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   莊嚴(yán)的建筑搭配創(chuàng)新的技術(shù)。位于德國康斯坦茨的康斯坦茨自來水廠最近使用 Beckhoff 控制組件替換了原有的老舊自動化技術(shù)。除了系統(tǒng)的核心功能外，這種新型的全自動控制技術(shù)還帶來了大量的附加價值。其中之一便是操作員的舒適性，還有會帶來可觀紅利的能源效率。

   康斯坦茨自來水廠對Beckhoff 基于PC 的控制技術(shù)進行了升級。

   這帶來了更好的操作舒適性和更高的供水安全性。

   康斯坦茨自來水廠的 AEG 控制系統(tǒng)自 1989 年便投入運行，其陳舊的劣勢也開始顯現(xiàn)出來。這種劣勢已經(jīng)趨于明顯，從長遠來看，系統(tǒng)的備件供應(yīng)終究得不到保障。執(zhí)行新系統(tǒng)的項目已經(jīng)啟動，目的是為了實現(xiàn)自來水廠中所有設(shè)備的控制和監(jiān)控。全自動操作是必然的，而且如果供水安全性不能改進的話，至少也得維持現(xiàn)在的水平。康斯坦茨自來水廠的業(yè)務(wù)部門經(jīng)理 Wolfgang Fettke 以及由Wolfgang Treib 率領(lǐng)的技術(shù)團隊找到了一種最尖端的解決方案。“我們使用 Beckhoff 系統(tǒng)的決定給我們帶來了超值的回饋，” Wolfgang Treib 說。我們最初的目標(biāo)中并沒有新型控制技術(shù)帶來的便捷的生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控和文件記錄。對負責(zé)這個項目的人來說，系統(tǒng)的開放性才是重要的。以下指示被下達給了承包商 Cegelec： 硬件選擇和通信協(xié)議不能依賴特定的制造商。

  一絲不茍的水處理

  自來水廠為康斯坦茨和周邊地區(qū)的 87,000 人口供水。每天要供應(yīng)多達50,000 m³ 的飲用水。當(dāng)前的供應(yīng)量為平均每天 14,000 m³。正如其他人群一樣，隨著康斯坦茨居民使用飲用水的效率增加，這種趨勢正在下降。水源是從地下 40m 的深度（斜溫層或變溫層下）抽取上來。在這個深度，水源是非常干凈的，未受到地表污染。康斯坦茨自來水廠，為三個不同海拔的地區(qū)供水，供水的壓力也各不相同。

  原水通過一根 700 m 長的管道從康斯坦茨湖抽取上來；第一步是水處理，原水被送至網(wǎng)眼寬度為 23 μm 的微濾器進行水處理。第二步是臭氧殺菌，臭氧通過周圍的空氣直接在自來水廠中生成。第三步，也是最后一步，即使用砂濾器過濾，砂濾器已在 2005 年的時候升級成了多層過濾器。盡管康斯坦茨湖水源的品質(zhì)非常高，但我們還是添加了少量的氯化鐵（III）來改進過濾效果，其用量比通常的用量低 200 倍。

   模塊化總線端子模塊取代昂貴的 I/O 卡

   如果只替換工廠的“智能設(shè)備”，那自然比較簡單和劃算。這的確是我們的最初的打算。這種轉(zhuǎn)變是非關(guān)鍵性的，而且再使用老舊的 CPU也比較簡單。“但是，因為我們想要一種引領(lǐng)潮流的解決方案，所以每一要求都指向了一種開放式的系統(tǒng)構(gòu)建，我們在開放式的模塊化總線端子模塊技術(shù)中找到了這種解決方案，”Wolfgang Treib 在評論規(guī)格要求的時候說。“我們過去認(rèn)為，當(dāng)然現(xiàn)在仍然認(rèn)為這是最經(jīng)濟的解決方案。” Wolfgang Treib 基于實際經(jīng)驗證實了這種觀點：“20 年前，購買 I/O 卡花費的成本現(xiàn)在都可以購買多臺工業(yè) PC 了，包括總線端子模塊。”庫存幾個總線端子模塊用于維護修理并不會占用很大的資本。

   新自動化系統(tǒng)的其中一個關(guān)鍵要求就是不能使用專利零部件和串行總線協(xié)議。“新控制系統(tǒng)類型和結(jié)構(gòu)的首要目標(biāo)是為了改善設(shè)備利用率。使用工業(yè) PC（IPC）系統(tǒng)的決定讓我們在應(yīng)用的設(shè)計方面更加自由，而且目前的結(jié)構(gòu)也能非常輕松地連接到子系統(tǒng)，”WolfgangFettke 說：“使用 Beckhoff 系統(tǒng)的決定給我們帶來了很明顯的益處，。

  原水通過一根 700m 長的管道從康斯坦茨湖抽取上來并送至微慮器過濾，然后使用臭氧進行消毒。臭氧通過周圍的空氣直接在自來水廠中生成。

  因為靈敏的基于需求的控制技術(shù)是伴隨著工廠范圍內(nèi)許多不同點的詳細信息而實現(xiàn)的。這些數(shù)據(jù)由大量不同的傳感器提供。此外，提供例如 Modbus TCP 等 IP 功能協(xié)議的測量系統(tǒng)可被簡單集成。”

  運行時完成控制系統(tǒng)更新

  基于 Beckhoff 組件的新控制系統(tǒng)使用現(xiàn)有工藝進行配置并連接至兩臺并行的 IPC。其中一臺 IPC 作為主機運行，另一臺可作為系統(tǒng)冗余。這兩臺 IPC 都裝配有專用的過程連接開關(guān)。“關(guān)鍵的系統(tǒng)功能在嵌入式控制器上運行，” Wolfgang Treib 說。 如果有必要的話，這些系統(tǒng)組件也可以自主運行以確保系統(tǒng)可用性。odbus TCP 　　用于將操作面板與控制系統(tǒng)集成。

   轉(zhuǎn)換可在工廠運行期間進行。系統(tǒng)構(gòu)架促進了該項工作的完成：康斯坦茨自來水廠具有三個不同的區(qū)域，被稱為“供水渠”。前一步的區(qū)域可與下一步的區(qū)域配合，例如，微慮器過濾 1 與臭氧處理 2 配合。這種可變性必須制定到控制系統(tǒng)中。每次可將三個“供水渠”中的其中之一轉(zhuǎn)化成 Beckhoff 技術(shù)，而另外兩個“供水渠”則用于確保供水。

  總計六臺面板式 PC 用于執(zhí)行需要本地控制的功能。康斯坦茨自來水廠的操作員希望操作“盡可能地簡單”。通過觸摸屏面板式 PC，可以控制過程以及檢查實際值和設(shè)定值。 Wolfgang Treib 確信操作人員會很快地適應(yīng)這項新技術(shù)。“我們具有人機操作接口，其方便用戶操作一流的本地控制系統(tǒng)。

  市政業(yè)務(wù)主控制系統(tǒng)的信號通信通過 IEC 60870-5-104 遠程控制協(xié)議進行傳輸。大約來自 1,600 數(shù)據(jù)點的信息都是通過這樣的方式進行傳輸。在轉(zhuǎn)換期間，各站地址和相應(yīng)的參數(shù)集都逐一被更改。根據(jù) Wolfgang Treib的說法，使這些數(shù)據(jù)適應(yīng)于 Beckhoff 系統(tǒng)并不是什么問題。“這雖然需要費一點心血，但這也只是一項日常工作。”

   集成式系統(tǒng)將靈活性最大化
　　
  傳感器結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變已經(jīng)演變了幾十年，在自來水廠的應(yīng)用中至少算是饒有趣味。“傳感器本質(zhì)上并未改變，”Wolfgang Treib 說。不同的信號，無論是0…10V，4…20 mA 還是數(shù)字量輸出，現(xiàn)在都以一致的方式進行“接線”。總線耦合器安裝在生成關(guān)鍵過程數(shù)據(jù)的地方以使自來水廠運行。因為Beckhoff 總線端子模塊技術(shù)的靈活性，系統(tǒng)實現(xiàn)了真正的集成。由于輸入信號的類型本質(zhì)上與總線端子模塊無關(guān)，所以大多數(shù)信號不需要修改。“只有在少數(shù)的情況下才需要安裝緩沖放大器或復(fù)制測量信號，”德國巴林根市Beckhoff 辦公室的銷售代表Dieter Völkle 說。“這更多的是出于冗余考慮，而不是實際的功能。”如果有必要的話，還可輕松地進行擴展。開放式系統(tǒng)能夠在幾乎所有的點上容納額外的總線裝置。

   根據(jù) Wolfgang Treib 的說法，基于 PC 的控制系統(tǒng)還有其它的好處：“例如在周末時，隨時待命的工作人員不再需要隨時在場，他們可以通過PC 很方便地登入控制系統(tǒng)并查看工廠的狀態(tài)。 例如，如果微濾器故障，系統(tǒng)則會發(fā)出信號。值班員可以遠程查看另兩臺微濾器的其中一個是否已取代了故障的微濾器開始工作。這樣的話，值班員就不需要到達自來水廠現(xiàn)場。目前的系統(tǒng)降低了隨時待命人員的數(shù)量 – 這是我們沒有料到的，但我們非常歡迎。”

  康斯坦茨自來水廠的操作員也期望新控制系統(tǒng)能夠改進能源效率。“每年消耗量2 百多萬千瓦時（kWh），僅僅降低百分之一就是非常好的額外收益了，” Wolfgang Fettke 說。