采用基于 PC 的控制技術(shù)對污水處理廠進(jìn)行現(xiàn)代化改造
飲用水供應(yīng)和污水處理系統(tǒng)是一個很復(fù)雜的系統(tǒng)，必須對其中的很多子工藝進(jìn)行監(jiān)控。負(fù)責(zé)解決約 25 萬市民的供水和污水處理問題的 Vogtland Water Board（Zweckverband Wasser und Abwasser Vogtland – ZWAV）決定采用 Beckhoff 的控制技術(shù)對 Morgenröthe-Rautenkranz 污水處理廠進(jìn)行現(xiàn)代化改造：過程自動化通過 Beckhoff 控制平臺實(shí)現(xiàn)，該平臺由工業(yè) PC 和控制面板、嵌入式控制器、TwinCAT 自動化軟件及 EtherCAT I/O 端子模塊構(gòu)成。
德國 Morgenröthe-Rautenkranz 污水處理廠自 1994 年開始運(yùn)營到現(xiàn)在已經(jīng) 10 多年來，解決了 5000 多市民的污水處理問題。在工廠不中斷運(yùn)營的前提下，僅在三個月的時間內(nèi)將整個自動化系統(tǒng)都轉(zhuǎn)換成新的基于 PC 的控制系統(tǒng)
ZWAV 因此決定以基于 PC 的控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)對工廠進(jìn)行自動化改造。他們所面臨的挑戰(zhàn)就是：要在工廠不中斷運(yùn)營的前提下，在三個月的時間內(nèi)完成整套開關(guān)設(shè)備 — 包括過程自動化和通訊技術(shù) — 的翻新改造，然后全部轉(zhuǎn)換成新的控制系統(tǒng)。首先，ZWAV 根據(jù) DIN EN 61346 標(biāo)準(zhǔn)將工廠劃分為各個功能組，通過參考標(biāo)識的方式讓所有正在運(yùn)行的設(shè)備能夠被明確無誤地識別。為了標(biāo)準(zhǔn)化顯示工廠概況以及流程表，按照這種方式標(biāo)記的功能組被分配為如下幾個部分：“入口”、“機(jī)械處理部分”、“生物處理部分”、“污泥處理部分”、“化學(xué)處理部分”、“輔助裝置”、“過程控制”以及“動力設(shè)施”。
硬件和軟件設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化提高了工廠運(yùn)營效率
“轉(zhuǎn)向使用 Beckhoff 控制技術(shù)的一個主要原因就是他們的產(chǎn)品都根據(jù) PLCopen 和國際 PLC 標(biāo)準(zhǔn)IEC 61131 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。”ZWAV 電氣和過程技術(shù)組主管 Silvio Merz 先生闡述道。“這可確保硬件和軟件的可重復(fù)利用性，簡化了設(shè)備操作。對我們來說的另一個好處就是，Beckhoff 嵌入式控制器的結(jié)構(gòu)非常緊湊，幫助我們節(jié)省了控制柜內(nèi)的寶貴空間。在最初的構(gòu)建中，整個工廠內(nèi)分配了 10 多個控制柜。“現(xiàn)在，我們已將所有功能（開關(guān)設(shè)備、過程自動化、樓宇分配及 LAN 組件）都集成到控制室中，也就是說，我們已經(jīng)能夠?qū)F(xiàn)場的控制柜都搬走了。”Silvio Merz
解釋道。使用 Beckhoff 控制系統(tǒng)的另外一個重要原因是其擁有大量可滿足各種要求的總線端子模塊。“例如，電力測量 I/O 端子模塊讓我們能夠明確記錄電量參數(shù)，從而能夠?qū)嵤┳罴汛胧！彼熊浖陀布M件與 ZWAV 的規(guī)格表完全一致。“這不僅包括先前提到的硬件解決方案，也包括，特別是‘可讀’的軟件。這樣做的好處就是，我們作為技術(shù)服務(wù)人員，也能夠在調(diào)試后確定故障點(diǎn)并排除這些故障。”Silvio Merz 闡釋道。總部位于德國德累斯頓的 HST Wates GmbH 受委托實(shí)施自動化改造，他們使用明確規(guī)定的模塊和功能完成此項(xiàng)改造任務(wù)，它們都是根據(jù)客戶需要用結(jié)構(gòu)文本（ST）編程語言專門編寫的。
Beckhoff C6335 型號無風(fēng)扇控制柜式工業(yè) PC 用作上位 PC，它主要用于實(shí)現(xiàn)可視化，并從本地裝置采集過程數(shù)據(jù)和狀態(tài)并將它們傳輸?shù)街醒肟刂破魃?/STRONG>
Morgenröthe-Rautenkranz 污水處理廠的控制結(jié)構(gòu)
嵌入式控制器用作緊湊型中央控制單元
目前，污水處理工藝是由緊湊型嵌入式控制器CX9010 實(shí)現(xiàn)的。由于這種控制器的性能很高，再加上考慮到工廠的一些基礎(chǔ)設(shè)施，只有一些功能組，如應(yīng)急電源控制系統(tǒng)以及曝氣池中的刮泥機(jī)及二次沉淀池，必須分散布置。Beckhoff C6335 型號無風(fēng)扇控制柜式 PC 用作上位 PC，它主要用于實(shí)現(xiàn)可視化，并從本地裝置采集過程數(shù)據(jù)和狀態(tài)并將它們傳輸?shù)街醒肟刂破髦械?SCADA 過程上，或者在通訊出現(xiàn)故障時保存這些數(shù)據(jù)并待日后傳輸。劃分為嚴(yán)格定義的通訊結(jié)構(gòu)和模塊的發(fā)布者和訂閱者變量被提供用于實(shí)現(xiàn)嵌入式控制器相互之間以及與上位 PC 之間的通訊。“此外，工業(yè) PC
被設(shè)計(jì)為一臺維修用 PC，應(yīng)該讓我們能夠，例如，使用預(yù)裝的工具將 PLC 程序或參數(shù)集載入到各臺設(shè)備中。”Silvio Merz 先生解釋道。用戶界面具有高識別度工廠的可視化和操作通過兩臺Beckhoff CP69xx 系列不帶功能鍵的 15 英寸‘經(jīng)濟(jì)型’觸摸面板實(shí)現(xiàn)。通過DVI 擴(kuò)展技術(shù)，安裝在工廠內(nèi)的第二臺面板同步顯示控制室內(nèi)顯示的操作順序。通過兩個基本描述選項(xiàng)“工廠”
和“工藝”讓操作員可以對工廠的整體運(yùn)行狀態(tài)一目了然。點(diǎn)擊各自單元，即可查看詳細(xì)的圖像或進(jìn)一步信息。這樣做的一個特別的好處就是：使用標(biāo)準(zhǔn)的可視化系統(tǒng)進(jìn)行顯示可以有很高的識別度，從而為工廠操作人員帶來工作上的方便。
流程表讓操作人員能夠一目了然地查看整個工廠的運(yùn)行狀態(tài)
工廠里安裝的一臺不帶按鍵的CP69xx 型號的 15 英寸‘經(jīng)濟(jì)型’觸摸面板，用于同步顯示控制室中顯示的操作順序
工廠擴(kuò)展規(guī)劃
在后續(xù)的項(xiàng)目中，Vogtland Water Board 同樣也將給污水廠四周的 9 個污水泵站配備了 Beckhoff控制系統(tǒng)，并將它們連接到 HydroDat V8 中央控制系統(tǒng)上。“我們將自行完成所有規(guī)劃、編程和配置工作除了數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用程序是例外，它們要作為使用許可購買。”Silvio Merz 先生說道。“我們使用的是HST-Systemtechnik 公司的‘TeleMatic’通訊軟件，它裝在 TwinCAT PLC 的第一個 Runtime 上。由我們創(chuàng)建的實(shí)際應(yīng)用程序安裝在控制器的第二個 Runtime
上。”
Zweckverband Wasser und Abwasser Vogtland www.zwav.de