李金澤 李兆國(guó) 陳方連(青島雙瑞海洋環(huán)境工程股份有限公司，山東 青島 266101)

0 引言

目前海水淡化系統(tǒng)的控制中PLC等傳統(tǒng)控制方案已經(jīng)趨于成熟，應(yīng)用非常廣泛[1-4],監(jiān)控管理層和控制層的數(shù)字化程度也越來(lái)越高。但是受限于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化程度，許多現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備的有效信息沒(méi)有被采集，使得廠級(jí)監(jiān)控管理平臺(tái)的功能沒(méi)有最大程度的發(fā)揮出來(lái)。

隨著信息化產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)正在發(fā)生變化，分散在現(xiàn)場(chǎng)的PLC控制站和帶通訊功能的智能型組件可以直接測(cè)量生產(chǎn)過(guò)程中的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的全面監(jiān)控和保護(hù)[1]?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展為海淡系統(tǒng)的智能化、數(shù)字化控制提供了基礎(chǔ)。對(duì)比傳統(tǒng)技術(shù)，總線方案不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)全面準(zhǔn)確的監(jiān)控，為管理和決策提供依據(jù)，而且能夠明顯減少設(shè)計(jì)施工的工作量，總線協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)也使得系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)更加方便。本文以國(guó)內(nèi)電廠比較典型的膜法海淡系統(tǒng)為例，探討總線方案的配置及優(yōu)勢(shì)。

1 控制要求

1.1 系統(tǒng)范圍

工程采用“預(yù)處理+超濾+反滲透”的膜法處理方案。

主要工藝流程包括預(yù)處理、超濾、反滲透、污泥處理、加藥及化學(xué)清洗等[2]，系統(tǒng)內(nèi)配置各類(lèi)所需的監(jiān)測(cè)儀表、手自動(dòng)控制閥門(mén)、電機(jī)及其他輔助系統(tǒng)。按要求配置各類(lèi)高低壓電機(jī)控制中心、電氣控制盤(pán)箱柜及各類(lèi)安裝材料。系統(tǒng)主工藝流程如下：

海水→混凝、澄清設(shè)備→清水池→超濾給水泵→超濾裝置→超濾水池→海水反滲透給水泵→海水反滲透高壓泵(含能量回收裝置)→海水反滲透裝置→淡水池→淡水反滲透給水泵→淡水反滲透裝置→水工專(zhuān)業(yè)工業(yè)水池→水泵→用戶。

1.2 控制要求

整套控制系統(tǒng)的基本架構(gòu)為“操作員站/工程師站+PLC控制單元+總線設(shè)備+總線通訊網(wǎng)絡(luò)”，各層級(jí)的具體配置應(yīng)能滿足“分散控制+集中監(jiān)控+數(shù)字化通訊”的整體要求，系統(tǒng)中設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)，過(guò)程參數(shù)及故障信號(hào)，包括總線設(shè)備、模塊、通道三級(jí)診斷信息，都能及時(shí)全面地反饋到控制中心?？刂葡到y(tǒng)按控制邏輯自動(dòng)運(yùn)行，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方手動(dòng)操作。

1.3 設(shè)計(jì)原則

系統(tǒng)總的設(shè)計(jì)原則為“利用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)整套系統(tǒng)的數(shù)字化控制，所有參數(shù)及指令為總線傳遞”。為此，底層設(shè)備的配置應(yīng)滿足以下基本要求：(1)高低壓配電中心、MCC、變頻柜等電控柜的回路設(shè)計(jì)需要采用帶PROFISBUSDP通訊功能的元器件，主要斷路器和電機(jī)的參數(shù)及控制指令可以通過(guò)DP總線與PLC或是上層的SIS，ECS等系統(tǒng)直接傳遞；(2)溫度計(jì)、液位計(jì)、流量計(jì)、濁度儀、余氯分析儀等系統(tǒng)中所有的需要帶遠(yuǎn)傳的傳感器均應(yīng)采用智能型產(chǎn)品，總線協(xié)議為PROFISBUS-PA；(3)對(duì)于成組布置的開(kāi)關(guān)型氣動(dòng)閥門(mén)，電磁閥采用具有總線接口的閥島來(lái)集中控制，閥島支持PROFISBUS-DP協(xié)議；電動(dòng)開(kāi)關(guān)閥和調(diào)節(jié)閥均帶DP通訊接口；(4)對(duì)于部分離中控室較遠(yuǎn)的廠房或是系統(tǒng)，如取水泵房，應(yīng)單獨(dú)設(shè)置遠(yuǎn)程IO站，通過(guò)光纖通訊，將其作為一個(gè)DP從站接入海淡系統(tǒng)。

2 控制方案

2.1 整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

按照控制要求的說(shuō)明，系統(tǒng)的整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)配置如圖1所示。

2.2 上位機(jī)部分

海水淡化系統(tǒng)控制室內(nèi)設(shè)置1臺(tái)操作員站和1臺(tái)工程師站，用于對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控；控制站內(nèi)配置工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，用于與上游中央控制室的冗余通訊。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

為了更好地對(duì)總線設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和管理，保證數(shù)據(jù)的傳遞，可以設(shè)置專(zhuān)門(mén)的診斷管理軟件和網(wǎng)絡(luò)偵聽(tīng)設(shè)備。并可按要求進(jìn)行冗余配置。

2.3 下位機(jī)部分

海水淡化系統(tǒng)控制室內(nèi)設(shè)置PLC控制柜、UPS電源柜等程控設(shè)備，UPS電源柜內(nèi)設(shè)雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和不間斷電源系統(tǒng)，用以保證PLC的供電。PLC柜內(nèi)應(yīng)設(shè)置與上下游網(wǎng)絡(luò)的通訊接口，各類(lèi)IO卡件及總線模塊，用以滿足控制中心與集中控制室和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通訊。系統(tǒng)中距離較遠(yuǎn)的單個(gè)設(shè)備的信號(hào)可采用硬接線的方式接入相應(yīng)的PLC模擬量或開(kāi)關(guān)量模塊。其它所有的電氣控制柜、電動(dòng)機(jī)、閥門(mén)、儀表的控制應(yīng)按照1.3設(shè)計(jì)原則的整體要求，以總線的方式接入控制單元。對(duì)于部分非常重要的設(shè)備，信息采集可冗余配置，信號(hào)同時(shí)以硬接線和現(xiàn)場(chǎng)總線的形式接入控制系統(tǒng)。

按照本工程海水淡化系統(tǒng)的工藝和電控設(shè)計(jì)，其控制方案基本配置如表1、表2，總線結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

表1 常規(guī)硬接線信號(hào)硬件

3 對(duì)比討論

基于總線的控制方案是在原有PLC/DCS控制的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的[3-4]，相比點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的IO接線設(shè)計(jì)，它最大程度的發(fā)揮了總線設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，使得控制系統(tǒng)能夠獲取到更加全面的現(xiàn)場(chǎng)信息，進(jìn)而為系統(tǒng)的管理和決策提供依據(jù)。除此之外，總線方案大量減少了PLC控制柜以及各類(lèi)IO模塊和安裝材料的數(shù)量，既方便了設(shè)計(jì)和施工，又減少了運(yùn)維檢修的工作量。數(shù)字化平臺(tái)的應(yīng)用，也使得電廠層面的管理更加高效。

表2 現(xiàn)場(chǎng)總線硬件及網(wǎng)段

圖2 總線結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

“PLC控制系統(tǒng)+總線設(shè)備+總線通訊網(wǎng)絡(luò)”的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在一定程度上提升了海淡系統(tǒng)的自動(dòng)化和數(shù)字化程度，使得系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)更加方便，管理者的決策也更加精準(zhǔn)高效。但是，由于在現(xiàn)場(chǎng)層大量采用了智能型的控制設(shè)計(jì)，也提高了對(duì)設(shè)計(jì)人員包括運(yùn)維人員專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)的要求。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，智能制造和大數(shù)據(jù)是當(dāng)今發(fā)展的大趨勢(shì)。隨著總線技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展壯大，電廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型不再是空談，已成必然趨勢(shì)。