和利时实现水处理行业信息化

本刊记者/顾硕

EURAWASSER GMBH Uwe Stephani VIPA北京代表处翻译

和利时实现水处理行业信息化

本刊记者/顾硕

和利时从2000年开始拓展水处理行业，以专业技术实力和优质的服务，成功实施水处理项目100多个，其中污水处理项目50多个，自来水厂项目10多个，中水回用项目10多个，工业废水处理项目30多个。现今用户对和利时在水处理行业的PLC产品、技术支持、品牌及服务等方面有了较大程度的认可。

北京和利时自动化驱动技术有限公司副总经理 樊军平

和利时在市政行业提供LK系列大型PLC产品以及为市政行业定制的SCADA监控软件平台。这些产品广泛应用于城市排水、防洪、隧道、供水、供热、燃气输送等设施。近年来，和利时通过在市政行业的广泛宣传和积极拓展，自主研发的LK系列PLC产品，在市政行业应用套数稳步增长，2014年销售近百台。

水处理走向信息化

据北京和利时自动化驱动技术有限公司副总经理樊军平介绍，和利时LK系列PLC是和利时在总结十多年控制系统设计和工程项目实施经验基础上推出的适用于中、高性能控制领域的产品，CPU模块集成工业级处理器（主频可达533MHz），指令处理速度可达13ns。采用高性能的模拟量处理技术、小型化的结构设计、开放的工业标准、通用的系统平台，使产品不仅具有强大的功能和卓越的性能，而且具有更高的可靠性、开放性和易用性。针对市政行业潮湿、腐蚀、霉变的使用环境，LK系列PLC在生产制造过程中可增加防腐处理的工序，使得该产品更可靠，更安全。近年来，和利时不断总结市政行业的特点，积极响应行业需求的变化，快速推出适合市政行业的新产品、新功能。和利时在市政行业的产品技术创新能力，巩固了其在市场中的核心竞争力。

众所周知，自动化技术已经广泛应用于市政行业的各类基础设施的监控与管理中。随着信息技术、通讯技术、控制技术快速发展，物联网、大数据技术的创新与推广，各类市政设施、管网将互联、互通、数据共享。基础设施的实时监测数据作为城市运营管理的基础数据，为城市安全稳定运营，提供保障。这对于自动化系统的开放性、安全性、可靠性提出了更高的要求。

和利时从2000年开始拓展水处理行业，以专业技术实力和优质的服务，成功实施水处理项目100多个，其中污水处理项目50多个，自来水厂项目10多个，中水回用项目10多个，工业废水处理项目30多个。现今用户对和利时在水处理行业的PLC产品、技术支持、品牌及服务等方面有了较大程度的认可。

樊军平认为，国家对水环境的保护和治理正在提出更高的标准和要求，市政水处理行业将迎来投资热潮，新建、改扩建、提标改造项目也将大幅增加。用户在对厂级水处理设备及工艺过程实现自动化监控的基础上，还需建设先进的生产管理信息系统，实现生产过程管理信息的全覆盖和工艺流程的可视化，优化资源分配，科学绩效管理，降低工厂物耗能耗，增强盈利能力，提高运营效率。市政行业将对管控一体化、工厂信息化、数据公开透明化。这恰是自动化产业发展的新机会。

“两化融合”为自动化产业带来新机会

另一方面，在樊军平看来，“两化融合”也是市政行业发展的必要趋势。他讲道：“国内很多市政部门都已经着手推进‘两化融合’工作。和利时在厂级水处理控制方面，拥有自主知识产权的PLC产品，在管控一体化方面，拥有自主研发的大型SCADA监控软件平台。结合这些优势，和利时提出了城市污水处理集中监控和远程调度管理解决方案。”

樊军平具体介绍了和利时污水处理解决方案有如下几个特点：（1）减员增效：系统平台能将分散在各处的PLC、仪表、变频器等设备的运行状态及有关信息上传至污水处理厂监控中心，并下传控制命令。可将工艺、过程数据等以丰富的动画形式、趋势曲线、报表等多种可视化途径展现出来，极大缓解人力劳动，减少企业人力成本。（2）方便系统升级改造：系统平台拥有不同型号的PLC、仪表、变频器、污水提升泵电机、闸门、电动/气动阀门、粗/细格栅电机、鼓风机等设备驱动。随着后续系统的改造或者扩建，系统提供的3000多种硬件设备驱动以及可定制化的服务能很好的满足兼容性。（3）统一的设备维护管理平台：系统平台提供监控设备使用状况功能，显示电机、泵等设备的运转情况、电流和电压、设备的故障信息，提供自动报警显示并存储，并且对大型水处理设备、重要仪表统一管理，提示维修人员及时更换备件、及时维护，延长大型设备、仪表的使用寿命。（4）节能降耗：监控各工序能耗、大耗能设备的能源利用，对企业内部水、电、原料等公用工程资源进行管理。通过建立各类能源计量网络，全面监控企业能源消耗及管网运行情况，实现能源信息共享，挖掘节能潜力，促进企业节能降耗增效。（5）集团化的生产运营管理：系统平台支持大量实时数据的采集、历史数据的归档查询、关键指标如COD的控制、对设备的运营诊断优化，从而快速了解企业信息，掌握工厂的运行情况，并对整个城市的污水处理过程进行统一管理、调度。

由此可见，想要实现城市污水处理信息化，需要将所有底层现场的电气控制、过程控制、运动控制和数以万计的仪器仪表测试系统都高度、有机地融合在综合自动化网络上。从自动化控制和生态管理到企业全方位管理的信息数据全部集成，再不是过去的PLC、DCS、FCS的自动化孤岛，需要实现管理信息系统、生产监控系统和生产决策系统的有机融合。这正是和利时为客户所提供的市政解决方案的核心价值。

成功案例分享

污水处理厂的控制系统设计基于现代先进控制思想，采用分散控制、集中监测管理的控制方式，采用以和利时公司LK系列可编程控制器（PLC）为核心的控制系统。基于LK自动化控制系统应用于污水处理厂，完全能满足污水处理工艺的要求，提供了一种高可靠性、低成本、更优化的控制方案。

整个系统由1个中央控制室、4个现场PLC控制站组成。现场PLC控制站，由可编程序控制器（PLC）系统及检测仪表组成，对污水处理厂各工艺过程进行分散控制；再由中央控制室（CCR），对全厂实行集中管理。中央控制室、PLC控制站之间的数据通讯采用高速的、实时的工业以太网，网络结构为环形，通讯速率为100Mbps，传输介质为光纤。中央控制站设于综合楼中控室；现场控制站设4个，分别位于进水泵房（1＃PLC控制站）、变配电间（2＃PLC控制站）、鼓风机房（3＃PLC控制站）、污泥浓缩脱水机房（4＃PLC控制站），均采用和利时公司 LK系列PLC。

整个系统采用二级网络结构，即生产管理网和生产控制网，将过程实时数据、运行操作监视数据信息同非实时信息及共享资源信息分开，分别使用不同的网络。有效地提高了通讯的效率，降低了通讯负荷。生产管理网采用工业以太网，网络结构为环形，传输介质为光纤。生产控制网采用现场总线形式，采用PROFIBUS国际通用的开放式现场总线，传输介质为屏蔽双绞线。

污水处理厂自动化控制系统控制方式设计为现场设备就地手动控制、自动化控制系统远程手动控制、自动化控制系统远程自动控制三种控制方式。三种方式的级别由高到低依次为就地手动、远程手动、远程自动。

净水制造——将极度白垩的井水转化为饮用水

EURAWASSER GMBH Uwe Stephani VIPA北京代表处翻译

1　引言

由于特殊的地质环境，德国Neckar-Odenwald的Osterburken小镇周围遍布着石灰岩层，只有这些极度白垩的井水可做为供水源。为了满足生活用水，保护家用电器和管道，从2010年起，这座城市就开始建立最现代化的软化水工厂。来自Höpfingen的Kuhn Ltd. 公司负责装备这类工厂。这家公司已历经三代，致力于饮用水的循环以及废水处理的工作，他们的服务范围包含管道建设，技术装备以及完整的电气与控制工程。项目负责人Thomas Schäfer指出，“在Osterburken所采用的技术，完全没有在饮用水中添加化学添加剂。我们在这里使用的纳米过滤技术，通过渗透，过滤掉溶解在水中的使水硬化的物质”。该设备的处理能力达到650立方米/14小时，这是Osterburken市的平均日常需求，水的硬度由26°dH下降到11～13°dH。出于安全考虑，许多设备都要求是冗余的，例如每台泵都有一个额外的泵备用。工厂记录所有的填充量、压力、流速，甚至pH值和水的混浊度，并显示在控制柜的操作面板上，电导率的偏差会及早反映出水的盐度是否改变——这表明过滤隔膜可能有损坏。

2　易于编程，控制便捷

这个工厂的特殊要求是，将水的硬度转变为一个可设置的参数，按需要进行调整。由于饮用水的动态存储管理和软化过程中的可变流量管理，要求最优化的控制和及时准确的切换。我们采用了基于SPEED7技术的中央控制器CPU314-6CG13，它包含PROFIBUS接口和以太网接口，便于与控制面板的通讯和编程，因而可以节省昂贵的通信处理器，直接与CPU相连接。SPEED7技术是基于西门子STEP7编程的最快的控制系统之一，通过这种技术，大量的程序模块和复杂的控制软件，可以通过紧凑的CPU很容易地在2毫秒内完成一个循环处理。此外，这款CPU还集成了一些开关量和模拟量输入，输出功能，其中的8路开关量，可按需要作为输入或输出通道，CPU的运行也不需要额外的存储卡。

其余的传感器和执行器通过PROFIBUS连接到控制器。紧凑的SLIO模块，可以安装在控制柜很小的空间内，将控制信号连接到主CPU，并且支持多种总线协议。

在这个项目中，Kuhn公司设计了三个分散的I/O站：分别在中央控制柜，纳米过滤设备和可移动的清洁设备，通过PROFIBUS连接。SLIO模块阶梯形的弹簧卡接易于快速接线，标签条和LED诊断直接对应于信号通道，以确保在故障发生时，易于准确判断。由于分布式的安装，最大限度的减少了布线的工作量。

全铝合金外壳的VIPA 12寸触摸屏很适合于这个场合的应用，它提供预装的Windows CE 6.0操作系统，以及运行版Movicon11，它集成了128 MB工作内存和2 GB用户内存，具有充足的硬件资源，满足数量巨大的标记名要求。触摸屏通过以太网连接到PLC，除了用于现场显示和现场操作，还可存储处理过程的数据。此外，它还具有完整的报警管理功能，可以在超过限值或出现故障时被激活并发出信息。当然，它也提供丰富的可参数化的图形库，以及各种历史趋势图，可以记录和观察长时段不同对象的状态。

所有组件，包括从PLC、远程I/O到操作屏均由VIPA公司提供：“这使得我们在构建工厂控制系统时变得容易，单一的供货商提供给我们更为及时周到的支持”项目负责人Thomas Schäfer强调指出。

3　远程访问

所有非常规的数据都将从工厂直接传输到控制点，控制点包含从水井室到水库的5个通讯和40多个站点。这类连接通过控制柜中的GPRS调制解调器建立。根据系统发出的消息，技术人员被派往工厂现场或通过远程访问直接控制设备，例如，可以通过远程控制关闭滑阀或根据需要开关水泵。

系统每15分钟定期地更新测量值，此外还可进行随时查询，所有当前数据可以即刻显示出来，所有设备参数也可通过互联网查看。这就使得技术人员即便在周末的值班中，也可在第一时间通过自己的电脑或者智能手机查看现场的即时运行状况，并立即使用适当的工具及零备件解决现场的问题。此外，所有数据都被存储在VIPA触摸屏的记忆卡内，因此可随时查询过去24小时内的数据。

整个软化水过程，包含许多环节，从水井室的水泵开始一直到饮用水网络，所有控制过程必须稳定可靠，以保证饮用水的恒定不间断的供应。VIPA CPU强大的功能表现在极快的运行速度，系列化的大内存和灵活的内存管理，可以很容易地通过MCC卡扩展，内置的Ethernet接口用于通讯也利于编程；远程信号通过PROFIBUS与SLIO系统连接；连同12寸触摸屏的可视化操作，构成整套控制系统，保证了软化水工厂的理想的无故障运行。项目负责人Thomas Schäfer说，“我们在水厂自控中，已经使用VIPA系统多年，所有的技术人员都能熟练使用VIPA控制器。除此之外，还对VIPA团队给予的关注表示高度赞赏，有时我们甚至会在周五的晚上收到VIPA工程师Mr. Mark Kohl的技术支持，从某种程度上他也是个手机应用的专家。