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水管无水时如何应对？ |
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通过采用冗余远程控制器与自动化解决方案， 确保卢森堡市的水源供应 |
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遥控、远程控制、远程控制技术、过程控制系统、可视化系统、Sinaut、Simatic S7-300、Simatic S7-40、WinCC、TIM 3V-IE、TIM 4R-IE通信模块、GPRS、专线、调制解调器、MD741、MD2、Simatic MP377多功能触摸屏。 |
卢森堡市自来水厂一直在寻求一种自动化供水系统以确保高质量、可靠的水源供应，最终，他们成功了——他们采用了一种冗余专线系统，这一系统融合了不间断的远程控制系统，用两条不同的线路进行数据传输。
许多城市的饮用水水源都远涉数百公里，而卢森堡市的水源却近在咫尺。在那里，超级纯净的泉水从城市各处的砂岩中潺潺流出，72 口泉眼即可满足全城 60% 的需水量，剩下的 40% 则由卢森堡市自来水厂从Sebes集团名下的一个水库（图4和图5）买入。水厂共有员工 66 名，不仅要满足 92,000 位本市居民的饮用水需求，还要满足每周 140,000 名来自法国、比利时和德国等国家的往返上下班者的饮用水需求。供水管道始于昔日的要塞城镇，长约400公里。，全线管道的高度差普遍较大，，沿线共有 6 个泵站、12 个高架储水罐以及两座水塔，以保持足够的管线压力。
保障城市供水非常重要
2009 年，卢森堡市自来水厂决定将其全部供水系统升级到世界最高水平。，于是，他们采用了一个全新的自动化与远程控制系统，对水厂整个供水管网（包括所有的远程终端），进行切实有效的控制与监控（图1）。他们对该系统最重要要求是可靠性。水厂厂长尼科·庞德解释道：“冗余度的要求促使我们进行水厂的现代化改造。若在旧系统中实施冗余改造，其成本将会很高，而且我们仍会面临技术老化的问题。”
对水厂而言，冗余度至关重要，这不仅是出于经济效率的考虑，还因为市政府对Sebes 水库的取水量有严格限制。如果市区需水量多于限制水量，水厂则必须向市政府支付合同违约金以获得额外的供水。因此，卢森堡市决定采用一套上位控制软件来介入控制系统并调节相应的泵站、水罐和水塔。水厂技术工程师依福斯·汤纳坦言：“如果该软件实施失败，尤其是在炎热的夏季月份，我们将面临非常昂贵的违约成本。”
对此，曾有人提出过各式各样的解决方案，并详细讨论了其各自的优缺点。然而，对于以下这一点，所有的人都能达成一致，即：上位自动化系统应兼具灵活性与开放性，并符合相关工业标准——西门子的自动化系统完全满足上述要求。汤纳说：“西门子圈里的每个人都熟悉 Step 7。然而，只有两位外部专家可在旧系统中使用 Step 7编程我们不想再依赖这样的方式了。”
标准化且又独具特色
最终，该水厂选择了西门子标准自动化系统，这一系统以Simatic WinCC过程可视化系统为基础。该 SCADA 系统（监控与数据采集系统）的设计与技术可适用于各行各业，它拥有模块化的结构、良好的扩展性和灵活的系统组合，非常适用于分布式系统。尽管 WinCC 基本上是一个现成的系统，但水厂还是根据其自身的需求对过程可视化系统进行了定制。德国曼海姆的西门子研发团队对该厂提供了全面服务支持。汤纳见证了该研发团队程序设计人员的深厚技能，因为在西门子的服务过程中，不管是高级计算程序，还是直观的图形化显示，都要求大量的复杂程序设计。“程序员们工作非常积极，并出色完成了任务。”
例如，该系统需要在可视化系统中实现简明且一致的色彩标记，直观显示水质测量值（图3），或者用颜色区分各种泵站和水罐（图2）。用色彩编码的数值限度可使人一目了然地看到水质测量值是否在“绿色范围中”，或是需要在过程中重新调整。另外，还可对测量值进行模拟，即利用仪表与控制装置，直接将模拟测量值输入控制系统。如果测量值超标，且当时没有测量值信号传输至系统，这种模拟就会变得非常有用。对于这一系统而言，没有接收到某一测量值便意味着这一测量值出错了，因而，出于安全考虑，这些饮用水会被清理掉。但反过来，通过模拟测量值，能够确保高质量的水不会被排到废水流中。
另外，他们还采用了先进的控制标识系统（HID 代码），能够对各个工厂、工厂部门和厂区设备进行跨行业编码，以确保编码的一致性和系统性。例如，对该系统的编码是指对整个系统中闸阀或其它装置的准确位置的编码。为了不使可视化画面上的内容超载，也可启用或关闭该编码。
“我们水厂的技术水准远高于目前的普遍水平。实际上，别的城市的自来水厂基本不能达到如此之高的技术水准和可靠性”，水厂的厂长讲道。在过去，每个泵站的工作人员每天 24 小时三班倒值班，不间断的控制测量值并在必要时进行调整。庞德说：“通过现代化改造，我们大部分泵站的工作人员都不必这样倒班了。如今，我们能够更加高效地安排我们的员工完成各种高技术含量的任务。”
谨防万一……
Sinaut ST7 是远程控制的专业产品系列之一，在远程控制系统的应用中，Sinat ST7 首当其冲。该系统基于 Simatic S7系统，可全自动地监控远程过程站点。
该水厂还提出了最高水平的可靠性要求。该水厂还提出了最高水平的可靠性要求。工程师说：“以前，我们只有一个服务器，并且如果它出现故障我们就真的陷入了困境。更加糟糕的是，我们只有一条线路连接。如果有挖掘机碰到它，整个系统将陷入瘫痪”。今天，该水厂有两台位于不同地点的服务器，因而也是两个远程控制站。其中一个控制站管理控制过程。第二个控制站具有第一个控制站的功能，并且所有功能均启用，但不会向供水站发送控制命令或整定值。如果一个控制站发生故障，则会立即无缝启动另一个控制站。
每个控制站都配备有两台 Simatic S7-400 控制器，各远程终端都通过一台 Simatic S7-300 控制器运行。控制站和远程终端之间的数据连接也采用了冗余设计：GPRS（通用分组无线业务）和专线。17 个分站都可与两个中心控制站进行连续过程数据通信，并且各个分站点之间也可相互通信（图 6 和图 7）。“控制站全自动化运行，且整个系统可以从所有分站通过便携式 PC 操作”，庞德讲道。其它优点如下：
§ 基于事件控制的通信：必要时，可快速通知操作人员，并立即进行过程干预。
§ 事件驱动的数据传送：仅传送那些发生状态改变的数据，以确保最佳的数据传输速率。
§ 应急处理程序：如果整个网络由于某种原因发生故障，Simatic S7-300 控制器以及各个站点中相应的 Sinaut TIM 3V-IE 高级通信模块将启用一种应急处理程序，并继续自动运行。每个传输模块都内置大容量缓存器，可缓存数千条数据信息。这可确保接续传输中断。
§ 过程数据的正确存档：控制系统中所有的数据信息都在原始地点被加上时间标记——包括夏时制与冬时制时间转换。
§ 从控制站到远程终端的全面项目规划。
§ 安全保护以防未授权访问：利用 Scalance S612 安全模块防止外部访问网络。可通过因特网随时进行安全的远程访问。
（有关产品的详细信息，请参考【方框】中的内容）
不可思议的远程控制技术
通过结合使用 WinCC 系统的 Web Navigator 与 TeleControl Professional 远程控制系统，可确保随时随地通过因特网控制和监测系统。“理论上讲，你可以在家里做任何事情”，汤纳说。“实际上，当然是各个用户有各种不同的授权”。该系统还具有其它优势：工程师甚至可以用他的智能手机控制整个系统。这种一致性的远程控制系统不仅实现了以舒适的方式进行整个供水监控，而且还节省了大量的路途时间及现场作业。汤纳对此持肯定态度：“以前，我不得将我一半的工作时间花在开车途中和泵站。最远的泵站大约在20公里以外。而今天，我在那的时间不会超过我工作时间的5-10%。我们从未精确计算过减少的成本，但是新的解决方案确实节省了大量的时间，因而也节省了大量的金钱。”该市的市民已经意识到这一让其节省开支的好处了。这种新系统使得水厂能够以非常合理的价格为用户提供宝贵的水资源。“关键因素是冗余性为我们的供水提供了双重保险和高可靠性”，厂长强调。
前瞻未来通过采用先进的通信技术，而今系统也可自动发送故障消息。例如，如果在周末发生了机器故障，西门子报警控制中心会自动发送一条短消息，并要求接收者在规定时间内确认该信息。这再次验证了“一人计短，二人计长”的箴言，该水厂再也不必依赖于一个单一的系统。这一系统内置通信模块，其功能还包括短消息报警信号的发送，不愧为一种高性价比解决方案。“我们计划在近期实施这种辅助的安全措施。同一报警短消息将被发送两次，一次是从最高级别的控制系统发送，一次是从最低级别的分站控制系统发送。如果那时我们采用两个不同的信息提供方式，那就万无一失了”，汤纳说。
庞德接着补充道：“一旦这种解决方案实施到位，我们的员工在周末基本就不用值班了”，原先周末值班的员工可以在家用笔记本电脑轻松地联网，并定期监控是否一切正常。有关其它程序模块的新想法已在卢森堡水厂专家的脑海中成形。例如按计划对水泵进行 保养；通过对水泵和电机等设备的计划保养与维修，可实现预防性维护。这样一来。采用此方法以期避免将来不可控的机器故障停机。
另一种想法是实现在线公布水质硬度的测定数据，向市民提供更多的服务信息，并进一步增强他们对卢森堡市饮用水质量的信心。
[方框1]
远程控制技术的详细信息
供水分站系统
§ Simatic S7-300控制器
§ Simatic MP 377多功能触摸屏
§ Sinaut TIM 3V-IE 高级通信模块
§ Sinaut MD741 GPRS调制解调器
§ Sinaut MD2专线调制解调器
控制站系统
§ Simatic WinCC
§ 用于连接 WinCC 的 Sinaut ST7cc 控制站软件
§ Simatic S7-400控制器
§ Sinaut TIM 3V-IE 主站通信模块
§ Sinaut MD2专线调制解调器
§ Scalance X204-2
§ Scalance S612
[方框1结束]
作者简历：
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学位： |
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名： |
奥利弗 |
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姓： |
戈茨 |
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公司： |
西门子公司工业业务领域 |
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集团： |
工业自动化集团 |
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业务部门： |
传感器与通信部 |
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地址： |
德国卡尔斯鲁厄市 |
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工作职责： |
售前支持 |
