自來(lái)水廠自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述及方案比較

衣 巍 崔 丹

（濟(jì)南魯紡儀佳自控技術(shù)有限公司，山東濟(jì)南 250014）

概述、

自來(lái)水廠是社會(huì)公共事業(yè)中的一個(gè)重要部分，承擔(dān)著城鎮(zhèn)人們生活用水供應(yīng)。按照國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》（CJ/T 141-2018）規(guī)定，對(duì)自來(lái)水廠生產(chǎn)和供水水質(zhì)指標(biāo)有嚴(yán)格要求。自來(lái)水廠的凈水工藝為連續(xù)性工藝，將水庫(kù)或河流的水引入自來(lái)水廠，經(jīng)過(guò)源水泵房、沉淀池、加藥/加氯、濾池、清水池、清水泵房等多個(gè)凈水處理、輸水加壓工段，最終將符合供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的清潔水源源不斷送給廣大用戶。在自來(lái)水廠工程設(shè)計(jì)和建設(shè)中除了要選用先進(jìn)的凈水工藝，采用質(zhì)量可靠的工藝設(shè)備，還應(yīng)做好自來(lái)水廠自動(dòng)化系統(tǒng)配套建設(shè)。

隨著信息技術(shù)進(jìn)步，自來(lái)水廠自控系統(tǒng)應(yīng)用水平近十年發(fā)生了很大變化。在凈水處理工藝重要部位設(shè)置了更多的在線監(jiān)測(cè)、分析儀表和自動(dòng)調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從原來(lái)的常規(guī)現(xiàn)場(chǎng)一次儀表、就地儀表盤(pán)發(fā)展到當(dāng)今的多功能傳感器、常規(guī)現(xiàn)場(chǎng)一次儀表、就地PLC柜（或DCS柜）、網(wǎng)絡(luò)集成，上位MES系統(tǒng)和SIS系統(tǒng)。在自來(lái)水廠集中控制室可實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠凈水工藝的集中在線生產(chǎn)監(jiān)控、智能化大數(shù)據(jù)管理和安全運(yùn)行管理，為實(shí)現(xiàn)自來(lái)水廠的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化搭建一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)。

自來(lái)水廠凈水工藝流程較長(zhǎng)，廠區(qū)占地面積大，各工段擁有獨(dú)立的建筑物。比如一座產(chǎn)量為20萬(wàn)立方/天的自來(lái)水廠，占地面積約2.5～3萬(wàn)平方米，如果采用傳統(tǒng)的人工巡查方式，從源水泵房開(kāi)始一直到清水泵房為止對(duì)整個(gè)凈水工藝巡查一遍，需要用時(shí)約40～50分鐘。所以當(dāng)今在進(jìn)行自來(lái)水廠的工程設(shè)計(jì)時(shí)，首先按照工藝專(zhuān)業(yè)提出的凈水工藝流程做好PI&D圖確認(rèn)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)儀表、現(xiàn)場(chǎng)一次儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選型，確定集中控制室位置和面積，其中一個(gè)重要內(nèi)容就是選用合適的集散控制系統(tǒng)架構(gòu)。[1]所謂的集散控制系統(tǒng)是一個(gè)由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)、通訊、顯示和控制等技術(shù)，其基本思想就是分散控制、集中管理。通過(guò)調(diào)查，目前我國(guó)自來(lái)水廠采用的集散控制系統(tǒng)架構(gòu)基本采用兩種控制裝置，一種是PLC控制裝置，另一種是DCS控制裝置。在自動(dòng)化領(lǐng)域，PLC（rogrammable Logic Controller） 是以實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化功能來(lái)命名，DCS（istributed Control System）是以自動(dòng)化組成的體系結(jié)構(gòu)來(lái)命名。在我國(guó)行業(yè)內(nèi)習(xí)慣稱(chēng)謂PLC只是一種控制“裝置”，隨著PLC控制器的更新?lián)Q代，尤其在功能模塊的擴(kuò)展和通信功能的快速提升，采用PLC“裝置”也可以組成DCS體系結(jié)構(gòu)。而DCS是另一種對(duì)控制“裝置”和“分散式控制系統(tǒng)”的統(tǒng)稱(chēng)，兩者在“系統(tǒng)”與“裝置”上均有嚴(yán)格的區(qū)別。[2]這兩種由不同控制裝置組成的自來(lái)水廠集散控制系統(tǒng)相互之間有什么區(qū)別，在設(shè)計(jì)中需要注意哪些事項(xiàng)？本文通過(guò)對(duì)兩座相同凈水工藝、同等規(guī)模的自來(lái)水廠各采用不同的集散控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)對(duì)比，分析它們之間的不同。

1.水廠各工段的主要自控回路

自來(lái)水廠可以概括分為源水泵房、沉淀池、加藥/加氯、濾池、清水池、清水泵房等多個(gè)工段，根據(jù)每個(gè)工段的工藝流程和設(shè)備配置，按照工藝要求設(shè)計(jì)與之配套的自控回路。

①源水泵房也稱(chēng)謂提升泵房，通過(guò)數(shù)臺(tái)水泵將地表水通過(guò)泵吸提升送入自來(lái)水廠內(nèi)，在源水泵房工藝自控回路中需要設(shè)計(jì)有：提升水井液位指示，提升泵的遠(yuǎn)程啟動(dòng)/停止、故障報(bào)警、電流指示，提升泵的變頻調(diào)節(jié)等。

②沉淀池用于使源水中的固體顆粒和微生物凝聚、沉淀、排出，完成對(duì)源水的第一步凈化處理。在沉淀池工藝自控回路中需要設(shè)計(jì)有：進(jìn)水流量指示，進(jìn)水流量調(diào)節(jié)，格柵運(yùn)行程序控制，刮泥機(jī)運(yùn)行程序控制，定時(shí)排泥順序控制，池中沉淀物的礬花分析，出水濁度指示等。

③濾池是整個(gè)自來(lái)水廠工藝中最復(fù)雜的一部分，目前使用較多的是V型濾池，通過(guò)濾池過(guò)濾后可以將水處理的更加潔凈。每條濾池凈水工藝線由多個(gè)V型濾池組成，每個(gè)濾池的過(guò)濾、反沖洗、進(jìn)水、排水均由嚴(yán)格的計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)控制完成。

④清水池具有自來(lái)水生產(chǎn)工藝的庫(kù)容存水作用，主要的工藝參數(shù)就是清水池液位指示和存水容量計(jì)算。

⑤清水泵房用來(lái)將處理后的凈水通過(guò)清水泵加壓外送，清水泵由多臺(tái)水泵組成，根據(jù)外供水量決定水泵的投運(yùn)臺(tái)數(shù)。出于節(jié)能考慮，清水泵基本都采用變頻控制，可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)變流量、恒壓供水方式運(yùn)行。在清水泵房工藝自控回路中需要設(shè)計(jì)有：供水壓力指示/調(diào)節(jié)，清水泵的遠(yuǎn)程啟動(dòng)/停止、故障報(bào)警、電流指示，清水泵的變頻調(diào)節(jié)等。大功率的水泵還設(shè)有電機(jī)線圈、電機(jī)/變速箱軸承溫度指示。對(duì)于新建的自來(lái)水廠，還應(yīng)該設(shè)置清水泵抽真空順序控制、清水泵泵后電動(dòng)閥連鎖控制等。

在清水泵房還應(yīng)設(shè)計(jì)出廠凈水的幾個(gè)重要參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)，常規(guī)的必測(cè)參數(shù)有：出廠水壓力、PH值、濁度、余氯、流量等。

⑥加藥/加氯間是水廠比較重要的工段，它由助凝/助濾藥劑調(diào)配池，計(jì)量泵，氯瓶/自動(dòng)加氯機(jī)或二氧化氯發(fā)生器等組成。在加藥/加氯工藝自控回路中需要設(shè)計(jì)有：藥池液位指示、氯瓶自動(dòng)切換、加氯量自動(dòng)調(diào)節(jié)、計(jì)量泵加藥量自動(dòng)調(diào)節(jié)、漏氯報(bào)警/風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖等。

⑦自來(lái)水廠的輔助工段主要有廢水回收工藝，空壓機(jī)供氣工藝，變配電，針對(duì)這些輔助工段需要設(shè)計(jì)的自控回路有：廢水池液位指示，潛水泵排泥連鎖控制，壓縮空氣壓力、濕度、溫度指示，配電室總電量指示等。

隨著自來(lái)水廠自控技術(shù)進(jìn)步，許多自來(lái)水廠在設(shè)計(jì)以上常規(guī)自控回路之外，還研究開(kāi)發(fā)了一些新的控制回路，比如，前/后加氯復(fù)合環(huán)自動(dòng)投加控制回路，源水水質(zhì)智能化分析回路，水廠能源綜合管理子系統(tǒng)，重要工藝設(shè)備故障自診斷子系統(tǒng)等。這些控制回路和子系統(tǒng)的功能在集散控制系統(tǒng)內(nèi)可通過(guò)運(yùn)行軟件組態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在新建自來(lái)水廠的工程設(shè)計(jì)中，需要總圖（或建筑）專(zhuān)業(yè)、工藝專(zhuān)業(yè)、電氣專(zhuān)業(yè)、自控專(zhuān)業(yè)集體協(xié)商確定水廠集中控制室在廠區(qū)內(nèi)的具體位置和面積。集中控制室一般設(shè)在廠區(qū)內(nèi)較為中心的區(qū)域，與水廠綜合辦公樓盡可能建設(shè)在一起，這樣能便于各工段至集中控制室之間的通訊電纜敷設(shè)和日后的生產(chǎn)管理。集中控制室的面積由自控專(zhuān)業(yè)根據(jù)需要安放的上位監(jiān)控微機(jī)、操作臺(tái)、UPS電源柜體、大型顯示屏、網(wǎng)絡(luò)柜等數(shù)量來(lái)確定。在施工圖設(shè)計(jì)中還需要考慮自來(lái)水廠電纜敷設(shè)方式，一般在建筑物內(nèi)的電纜采用電纜橋架敷設(shè)，建筑物外的電纜采用地下電纜甬道方式敷設(shè)，在較為集中轉(zhuǎn)彎處一定注意設(shè)電纜維修井，這樣的電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)一勞永逸，對(duì)今后增加電纜的敷設(shè)或?qū)﹄娎|的維護(hù)檢查十分有益。

2.自來(lái)水廠集散控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)組成

根據(jù)自來(lái)水廠的工藝特點(diǎn)和廠內(nèi)電控設(shè)備的分布，整個(gè)水廠采用集散控制系統(tǒng)是一個(gè)合理的自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。這個(gè)集散控制系統(tǒng)可以采用PLC控制裝置組成，也可以采用DCS控制裝置組成，究竟采用哪種更為合適，需要設(shè)計(jì)人員依據(jù)水廠的建設(shè)規(guī)模和水廠技術(shù)人員對(duì)自控系統(tǒng)的管理及應(yīng)用能力來(lái)權(quán)衡確定。[3]

下面是一個(gè)典型的20萬(wàn)立方/天自來(lái)水廠凈水工藝流程，占地面積約2.7萬(wàn)平方米，全廠分為兩條凈水生產(chǎn)線，設(shè)有提升泵房、沉淀池、濾池、清水池、清水泵房、加藥間、二氧化氯間、高低壓配電間、綜合辦公樓等主要工段及建筑物，見(jiàn)圖1所示。

圖1 自來(lái)水廠凈水工藝流程及分布圖

按照每個(gè)工段自控專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)最終確定的測(cè)量點(diǎn)、通訊節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣控制回路等進(jìn)行各工段I/O點(diǎn)數(shù)匯總統(tǒng)計(jì)，由表1所示。

表1 自來(lái)水廠各工段I/O匯總表

如果按照西門(mén)子公司生產(chǎn)的S7-1200和S7-1500二個(gè)系列PLC模塊來(lái)組建每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站，共設(shè)S7-1500現(xiàn)場(chǎng)子站8個(gè)，S7-1200現(xiàn)場(chǎng)子站18個(gè)（其中每個(gè)V型濾格和每套二氧化氯加氯工藝現(xiàn)場(chǎng)各采用一套S7-1200），每個(gè)PLC柜體上設(shè)一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏。每個(gè)濾格的PLC（S7-1200）采用MODBUS 通訊接口接入濾池主PLC（S7-1500），加藥/加氯設(shè)備配套的PLC（S7-1200）采用MODBUS 通訊接口接入加藥間主PLC（S7-1500），所有工段的PLC（S7-1500）采用TCP/IP通訊接口經(jīng)光電轉(zhuǎn)換通過(guò)光纖引入水廠集中控制室，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與每個(gè)操作員站連接，操作員站共設(shè)5個(gè)，每個(gè)操作員站采用標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)化工控組態(tài)軟件，由此組成了一個(gè)以PLC（S7-1200和S7-1500）為主體的自來(lái)水廠集散控制系統(tǒng)。見(jiàn)圖2所示。[2]

圖2 由PLC組成的自來(lái)水廠集散控制系統(tǒng)

再按照以NT6000系列DCS模塊為例來(lái)組建整個(gè)自來(lái)水廠集散控制系統(tǒng)，在兩條凈水工藝濾池間各設(shè)一個(gè)DPU柜，分別為DPU1和DPU2，由兩對(duì)DPU直接完成各自V濾工藝的邏輯控制。在A線沉淀池、A線清水泵房、原水提升泵房各設(shè)一個(gè)遠(yuǎn)程I/O柜，采用冗余光纖將三個(gè)遠(yuǎn)程I/O柜接入位于A線濾池的DPU1柜。在B線沉淀池、B線清水泵房、加藥/加氯間各設(shè)一個(gè)遠(yuǎn)程I/O柜，采用冗余光纖將這三個(gè)遠(yuǎn)程I/O柜接入位于B線濾池的DPU2柜。DPU1和DPU2再采用通訊形式通過(guò)冗余光纖引入水廠集中控制室，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與操作員站連接，操作員站同樣設(shè)5個(gè)，其中一個(gè)兼做工程師站。每個(gè)操作員站均安裝與DCS配套的工業(yè)組態(tài)軟件CCM Studio，由此組成以DCS為主體的水廠集散控制系統(tǒng)。見(jiàn)圖3所示。

圖3 由DCS組成的自來(lái)水廠集散控制系統(tǒng)

根據(jù)以上兩個(gè)不同集散控制系統(tǒng)架構(gòu)圖可以看出，由多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)PLC控制器組成的水廠集散控制系統(tǒng)與由兩個(gè)DPU控制器組成的水廠集散控制系統(tǒng)在功能上都可以實(shí)現(xiàn)在集中控制室對(duì)整個(gè)水廠工藝運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行操作的集中監(jiān)控。但在整個(gè)自控系統(tǒng)架構(gòu)上有較大的不同，在可靠性、性能指標(biāo)上有一定的差距。下面從應(yīng)用的范疇上來(lái)進(jìn)行兩個(gè)系統(tǒng)的對(duì)比。

3.PLC與DCS兩個(gè)系統(tǒng)的綜合比較

DCS硬件系統(tǒng)在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)具有高度的可靠性、維修方便、工藝先進(jìn)。底層漢化的軟件平臺(tái)具備強(qiáng)大的處理功能，能提供方便的組態(tài)復(fù)雜控制系統(tǒng)的能力與用戶自主開(kāi)發(fā)專(zhuān)用高級(jí)控制算法的支持能力，易于組態(tài)操作。DCS可提供多種通訊模塊，支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)以便適應(yīng)與各種帶通訊接口的智能設(shè)備進(jìn)行通訊連接，滿足系統(tǒng)擴(kuò)展需要。DCS系統(tǒng)采用合適的冗余配置和診斷至模件級(jí)的自診斷功能，具有高度的可靠性。系統(tǒng)內(nèi)任一組件發(fā)生故障，均不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的工作。

DCS系統(tǒng)通常采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議 TCP/IP。它是安全可靠雙冗余的高速通訊網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的拓展性與開(kāi)放性更好。在DCS系統(tǒng)操作層，采用冗余的100Mbps以太網(wǎng)；在控制層，采用冗余的100Mbps工業(yè)以太網(wǎng)；在現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)處理層，12Mbps的E—BUS總線連接中央控制單元和各現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)處理模塊。而 PLC因?yàn)榛旧隙紴閱蝹€(gè)小系統(tǒng)工作，在與其它的PLC或上位機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)通訊時(shí)，所采用的網(wǎng)絡(luò)形式基本都是單網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)安全上 PLC沒(méi)有很好的保護(hù)措施。DCS系統(tǒng)是從整體上考慮，每個(gè)操作員站都具備工程師站功能，站與站之間在運(yùn)行程序下裝后是一種緊密聯(lián)合的關(guān)系，任何站、任何功能、任何被控裝置間都是相互連鎖控制，協(xié)調(diào)控制；而將單個(gè)PLC互相采用通訊連接構(gòu)成的系統(tǒng)，其站與站（LC與PLC）之間的聯(lián)系則是一種松散連接方式，做不出復(fù)雜協(xié)調(diào)控制的功能。所以，DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相比PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有更高地可靠性、開(kāi)放性及先進(jìn)性。

DCS在系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)上留有大量可擴(kuò)展性接口，外接系統(tǒng)或擴(kuò)展系統(tǒng)都十分方便。PLC所搭接的整個(gè)系統(tǒng)完成后，很難增加或減少操作員站。為保證DCS控制設(shè)備的安全可靠，DCS采用了雙冗余的控制單元、電源單元、網(wǎng)絡(luò)單元，當(dāng)某一工作單元出現(xiàn)故障時(shí)，都會(huì)有相關(guān)的冗余單元實(shí)時(shí)無(wú)擾的切換為工作單元，保證整個(gè)自控系統(tǒng)的安全可靠。而PLC所搭接的集散控制系統(tǒng)則很難實(shí)現(xiàn)以上三個(gè)單元的冗余。

另外，DCS系統(tǒng)所有I/O板卡都帶有CPU，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)采集及輸出信號(hào)品質(zhì)判斷與量程變換，可故障帶電插拔，隨機(jī)更換。而PLC模塊只是簡(jiǎn)單電路轉(zhuǎn)換，沒(méi)有智能芯片，故障后相應(yīng)單元全部癱瘓。DCS各種模塊配有單獨(dú)的底座，底座上直接帶有與外部聯(lián)系的接線端子，每個(gè)底座通過(guò)通訊方式與DPU互聯(lián)。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)DCS柜體可以裝配I/O點(diǎn)數(shù)約300～350左右，柜內(nèi)電纜敷設(shè)、接線、維護(hù)等均比較方便。而PLC模塊（如：S7-1200或S7-1500）采用的是集中底座結(jié)構(gòu)，各種模塊均與CPU模塊、電源模塊、通訊模塊插在一個(gè)底座上，I/O與外部接線端子直接集成在模塊上端，與外部聯(lián)系的信號(hào)電纜需要先經(jīng)過(guò)中間接線端子，再接到I/O模塊端子。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)PLC柜體只能裝配I/O點(diǎn)數(shù)約250點(diǎn)以下，柜內(nèi)布置緊湊，模塊端子接線密集，對(duì)日后的I/O擴(kuò)展和維護(hù)等遠(yuǎn)不如DCS方便。[3]

進(jìn)行自來(lái)水廠集散控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試是一項(xiàng)復(fù)雜工作，當(dāng)需要對(duì)某個(gè)控制回路進(jìn)行邏輯變更，調(diào)試工程師只需要在集中控制室DCS工程師站上對(duì)新的邏輯回路進(jìn)行編譯，執(zhí)行下裝命令就可以了，下裝過(guò)程是由系統(tǒng)自動(dòng)完成的，不會(huì)影響原控制邏輯的運(yùn)行，DCS系統(tǒng)組態(tài)軟件內(nèi)含的各種控制軟件與算法較為豐富，可以滿足各種常規(guī)控制回路邏輯組態(tài)的基本需求。而對(duì)于 PLC，軟件編制和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作量顯得極其龐大，首先需要確定所要編輯更新的是哪種型號(hào)的 PLC，然后要采用對(duì)應(yīng)的編程軟件進(jìn)行PLC程序現(xiàn)場(chǎng)編譯，最后再用專(zhuān)用的編程機(jī)器（一般用筆記本電腦）在現(xiàn)場(chǎng)一對(duì)一的將程序傳送給這臺(tái) PLC。隨后還要重新修改現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏的組態(tài)程序，還要到集中控制室修改每臺(tái)操作員站上的組態(tài)程序。要完成由PLC組成的自來(lái)水廠集散控制系統(tǒng)調(diào)試，需要具備PLC的編譯程序，觸摸屏編譯程序，操作員站編譯程序，每種編譯程序分別由不同的廠商提供，需要分別學(xué)習(xí)，掌握和應(yīng)用。進(jìn)行一個(gè)自來(lái)水廠全部集散控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行調(diào)試，對(duì)于PLC架構(gòu)的系統(tǒng)需二人工作20至30天，需要到每套PLC柜現(xiàn)場(chǎng)對(duì)每套PLC進(jìn)行程序下裝和調(diào)試，最后再到集中控制室進(jìn)行上位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)PLC網(wǎng)絡(luò)聯(lián)調(diào)。如果對(duì)于DCS架構(gòu)的系統(tǒng)只需一人工作10至15天，直接在集中控制室即可完成對(duì)整個(gè)集散控制系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。由此可見(jiàn)，PLC系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間和調(diào)試成本大于DCS系統(tǒng)，而且極不利于日后的系統(tǒng)維護(hù)，在控制精度上也與DCS相差甚遠(yuǎn)。這就決定了為什么在大中型自控項(xiàng)目中（I/O在250點(diǎn)以上）不建議采用全部由PLC組網(wǎng)而成的集散控制系統(tǒng)。

另外，PLC系統(tǒng)在可靠性上明顯低于DCS，每年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)比DCS系統(tǒng)高2～3倍。進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)更換或擴(kuò)展I/O模塊PLC也遠(yuǎn)不如DCS方便，更換PLC的I/O模塊時(shí)必須停電，先將前面的端子板拔下移開(kāi)后才能將模塊插拔進(jìn)行更換或檢查。而DCS的I/O模塊接線端子在模塊底座的二側(cè)，很方便進(jìn)行模塊的擴(kuò)展和查線，DCS的I/O模塊可以帶電插拔。

目前，在集中控制室與PLC連接的上位操作員站無(wú)一例外地使用商品化通用工業(yè)組態(tài)軟件，比如：WinCC、inTuch、iFix、Kingview、ForceConTrol等等。這些商品化通用工業(yè)組態(tài)軟件出于市場(chǎng)各種用戶需要和應(yīng)用的靈活性，在組態(tài)軟件內(nèi)嵌有大量與各種型號(hào)PLC或其它智能設(shè)備進(jìn)行連接的通訊驅(qū)動(dòng)程序，還在組態(tài)程序控件庫(kù)內(nèi)嵌裝了許多工藝設(shè)備圖形供不同行業(yè)的軟件組態(tài)人員靈活使用。但是這些功能也有它的反作用，最直接的反應(yīng)就是影響組態(tài)程序的運(yùn)行速度。而DCS的組態(tài)軟件僅僅針對(duì)專(zhuān)用的DPU和配套通訊、I/O模塊等，也沒(méi)有過(guò)量的圖形和圖例，將軟件組態(tài)的主要功能放在邏輯編譯和控制算法上，雖然在顯示畫(huà)面上不如商業(yè)化組態(tài)軟件做的美觀，但在復(fù)雜控制回路或多層邏輯控制等程序組態(tài)上遠(yuǎn)優(yōu)于商業(yè)化組態(tài)軟件，在程序運(yùn)行速度上快于商業(yè)化組態(tài)軟件。

DCS作為當(dāng)今國(guó)際上先進(jìn)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從原來(lái)的石化、鋼鐵、發(fā)電等行業(yè)逐漸擴(kuò)展到交通、紡織、環(huán)保、供熱、污水治理等行業(yè)。但在國(guó)內(nèi)自來(lái)水廠行業(yè)采用DCS為基本控制器構(gòu)建的集散控制系統(tǒng)比較少，多數(shù)自來(lái)水廠還是采用PLC。通過(guò)調(diào)查，造成這一現(xiàn)象的主要原因有二個(gè)，一是國(guó)內(nèi)自來(lái)水廠不論是新建或改造基本上采用工程總承包的形式，而國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的水務(wù)工程公司出于降低投資，提高利潤(rùn)，保護(hù)自己工藝知識(shí)產(chǎn)權(quán)等目的，對(duì)于中標(biāo)后的水廠工程習(xí)慣性地采用自己熟悉的PLC架構(gòu)來(lái)組建自來(lái)水廠集散控制系統(tǒng)。二是國(guó)內(nèi)從事水務(wù)工程設(shè)計(jì)的單位為了滿足建設(shè)單位建設(shè)工期要求，習(xí)慣性地直接套用以前完成的設(shè)計(jì)圖紙，如此以來(lái)采用PLC架構(gòu)的水廠集散控制系統(tǒng)就成了我國(guó)自來(lái)水廠目前的主流形式。還有一個(gè)原因，自來(lái)水行業(yè)仍停留在十幾年前的認(rèn)識(shí)上，認(rèn)為PLC價(jià)格比DCS低，將采用DCS成為一種投資奢望。這種認(rèn)識(shí)在2010年以前是對(duì)的，一座大約有1000點(diǎn)I/O規(guī)模的自來(lái)水廠采用DCS的系統(tǒng)投資會(huì)比PLC的系統(tǒng)投資多2.5倍以上。隨著近十年我國(guó)電子信息及自動(dòng)化行業(yè)的飛速發(fā)展，DCS國(guó)產(chǎn)化水平明顯提高，DCS硬件價(jià)格大幅度下降。下面以一座2018年建設(shè)的20萬(wàn)噸/天規(guī)模自來(lái)水廠為例，按照PLC和DCS二種集散控制系統(tǒng)進(jìn)行相互投資對(duì)比，見(jiàn)表2所示。采用PLC架構(gòu)的投資為113萬(wàn)元，采用DCS架構(gòu)的投資為105萬(wàn)元，二者之間差額為8萬(wàn)元，而且采用DCS架構(gòu)的投資反而比PLC架構(gòu)要低。

表2 采用PLC和DCS二種集散控制系統(tǒng)投資對(duì)比

4.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上自來(lái)水廠自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例， 將PLC和DCS二種不同集散控制系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了多方面的對(duì)比，對(duì)于新建自來(lái)水廠應(yīng)直接采用DCS架構(gòu)，而對(duì)于已建自來(lái)水廠的自控系統(tǒng)改造，可以在每條凈水工藝濾池工段新增一對(duì)DPU，對(duì)各工段原有的現(xiàn)場(chǎng)PLC進(jìn)行診斷，運(yùn)行良好的可采用通訊方式接入DCS系統(tǒng)，運(yùn)行欠佳的可直接采用DCS遠(yuǎn)程I/O柜或擴(kuò)展柜在原來(lái)位置替換PLC柜。為適應(yīng)下一步我國(guó)新概念水廠或者智慧水廠的建設(shè)需要，配合我國(guó)自來(lái)水廠在自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方面的技術(shù)發(fā)展，采用DCS組建自來(lái)水廠的集散控制系統(tǒng)勢(shì)必成為今后一個(gè)時(shí)期的發(fā)展主流。