32和活动显示服务器提高了管理所需的对车问生

23、产情况的了解水平，创造了一 个更加现代化的信息通畅的控制平台，精减了作业人员。RSView32还能够记录所有生产数 据，为生产研究和制作其它管理报告提供了方便。石景山自来水公司的经理王宝禄(音译)先生对这个新的现代化生产方式表示非常满 意。他说：“罗克韦尔自动化公司一向以质量优异著称，我们厂采用罗克韦尔自动化公司 的解决方案后已运行了一年时问，没有出现任何产品质量方面的问题。罗克韦尔自动化公 司的解决方案是可靠的，它的软硬件为我们厂提供了很高的稳定性。这是一个非常好的解 决方案。”成果由于罗克韦尔自动化公司的这一全方位自动化控制方案的高效率和适用性，石景山自 来水公司已实现了该行业所需的高效率

24、和低成本。自1998年投产以来，该厂已节省了大 量人力和能源消耗。象石景山水厂这样每天要处理5万吨水的自来水公司通常都需要70 名作业人员，但石景山水厂只有31名。按中国的平均工资水平计算，改造后水厂每年节 省资金117,000美元，即每人节省资金近3千美元。能源成本也有所降低。在进行全自动 控制改造之前，能源消耗平均为0.45kWh/T，现在这一数字已降低到0.38kWh/T，每年节 省能源 1277500kW h/T城市污水处理厂控制系统-北京高维精诚科技有限公司（提供：北京高维精诚科技有限公司【在线联系作者】城市污水处理是政府的重点工程，一些大的城市每天要处理污水几十万立方米乃至 几百万

25、立方米。城市污水处理工程自控系统设计要求采用集散型控制系统，采取“集中监测，分 散控制”的原则，由厂级中央监控工作站和现场分散控制站组成全厂工业控制网。现场控 制级与二台中央调度计算机之间的通讯采用以通讯光纤为介质的高速工业以态网。一、系统的要求：系统结构控制网络的设备容量128台，通讯波特率5MB，通讯距离2KM，在出现故障时 增加或删除一个节点，都不会影响其它设备的运行和通讯。故障诊断控制系统应具有自诊断功能，可以在运行中诊断出系统的部件是否出现故障，并 且在监控软件中及时、准确地反映出故障状态、故障时间、故障地点、及相关信息。在系 统发生故障后，I / O的状态应返回到系统根据工艺要求预

26、设置的状态上。通讯系统的性能控制系统应是开放的控制系统。它除了具有良好的网络通讯能力外，通讯结构应 采用国际标准的工业环形冗余结构。还应具有与其它控制系统通讯功能和标准的对外通讯 接口，网络连接应无特殊要求。扩展性和兼容性为了保证在工厂扩建或改造时满足工厂的控制要求，控制系统应具有较强扩展能 力，并且系统的关键部件如主机、电源及通讯网络均可进行扩展。控制网络要求安全可靠、迅捷高效的控制网络是成功的过程自动控制系统的先决条件，对于分 布式自动化控制系统更是如此。本项目的通信系统采用以光纤为传输介质的冗余网络结 构，它包括：.工业以太网，传输速率为10MB/S.现场总线，传输速率为9.6KB /

27、S至12MB / S （波特），可根据需要自由设定。工业以太网作为整个控制系统的系统总线，用于连接中央控制室内的各种设备 （包括工程师站和操作员站）和各个现场控制站。二、系统设计自控系统采用美国AB公司生产的CONTROLLOGIX系列PLC，PLC控制系统的组成 如下：现场仪新站现场HCC站控制系统组成图如上所示，自控系统的组成主要包括：PLC现场控制站现场控制站的PLC系统的主要功能是远程I/O模块和通讯的功能，它主要包括模 拟输入模块、数字输入模块、数字输出模块、以及通讯模块。主PLC控制站主PLC控制站的主要功能是通过预先编制好的控制程序，对现场控制站I/O模块 所采集的数据进行分析、

28、运算并相应的输出结果。主PLC控制站还通讯功能，包括和PLC 现场控制站之间的通讯和与中央控制站之间进行通讯。它的组成主要包LIMKPLC的CPU)、 通讯模块和电源等。控制网络自控系统系统包括如下网络：3.1工业以态网工业以态网是一种带有冲突检测的多点数据通讯方法(CSMA/CD)，使用国际标准 的TCP/IP协议，大庆东城污水处理厂自控系统采用工业以态网来完成中央控制站和现场 控制站之间的数据传递，利用工业以态网，可以充分的利用系统资源，数据的传送可以畅 通无阻，因为它采用国家标准的TCP/IP协议，所以它可以方便地进行连接和扩充，并且 可以在国际互连网上，获得污水处理厂的数据信息。AB的

29、CONTROLLOGIX系统通过ENET模 块，来实现在以态网中的数据传递。3.2 PLC 控制网络(CONTROLNET)控制网络是一种高速确定性的网络，用于对时间有苛刻要求的应用场合的信息传 输，它为对等通讯提高了实时的控制和报文传送服务。CONTROLLOGIX系统的控制网络对同 一链路上的I/O、实时互锁、对等通讯等，均具有相同的带宽。对离散和连续的过程控制 应用场合，均具有确定性和可重复性的功能。在控制网络内，可以实现输入数据的多信道 广播、对等数据的多信道广播。通过CBNR通讯模块，可以轻松地完成CONTROLNET控制网 络的通讯功能。3.3中央控制室计算机中央控制室计算机采用力

30、控组态软件来完成实时控制和监测功能。三、控制方案概述仪表和动力设备均设有两种控制方式，即现场手动控制方式和集中控制方式， 以集中控制方式为主。集中控制主要在值班控制室的PLC控制台上由值班操作员进行。集 中控制方式又分为自动控制方式和手动控制方式。虽然在中央控制室也可对现场仪表和设 备进行必要的直接操作控制，但中央控制室主要是执行管理和监督功能和对重要设备的运 行及停止给出允许指令。1调节池控制1.1进入污水处理厂的污水首先进入调节池，以对水量和水质进行调节。调节池 内的4个潜水泵对应有4个电动碟阀。潜水泵和电动碟阀的控制分手动方式和自动方式。 在自动方式下，当调节池水位高于75%时，4台潜水

31、泵和其对应的电动蝶阀全都起动和打 开。当调节池水位在5075%时，只起动3台潜水泵并打开和其对应的3台电动蝶阀。当调 节池水位在2550%时，只起动2台潜水泵并打开和其对应的2台电动蝶阀。当调节池水位 在低于25%时，只起动1台潜水泵并打开和其对应的1台电动蝶阀。当调节池水位低于低 限设定值时潜水泵停泵，电动蝶阀全关。在手动方式下，操作员可根据情况对每台潜水泵 和其对应的电动蝶阀单独操作。1.2调节池的搅拌机可根据潜水泵运行信号自动起动，也可由操作员手动起动。 自动起动方式下，搅拌机可分组起动或全部起动。手动起动方式下，每台搅拌机均可单独 操作。1.3流量计FI-101增加进水流量累计软功能块，对进水流量进行累计，数据存 在中央监控计算机的数据库中，可随时调用和打印。2细格栅间与沉砂池的控制2.1细格栅间设回转式机械格栅2台（1用1备）。细格栅间前后各装有启闭机 和液位差计。去渣设备可根据液位差（如大于某设定值）或定时自动起动，也可由操作员 手动起动。2.2沉砂池的行车式刮砂机和砂泵可根据设定的时间自动同步运行或由操