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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(dòng)化技術(shù)。除了系統(tǒng)的核心功能外，這種新型的全自動(dòng)控制技術(shù)還帶來了大量的附加價(jià)值。其中之一便是操作員的舒適性，還有會(huì)帶來可觀紅利的能源效率。
 
                  
                     康斯坦茨自來水廠對(duì)Beckhoff 基于PC 的控制技術(shù)進(jìn)行了升級(jí)。

   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(yùn)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(yuǎn)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(xiàng)目已經(jīng)啟動(dòng)，目的是為了實(shí)現(xiàn)自來水廠中所有設(shè)備的控制和監(jiān)控。全自動(dòng)操作是必然的，而且如果供水安全性不能改進(jìn)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(tuán)隊(duì)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(duì)負(fù)責(zé)這個(gè)項(xiàng)目的人來說，系統(tǒng)的開放性才是重要的。以下指示被下達(dá)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(dá)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(gè)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(gè)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(jìn)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(shí)候升級(jí)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(jìn)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?yàn)槲覀兿胍环N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?cè)陂_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(píng)論規(guī)格要求的時(shí)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(jì)的解決方案。” Wolfgang Treib 基于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)證實(shí)了這種觀點(diǎn)：“20 年前，購買 I/O 卡花費(fèi)的成本現(xiàn)在都可以購買多臺(tái)工業(yè) PC 了，包括總線端子模塊。”庫存幾個(gè)總線端子模塊用于維護(hù)修理并不會(huì)占用很大的資本。

   新自動(dòng)化系統(tǒng)的其中一個(gè)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?cè)趹?yīng)用的設(shè)計(jì)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(jìn)行消毒。臭氧通過周圍的空氣直接在自來水廠中生成。

  因?yàn)殪`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(diǎn)的詳細(xì)信息而實(shí)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(yùn)行時(shí)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(jìn)行配置并連接至兩臺(tái)并行的 IPC。其中一臺(tái) IPC 作為主機(jī)運(yùn)行，另一臺(tái)可作為系統(tǒng)冗余。這兩臺(tái) 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(yùn)行，” Wolfgang Treib 說。 如果有必要的話，這些系統(tǒng)組件也可以自主運(yùn)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(yùn)行期間進(jìn)行。系統(tǒng)構(gòu)架促進(jìn)了該項(xiàng)工作的完成：康斯坦茨自來水廠具有三個(gè)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(gè)“供水渠”中的其中之一轉(zhuǎn)化成 Beckhoff 技術(shù)，而另外兩個(gè)“供水渠”則用于確保供水。

  總計(jì)六臺(tái)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(shí)際值和設(shè)定值。 Wolfgang Treib 確信操作人員會(huì)很快地適應(yīng)這項(xiàng)新技術(shù)。“我們具有人機(jī)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(hào)通信通過 IEC 60870-5-104 遠(yuǎn)程控制協(xié)議進(jìn)行傳輸。大約來自 1,600 數(shù)據(jù)點(diǎn)的信息都是通過這樣的方式進(jìn)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(fèi)一點(diǎn)心血，但這也只是一項(xiàng)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(hào)，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(jìn)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(yùn)行。因?yàn)锽eckhoff 總線端子模塊技術(shù)的靈活性，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了真正的集成。由于輸入信號(hào)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(hào)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(hào)，”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(shí)際的功能。”如果有必要的話，還可輕松地進(jìn)行擴(kuò)展。開放式系統(tǒng)能夠在幾乎所有的點(diǎn)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(shí)，隨時(shí)待命的工作人員不再需要隨時(shí)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(huì)發(fā)出信號(hào)。值班員可以遠(yuǎn)程查看另兩臺(tái)微濾器的其中一個(gè)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(dá)自來水廠現(xiàn)場。目前的系統(tǒng)降低了隨時(shí)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(jìn)能源效率。“每年消耗量2 百多萬千瓦時(shí)（kWh），僅僅降低百分之一就是非常好的額外收益了，” Wolfgang Fettke 說。