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水管無水時如何應對？ |
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通過采用冗余遠程控制器與自動化解決方案， 確保盧森堡市的水源供應 |
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遙控、遠程控制、遠程控制技術、過程控制系統、可視化系統、Sinaut、Simatic S7-300、Simatic S7-40、WinCC、TIM 3V-IE、TIM 4R-IE通信模塊、GPRS、專線、調制解調器、MD741、MD2、Simatic MP377多功能觸摸屏。 |
盧森堡市自來水廠一直在尋求一種自動化供水系統以確保高質量、可靠的水源供應，最終，他們成功了——他們采用了一種冗余專線系統，這一系統融合了不間斷的遠程控制系統，用兩條不同的線路進行數據傳輸。
許多城市的飲用水水源都遠涉數百公里，而盧森堡市的水源卻近在咫尺。在那里，超級純凈的泉水從城市各處的砂巖中潺潺流出，72 口泉眼即可滿足全城 60% 的需水量，剩下的 40% 則由盧森堡市自來水廠從Sebes集團名下的一個水庫（圖4和圖5）買入。水廠共有員工 66 名，不僅要滿足 92,000 位本市居民的飲用水需求，還要滿足每周 140,000 名來自法國、比利時和德國等國家的往返上下班者的飲用水需求。供水管道始于昔日的要塞城鎮，長約400公里。，全線管道的高度差普遍較大，，沿線共有 6 個泵站、12 個高架儲水罐以及兩座水塔，以保持足夠的管線壓力。
保障城市供水非常重要
2009 年，盧森堡市自來水廠決定將其全部供水系統升級到世界最高水平。，于是，他們采用了一個全新的自動化與遠程控制系統，對水廠整個供水管網（包括所有的遠程終端），進行切實有效的控制與監控（圖1）。他們對該系統最重要要求是可靠性。水廠廠長尼科·龐德解釋道：“冗余度的要求促使我們進行水廠的現代化改造。若在舊系統中實施冗余改造，其成本將會很高，而且我們仍會面臨技術老化的問題。”
對水廠而言，冗余度至關重要，這不僅是出于經濟效率的考慮，還因為市政府對Sebes 水庫的取水量有嚴格限制。如果市區需水量多于限制水量，水廠則必須向市政府支付合同違約金以獲得額外的供水。因此，盧森堡市決定采用一套上位控制軟件來介入控制系統并調節相應的泵站、水罐和水塔。水廠技術工程師依福斯·湯納坦言：“如果該軟件實施失敗，尤其是在炎熱的夏季月份，我們將面臨非常昂貴的違約成本。”
對此，曾有人提出過各式各樣的解決方案，并詳細討論了其各自的優缺點。然而，對于以下這一點，所有的人都能達成一致，即：上位自動化系統應兼具靈活性與開放性，并符合相關工業標準——西門子的自動化系統完全滿足上述要求。湯納說：“西門子圈里的每個人都熟悉 Step 7。然而，只有兩位外部專家可在舊系統中使用 Step 7編程我們不想再依賴這樣的方式了。”
標準化且又獨具特色
最終，該水廠選擇了西門子標準自動化系統，這一系統以Simatic WinCC過程可視化系統為基礎。該 SCADA 系統（監控與數據采集系統）的設計與技術可適用于各行各業，它擁有模塊化的結構、良好的擴展性和靈活的系統組合，非常適用于分布式系統。盡管 WinCC 基本上是一個現成的系統，但水廠還是根據其自身的需求對過程可視化系統進行了定制。德國曼海姆的西門子研發團隊對該廠提供了全面服務支持。湯納見證了該研發團隊程序設計人員的深厚技能，因為在西門子的服務過程中，不管是高級計算程序，還是直觀的圖形化顯示，都要求大量的復雜程序設計。“程序員們工作非常積極，并出色完成了任務。”
例如，該系統需要在可視化系統中實現簡明且一致的色彩標記，直觀顯示水質測量值（圖3），或者用顏色區分各種泵站和水罐（圖2）。用色彩編碼的數值限度可使人一目了然地看到水質測量值是否在“綠色范圍中”，或是需要在過程中重新調整。另外，還可對測量值進行模擬，即利用儀表與控制裝置，直接將模擬測量值輸入控制系統。如果測量值超標，且當時沒有測量值信號傳輸至系統，這種模擬就會變得非常有用。對于這一系統而言，沒有接收到某一測量值便意味著這一測量值出錯了，因而，出于安全考慮，這些飲用水會被清理掉。但反過來，通過模擬測量值，能夠確保高質量的水不會被排到廢水流中。
另外，他們還采用了先進的控制標識系統（HID 代碼），能夠對各個工廠、工廠部門和廠區設備進行跨行業編碼，以確保編碼的一致性和系統性。例如，對該系統的編碼是指對整個系統中閘閥或其它裝置的準確位置的編碼。為了不使可視化畫面上的內容超載，也可啟用或關閉該編碼。
“我們水廠的技術水準遠高于目前的普遍水平。實際上，別的城市的自來水廠基本不能達到如此之高的技術水準和可靠性”，水廠的廠長講道。在過去，每個泵站的工作人員每天 24 小時三班倒值班，不間斷的控制測量值并在必要時進行調整。龐德說：“通過現代化改造，我們大部分泵站的工作人員都不必這樣倒班了。如今，我們能夠更加高效地安排我們的員工完成各種高技術含量的任務。”
謹防萬一……
Sinaut ST7 是遠程控制的專業產品系列之一，在遠程控制系統的應用中，Sinat ST7 首當其沖。該系統基于 Simatic S7系統，可全自動地監控遠程過程站點。
該水廠還提出了最高水平的可靠性要求。該水廠還提出了最高水平的可靠性要求。工程師說：“以前，我們只有一個服務器，并且如果它出現故障我們就真的陷入了困境。更加糟糕的是，我們只有一條線路連接。如果有挖掘機碰到它，整個系統將陷入癱瘓”。今天，該水廠有兩臺位于不同地點的服務器，因而也是兩個遠程控制站。其中一個控制站管理控制過程。第二個控制站具有第一個控制站的功能，并且所有功能均啟用，但不會向供水站發送控制命令或整定值。如果一個控制站發生故障，則會立即無縫啟動另一個控制站。
每個控制站都配備有兩臺 Simatic S7-400 控制器，各遠程終端都通過一臺 Simatic S7-300 控制器運行。控制站和遠程終端之間的數據連接也采用了冗余設計：GPRS（通用分組無線業務）和專線。17 個分站都可與兩個中心控制站進行連續過程數據通信，并且各個分站點之間也可相互通信（圖 6 和圖 7）。“控制站全自動化運行，且整個系統可以從所有分站通過便攜式 PC 操作”，龐德講道。其它優點如下：
§ 基于事件控制的通信：必要時，可快速通知操作人員，并立即進行過程干預。
§ 事件驅動的數據傳送：僅傳送那些發生狀態改變的數據，以確保最佳的數據傳輸速率。
§ 應急處理程序：如果整個網絡由于某種原因發生故障，Simatic S7-300 控制器以及各個站點中相應的 Sinaut TIM 3V-IE 高級通信模塊將啟用一種應急處理程序，并繼續自動運行。每個傳輸模塊都內置大容量緩存器，可緩存數千條數據信息。這可確保接續傳輸中斷。
§ 過程數據的正確存檔：控制系統中所有的數據信息都在原始地點被加上時間標記——包括夏時制與冬時制時間轉換。
§ 從控制站到遠程終端的全面項目規劃。
§ 安全保護以防未授權訪問：利用 Scalance S612 安全模塊防止外部訪問網絡。可通過因特網隨時進行安全的遠程訪問。
（有關產品的詳細信息，請參考【方框】中的內容）
不可思議的遠程控制技術
通過結合使用 WinCC 系統的 Web Navigator 與 TeleControl Professional 遠程控制系統，可確保隨時隨地通過因特網控制和監測系統。“理論上講，你可以在家里做任何事情”，湯納說。“實際上，當然是各個用戶有各種不同的授權”。該系統還具有其它優勢：工程師甚至可以用他的智能手機控制整個系統。這種一致性的遠程控制系統不僅實現了以舒適的方式進行整個供水監控，而且還節省了大量的路途時間及現場作業。湯納對此持肯定態度：“以前，我不得將我一半的工作時間花在開車途中和泵站。最遠的泵站大約在20公里以外。而今天，我在那的時間不會超過我工作時間的5-10%。我們從未精確計算過減少的成本，但是新的解決方案確實節省了大量的時間，因而也節省了大量的金錢。”該市的市民已經意識到這一讓其節省開支的好處了。這種新系統使得水廠能夠以非常合理的價格為用戶提供寶貴的水資源。“關鍵因素是冗余性為我們的供水提供了雙重保險和高可靠性”，廠長強調。
前瞻未來通過采用先進的通信技術，而今系統也可自動發送故障消息。例如，如果在周末發生了機器故障，西門子報警控制中心會自動發送一條短消息，并要求接收者在規定時間內確認該信息。這再次驗證了“一人計短，二人計長”的箴言，該水廠再也不必依賴于一個單一的系統。這一系統內置通信模塊，其功能還包括短消息報警信號的發送，不愧為一種高性價比解決方案。“我們計劃在近期實施這種輔助的安全措施。同一報警短消息將被發送兩次，一次是從最高級別的控制系統發送，一次是從最低級別的分站控制系統發送。如果那時我們采用兩個不同的信息提供方式，那就萬無一失了”，湯納說。
龐德接著補充道：“一旦這種解決方案實施到位，我們的員工在周末基本就不用值班了”，原先周末值班的員工可以在家用筆記本電腦輕松地聯網，并定期監控是否一切正常。有關其它程序模塊的新想法已在盧森堡水廠專家的腦海中成形。例如按計劃對水泵進行 保養；通過對水泵和電機等設備的計劃保養與維修，可實現預防性維護。這樣一來。采用此方法以期避免將來不可控的機器故障停機。
另一種想法是實現在線公布水質硬度的測定數據，向市民提供更多的服務信息，并進一步增強他們對盧森堡市飲用水質量的信心。
[方框1]
遠程控制技術的詳細信息
供水分站系統
§ Simatic S7-300控制器
§ Simatic MP 377多功能觸摸屏
§ Sinaut TIM 3V-IE 高級通信模塊
§ Sinaut MD741 GPRS調制解調器
§ Sinaut MD2專線調制解調器
控制站系統
§ Simatic WinCC
§ 用于連接 WinCC 的 Sinaut ST7cc 控制站軟件
§ Simatic S7-400控制器
§ Sinaut TIM 3V-IE 主站通信模塊
§ Sinaut MD2專線調制解調器
§ Scalance X204-2
§ Scalance S612
[方框1結束]
作者簡歷：
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學位： |
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名： |
奧利弗 |
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姓： |
戈茨 |
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公司： |
西門子公司工業業務領域 |
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集團： |
工業自動化集團 |
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業務部門： |
傳感器與通信部 |
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地址： |
德國卡爾斯魯厄市 |
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工作職責： |
售前支持 |
