无线系统确保 Genkel 水坝设备间的通讯稳定可靠

时间:2018-10-27 德国倍福自动化

位于德国古默斯巴赫和迈讷茨哈根市区的 Genkel 水坝主要用于给周边地区供应饮用水。为了实现水坝操作的全自动化,HST Hydro-System- technik 公司受委托设计、安装和启用了一个全新的过程控制系统。尽管距离遥远而且环境潮湿,Beckhoff 坚固耐用的自动化组件却仍能够 确保稳定、可靠地完成复杂的测量和控制任务。

无线系统确保 Genkel 水坝设备间的通讯稳定可靠

Genkel 水坝由一个堆石坝构成,在上游坝面覆盖了一个两层沥 青混凝土防水层。这座水坝由谷底升起,高 41 米,长 200 米, 顶部宽约 8 米。水坝后面的水库可蓄存约 800 万立方米的饮用 水。为了采用最先进的技术监控该水坝的运行情况,位于古默 斯巴赫的一家地区级水管理协会 Aggerverband 委托 HST Hydro- Systemtechnik 公司安装了一套先进的过程控制系统,用于监控 诸如抽水、水位、水温、水蒸发量以及风速等参数。此外,该 系统还可持续监控该水坝偏移基底的情况。

基于 PC 的控制与监视系统

HST Hydro-Systemtechnik 公司总部位于德国梅舍德,共有 110 名 员工,公司主要提供完整的水管理解决方案,在市政部门和商 业界均获得广泛应用。具体应用包括自来水厂、水坝、雨水 池、污水系统以及污水处理厂等等。公司的核心竞争力包括 用于实现自动化改造的 IT 系统和过程控制系统。软件由 HST Hydro-Systemtechnik 公司自主开发,而硬件则外包。“很多年 前,我们决定使用一个基于 PC 的 TeleMatic 系统来扩展我们的 HydroDat® V8 过程控制系统。

”HST Hydro-Systemtechnik 公司 IT 系统产品经理 Frank Heutger 解释说道。“我们为此寻找兼容的 硬件,硬件还必须采用模块化设计且坚固耐用。我们最终决定 选用 Beckhoff 的硬件组件,因为他们的组件非常可靠,而且具 有良好的开放性,这意味着它们可以很轻松地集成到我们的过 程控制系统中。”这位 IT 专家如是说。自此之后,HST Hydro-Systemtechnik 公司几乎只使用 Beckhoff 的硬件。

无线系统确保 Genkel 水坝设备间的通讯稳定可靠

在水管理中常有的一个情况是:分布在较大范围内的很多设备 必须集成到同一个过程控制系统中。在这种情况下,最大的挑 战就是如何确保运行稳定可靠。Frank Heutger 表示:“以往的通 讯主要依靠电话线。而现如今,人们越来越多地采用无线数据 传输方式。此外,还可以通过以太网建立在线连接。”

将先进的无线技术成功集成到成熟的基于 Lightbus 总线的结构 中 Genkel 水坝新使用的过程控制系统将总共 12 个工作站连在一 起,其中一个被称为测量筏的站就在水库上。此外,该系统直 接连接到 Aggerverband 协会的中央控制室,从这里可以监控多 个水坝的运行情况。“协会要求凡是涉及硬件的地方都要具备 很高的可用性。这表示所用的组件还必须能够在恶劣的环境条 件下稳定可靠地工作,而且需要有很长的使用寿命。控制系统 还必须确保数据存储安全。”HST 公司的 IT 专家解释道。

为了能够在过程控制系统中稳定可靠地传输数据,Aggerverband 协会在考虑到一致性的前提下选择了 Lightbus 系统,该系 统已经在同样由该协会管辖的 Wiehl 水坝中成功应用了很多 年。Genkel 水坝的 12 个工作站中有 11 个通过一个 1.5 公里长的 Lightbus 总线环连接起来。每个工作站都有一个集成有 PLC 功能的 BC2000 总线端子模块控制器构成。过程数据的采集通过各种 模拟量和数字量测量端子模块实现。

无线系统确保 Genkel 水坝设备间的通讯稳定可靠

Beckhoff 总线端子模块系统集成无线通讯 第 12 个工作站,即“测量筏”,采用的是几乎相同的硬件。但 是,由于这个测量筏外露在距离水坝 100 米的水面上,因此使 用电缆连接就会有危险。这是因为,水体遭雷击的频率大大高 于周围的陆地,敷设在水中的电缆在雷暴天气条件下极有可能 遭到雷击。为了解决这个难题,HST Hydro-Systemtechnik 公司的 专家决定采用太阳能供电,在开始时先使用 Beckhoff 无线端子 模块 KM6551 进行无线连接。“这些端子模块可以很方便地集 成到总线端子模块系统中,采用的是 2.4 GHz 频带。定向天线确 保无线电传输链路稳定。”Frank Heutger 解释说道。第一个工作 站中也使用了相同的无线电技术,该站点被用作两个总线端子 模块系统之间的接口。

通过 ADS 进行数据传输

过程控制系统的主干部分由 12 个总线端子模块控制器构成,它 们通过 ADS(TwinCAT 数据传输协议)相互交换数据,或者将数 据传输到控制中心,然后从控制中心监视和控制整个水坝。现 场运行和监控通过防护等级为 IP 65 的 Beckhoff 面板型 PC CP7102 实现,它与一个集成有 FC2001 PCI 接口卡的 Lightbus 系统连接。 从 15 英寸的触摸屏上可以看到所有信息并输入相应的命令。

在经过数月的规划之后,2010 年,Genkel 水坝的全新过程控制 系统花费了 6 个月的时间顺利竣工。从那时起,系统就一直保 持着良好的运行状态,没有出现过任何故障。测量筏和无线链 路也都通过了酸性测试。“这再次印证了我们几年来使用 Beck- hoff 硬件的良好体验。”Frank Heutger 之所以这样宣称,是因为 与此同时 HST Hydro-Systemtechnik 公司安装了 1000 多台 Beckhoff CX 系列嵌入式控制器,它们的运行都非常稳定,没有出现过任 何异常情况。

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