采用基于 PC 的控制技術對污水處理廠進行現代化改造

飲用水供應和污水處理系統是一個很復雜的系統，必須對其中的很多子工藝進行監控。負責解決約 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 的控制技術對 Morgenröthe-Rautenkranz 污水處理廠進行現代化改造：過程自動化通過 Beckhoff 控制平臺實現，該平臺由工業 PC 和控制面板、嵌入式控制器、TwinCAT 自動化軟件及 EtherCAT I/O 端子模塊構成。

德國 Morgenröthe-Rautenkranz 污水處理廠自 1994 年開始運營到現在已經 10 多年來，解決了 5000 多市民的污水處理問題。在工廠不中斷運營的前提下，僅在三個月的時間內將整個自動化系統都轉換成新的基于 PC 的控制系統

ZWAV 因此決定以基于 PC 的控制系統為基礎對工廠進行自動化改造。他們所面臨的挑戰就是：要在工廠不中斷運營的前提下，在三個月的時間內完成整套開關設備 — 包括過程自動化和通訊技術 — 的翻新改造，然后全部轉換成新的控制系統。首先，ZWAV 根據 DIN EN 61346 標準將工廠劃分為各個功能組，通過參考標識的方式讓所有正在運行的設備能夠被明確無誤地識別。為了標準化顯示工廠概況以及流程表，按照這種方式標記的功能組被分配為如下幾個部分：“入口”、“機械處理部分”、“生物處理部分”、“污泥處理部分”、“化學處理部分”、“輔助裝置”、“過程控制”以及“動力設施”。

硬件和軟件設施的標準化提高了工廠運營效率
“轉向使用 Beckhoff 控制技術的一個主要原因就是他們的產品都根據 PLCopen 和國際 PLC 標準IEC 61131 進行了標準化。”ZWAV 電氣和過程技術組主管 Silvio Merz 先生闡述道。“這可確保硬件和軟件的可重復利用性，簡化了設備操作。對我們來說的另一個好處就是，Beckhoff 嵌入式控制器的結構非常緊湊，幫助我們節省了控制柜內的寶貴空間。在最初的構建中，整個工廠內分配了 10 多個控制柜。“現在，我們已將所有功能（開關設備、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，我們已經能夠將現場的控制柜都搬走了。”Silvio Merz
解釋道。使用 Beckhoff 控制系統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，從而能夠實施最佳措施。”所有軟件和硬件組件與 ZWAV 的規格表完全一致。“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，我們作為技術服務人員，也能夠在調試后確定故障點并排除這些故障。”Silvio Merz 闡釋道。總部位于德國德累斯頓的 HST Wates GmbH 受委托實施自動化改造，他們使用明確規定的模塊和功能完成此項改造任務，它們都是根據客戶需要用結構文本（ST）編程語言專門編寫的。

Beckhoff C6335 型號無風扇控制柜式工業 PC 用作上位 PC，它主要用于實現可視化，并從本地裝置采集過程數據和狀態并將它們傳輸到中央控制器上

Morgenröthe-Rautenkranz 污水處理廠的控制結構

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 實現的。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設施，只有一些功能組，如應急電源控制系統以及曝氣池中的刮泥機及二次沉淀池，必須分散布置。Beckhoff C6335 型號無風扇控制柜式 PC 用作上位 PC，它主要用于實現可視化，并從本地裝置采集過程數據和狀態并將它們傳輸到中央控制器中的 SCADA 過程上，或者在通訊出現故障時保存這些數據并待日后傳輸。劃分為嚴格定義的通訊結構和模塊的發布者和訂閱者變量被提供用于實現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 PC
被設計為一臺維修用 PC，應該讓我們能夠，例如，使用預裝的工具將 PLC 程序或參數集載入到各臺設備中。”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‘經濟型’觸摸面板實現。通過DVI 擴展技術，安裝在工廠內的第二臺面板同步顯示控制室內顯示的操作順序。通過兩個基本描述選項“工廠”
和“工藝”讓操作員可以對工廠的整體運行狀態一目了然。點擊各自單元，即可查看詳細的圖像或進一步信息。這樣做的一個特別的好處就是：使用標準的可視化系統進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行狀態

工廠里安裝的一臺不帶按鍵的CP69xx 型號的 15 英寸‘經濟型’觸摸面板，用于同步顯示控制室中顯示的操作順序

工廠擴展規劃
在后續的項目中，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，并將它們連接到 HydroDat V8 中央控制系統上。“我們將自行完成所有規劃、編程和配置工作除了數據傳輸應用程序是例外，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。由我們創建的實際應用程序安裝在控制器的第二個 Runtime
上。”
Zweckverband Wasser und Abwasser Vogtland www.zwav.de