基于Logix平台的城北水厂自控系统概述

摘要：本文简要介绍了改造后的城北水厂自动化控制系统，通过与改造前的自控系统进行比较，对新系统的网络、人机界面等方面做出了评价分析。通过图示和叙述，阐述了城北水厂自控系统的结构和网络组态方式，并体现了基于Logix平台的控制技术在城北水厂的应用。新系统的使用效果表明，实时性及安全性得到大幅提高，操作方式也较原先更便捷。

关键词：工艺控制、PLC、工业以太网、Controllogix、FactoryTalk View

Abstract: this paper briefly introduces the reform of water after the north automation control system, through and transformation of the former compared the automatic control system, the new system of network, such as man-machine interface makes evaluation analysis. Through the and the narrative, expounds the structure of the north water automatic control system and network configuration mode, and embodies the Logix platform based on the control technology in the north the application of waterworks. The use of the new system results show that, real-time and vastly improved safety and operation method is also had more convenient.

Key words: process control, PLC, industrial Ethernet, Controllogix, FactoryTalk View

中图分类号：F407.61文献标识码：A 文章编号：

1前言

城北水厂始建于1999年底，并于第二年5月投运，至今已经运行12年之久。2008年为解决自控系统在供水负荷日益增加中产生的硬件问题，城北水厂对控制网络和上位机进行了改动。2011年底，城北水厂又对自控系统中各站点PLC模块进行升级，并对控制方法进行了改进。

目前城北水厂自动化系统由5个控制主站、9个控制子站、1套上位服务系统，以光纤环网的形式组成控制系统。其中5个控制主站中一泵房和加氯间站点已经升级为罗克韦尔公司最新的Controllogix平台，其余站点也将进行升级；上位机采用FactoryTalk View网络版和现场PanelViewPlus操作屏，组成人机界面系统。新系统的使用效果表明，实时性及安全性得到大幅提高，操作方式也较原先更便捷。

2控制系统的解决方案

2.1 控制策略

城北水厂自控系统站点设计是按照净水工艺进行设计的，在每个工艺点设置控制站，每个控制站可以对工艺点单独进行离散控制，再通过控制环网形成相对与外网较封闭的一套控制、信息集成的系统。工艺流程中，设置各种指标检测仪表进行控制参量采集及系统检测。

工艺流程图

在控制方式上分为全自动、半自动、远程手动、现场手动四种模式。全自动及完全由系统通过仪表反馈数据进行自动控制；半自动需要人工设定参数来实现现场设备的控制；远程手动通过中心控制室操作机由操作人员对设备进行具体控制，例如启动与停止设备、频率调节等等；而现场手动则跳过处理单元（PLC、SLC），通过现场操作箱、设备控制面板对现场设备进行具体操作。

控制模式简图

2.2 网络部分

贯穿全厂的网络采用了工业级的管理型交换机,作为各个子系统的节点交换。罗克韦尔公司开发的以太网系统在兼容了DH+网络的大部分性能以外，又具有DH+网络不具有的优越性：

可实现IP地址的动态分配；

以太网的理论通信速率是DH+网络最大通信速率的40倍；

在单一网络节点总数不受限制；

计算机无需增加其他模块即可与自控网络进行对等连接；

后期维护成本低，可扩展性强。

由于工业以太网与商用以太网兼容，所以在网络安全性方面不如只是针对控制网络开发的DH+网络，因此在与外网（除工业控制网络外的其他网络）进行数据通信时须经过硬件防火墙过滤，防止病毒对工控网的干扰。通过硬件防火墙设置只允许数据的单一流向，从而保证了自控网络的安全性与可靠性。

城北水厂自控网络采用环形拓扑结构。为了保证通信的顺利进行：1）光纤以铠装的形式地埋在电缆沟内，大大减小了外界环境的损坏与信号干扰；2）光纤交换机及光纤熔接盒安装在PLC机柜内（滤池子站有专门的电气柜安放光纤交换机和熔接盒），安全性较高。考虑到以上两点，再加上环网有一点断开时不会对通信产生影响（一点断开时，由环网变成总线形网络拓扑结构），而环网形成两个断点的情况非常小，所以采取了单环网通信方案。

2.3 人机界面

系统采用基于SOA（面向服务）的C/S架构。同传统的C/S架构不同，所有的C/S应用都将基于FactoryTalk 服务平台。城北水厂经过改造后上位机组态软件采用FactoryTalk View SE，这是一款管理级的（相对机器级的ME版）控制系统监控程序。SE具有分布性和扩展性特点，支持分布式服务器/多个用户应用机器的模式，这样可以扩展出多个信息控制点，而且不是增加控制网络节点数来实现。即使客户端采用不同的应用程序，控制系统的统一性还是能够得到保证。

1）对标签只做一次定义，通过FactoryTalk，SE可以直接从例如PLC、SLC等FactoryTalk服务设备上读取所需信息，同样也可直接从第三方OPC服务器中读取信息。所以城北水厂自动控制系统中的标签都是存在统一的一张TAG表中，SE、Logix程序都是针对本TAG标中标签进行引用。所以这个控制系统中，软件上达到统一定义。

2）两台冗余的服务器组态。为了确保控制系统的不间断性，采用两台高度冗余的服务器进行人机界面服务和数据服务的互备。当其中主服务器发生故障退出系统时，另外一台服务器继续为客户机提供信息。

城北水厂上位机界面1

城北水厂上位机界面2城北水厂上位机界面3

在上位机采用SE的同时，现场部分也具备PanelView Plus操作员界面。城北水厂属于技术密集型企业，各个站点、机房实现无人值守，只有少量值班人员对日常生产进行监控。所以在现场操作时，同样需要能够提供完备信息和简便操作方式的可视化操作界面。城北水厂的五个PLC站点安装的PanelView Plus操作员界面可以实现对全厂设备状态的采集，并通过显示屏提供与SE界面风格相同的人机接口。项目中采用了PanelView Plus 1250，其本身的逻辑控制模块中包含了USB接口、以太网接口、CF卡槽，24V直流电源接口，所以无需另购增强模块，一定程度上有利于控制系统成本的控制。