九江某水廠自動化系統(tǒng)改造項目的探究和啟示

【摘要】本文通過對九江某水廠原自動化系統(tǒng)存在問題的簡要分析和對該自動化改造項目技術(shù)方案以及工程實施保證措施的論述，揭示了在水廠自動化改造過程中，根據(jù)現(xiàn)場具體情況，按照經(jīng)濟(jì)適用的原則，優(yōu)選改造方案和工程保證措施的重要性。

【關(guān)鍵詞】水廠；自動化；改造

一、原控制系統(tǒng)簡介

九江某水廠自動化控制系統(tǒng)自1998年投入運行，到現(xiàn)在已有十余年。自控系統(tǒng)現(xiàn)場監(jiān)控硬件為當(dāng)時較為流行的德國西門子S5系列PLC，共設(shè)取水站、凈水站、送水站、監(jiān)控主站四個控制站，三個控制站通過CP5431通訊模塊，以PROFIBUS-FMS通訊協(xié)議上行與監(jiān)控主站通訊，其中，凈水站又以PROFIBUS-DP通訊協(xié)議與下掛的10個ET200U遠(yuǎn)程I/O子站，完成一、二期反應(yīng)沉淀池、濾池、加氯間以及加藥間的控制。

監(jiān)控主站系統(tǒng)由主站PLC0及2臺主監(jiān)控計算機(jī)的構(gòu)成。主站PLC0在與上述分站完成通訊的同時，也通過CP1430的S5通訊模塊，以10M的SINEC H1以太網(wǎng)通訊方式與兩臺主監(jiān)控計算機(jī)上的FIX3.5監(jiān)控軟件通訊，形成全廠的監(jiān)控系統(tǒng)。

二、存在的問題

從原自控系統(tǒng)建成運行情況看，存在遭受雷擊和干擾而造成的控制系統(tǒng)運行中斷等現(xiàn)象。主要原因分析如下：

首先是設(shè)計強(qiáng)電和自控系統(tǒng)共接地系統(tǒng)，且部分通訊線路與強(qiáng)電線路同行，易受雷擊和電磁干擾。其次因廠區(qū)開闊，各自控子站間物理通訊鏈路較長，通訊介質(zhì)為屏蔽雙絞線，抗雷擊和干擾能力弱。

另外自控系統(tǒng)通訊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不合理，所有凈水工藝（加礬、加氯、反應(yīng)沉淀和濾池）的控制均在凈水子站。一旦該站CPU或通訊出現(xiàn)故障，則造成整個凈水工藝的自動控制癱瘓，影響范圍大，如發(fā)現(xiàn)、處理不及時將會造成生產(chǎn)事故。而一旦該站與中控站通訊出現(xiàn)故障，則不能在中控室監(jiān)控凈水工藝運行狀態(tài)，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。

三、改造方案的確定

近幾年來，雖通過采用隔離電源，電源和通訊避雷器，光電中繼器，抗干擾抑制器等多種手段防范雷擊和干擾，有一定的效果，但不能從根本上解決干擾的問題，通訊中斷時有發(fā)生。為徹底解決該廠自動化系統(tǒng)存在的問題，提出了以下改造方案。

1、采用目前較為流行和成熟的德國西門子S7系列PLC（S7-300和S7-200）作為現(xiàn)場監(jiān)控硬件，替換已淘汰的原有S5系列PLC產(chǎn)品。

2、適當(dāng)調(diào)整原有的控制站點設(shè)置，采用分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)風(fēng)險，提高系統(tǒng)的整體可靠性。在取水泵房、送水泵房、濾池控制室、加藥間各設(shè)置一套西門子S7-300系列PLC控制站，加氯間設(shè)置一套S7-200系列PLC控制站。在一、二期反應(yīng)沉淀池控制室分別設(shè)置一套現(xiàn)場控制子站；在一、二期雙閥濾池設(shè)置4套現(xiàn)場控制子站，所有這些現(xiàn)場控制子站均采用西門子S7-200系列PLC。中控室監(jiān)控平臺升級為IFIX5.1。

3、改造廠區(qū)控制網(wǎng)絡(luò)。全廠各控制站采用環(huán)形光纖以太網(wǎng)作為通信網(wǎng)絡(luò)，以解決原來長距離通信鏈路上存在的易受干擾、雷擊損壞等問題。并采用世界知名公司的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)作為全廠工控網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換設(shè)備，大大提高數(shù)據(jù)的傳輸速度和通信的穩(wěn)定性?？紤]距離較短且通信線路基本處于室內(nèi)環(huán)境，將反應(yīng)池控制子站和濾池控制子站分別通過PROFIBUS DP協(xié)議與加藥間控制站和濾池控制站進(jìn)行通信。該項目改造后的自控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖見附圖1。

4、完善系統(tǒng)的防雷接地。所有PLC柜加裝隔離變壓器和電源防雷器，引自PLC柜所在構(gòu)筑物之外的模擬信號在柜內(nèi)加裝信號防雷器，所有PROFIBUS DP采用通訊防雷器。增加控制柜內(nèi)的通風(fēng)散熱，以提高系統(tǒng)的可靠性。

四、改造工程施工措施保證

原自控系統(tǒng)在凈水處理分站中采用的是遠(yuǎn)程I/O的方式，其工藝程序的執(zhí)行在PLC2，子站本身不具備獨立的CPU，主站改造過程中上位監(jiān)控系統(tǒng)將會丟失對該部分主站及子站涉及到的設(shè)備的各種數(shù)據(jù)采集，對正常生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響，故該部分的自控升級改造是該水廠自控升級改造項目的重點以及難點所在。鑒于此次改造工程的特點，特別要求做好以下施工保證措施以保障生產(chǎn)、施工均能順利進(jìn)行。

⑴建立并強(qiáng)化水廠生產(chǎn)與施工方的溝通機(jī)制。施工方在各控制站改造前向水廠進(jìn)行工程交底，明確工程對生產(chǎn)的影響程度和時限，以及注意事項，在保障安全生產(chǎn)的情況下實施改造。

⑵實施前先對原有系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查核對，并做好記錄。

⑶據(jù)實際需要，施工圖紙及時更新，確保準(zhǔn)確性。

⑷據(jù)供水生產(chǎn)的變化及時調(diào)整施工計劃。

五、結(jié)語

從本次某水廠自動化系統(tǒng)改造工程的實施過程和應(yīng)用效果來看非常成功。能夠根據(jù)實際情況選擇了最優(yōu)和最經(jīng)濟(jì)的改造方案，并通過合理的施工組織實現(xiàn)了供水生產(chǎn)和改造施工兩不誤，為今后的水廠自動化改造工作提供了良好的借鑒和啟示。

參考文獻(xiàn)

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