高可靠性水厂综合自动化控制系统
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性， 实现 了 自来水 厂 的管理 控制 一体 化 ， 效果 显著 。 且
关键 词 ：水 厂
冗余
工业 以太 网
Ｐ Ｃ Ｇ Ｒ Ｐｏｂｓ Ｌ Ｐ Ｓ ｒｉ ｆｕ
中 图分 类号 ：Ｔ ２ ３ Ｐ ７
文献标 志码 ：Ａ
，
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ： Ｔ ｃ ｅ ｅ ｔ ｉｈ ｒｌａ ｉｉ ｎ ｎｅ ｒ ｔｄ ａ ｔｍａｉ ｃ ｎｒ ｌｏ ｔｒ ｒ ｓｒ ｃ ｏ ａ ｈｉｖ ｈｅ ｈｇ ｅｉｂｌｔ ａ ｄ ｉ ｔｇ ａｅ ｕｏ ｔ ｙ ｃ ｏ ｔｏ ｆｗａｅ ｗｏｋｓ ｉ ｃ ｏ ｄ ｎ ｅ ｎ ａ ｃ ｒ ａ ｃ ｗｉ ｅ ｕ ａ ｃ ｅ ｉｎ ｔｅ ｒ ｔ ｒｄ ｎｄ ｎ ｙ ｄ ｓｇ ｈ ｏｙ， ａ ｈ ｎ ｉｔｇａｅ ｕｏ ｔ ｎ ｃ ｎｔｏ ｙｔｍ ｏ ｉｈ ｒ ｌ ｂｌｔ ｔｒ ｒ ｓ ｉ ｄ ｓｇ ｅ ｎｅ ｒ ｔｄ ａ ｔｍａｉ ｏ ｒｌｓｓｅ ｆｒｈｇ ｅｉ ｉ ｙ ｗａｅ ｗｏｋ ｓ ｅ ｉｎ ｄ． Ｍａ ｙ ｔｃ ｏｏ ｉｓ ．ｇ ｏ ａ ｉ ｎ ｅ ｈｎ ｌｇｅ ，ｅ ．。ｔ ｎ ｖｅ ｎｔｒｎ ｏｔ ｒ ｈｅ Ｋｉｇ ｉｗ ｍｏ ｉ ｉ ｇ ｓｆｗａｅ ｏ
３ ２ 水 厂 供 电 系统 冗余 ．
பைடு நூலகம்
我 国的水厂属于供 电二级 负荷 ， 规定 电源 供 按
电应 取 自两 回路 ， 回路 来 自不 同 变 电 站 ， 回 路 同 时 两 两
统 的部件级热冗余通常采用的结构形式。并联逻辑框
图 如 图 ２所 示 。
使用或一条 回路正常使用 、 另一条作为备用 回路 ， 每条
ｍａｏ ｏ ｏ ｅ ｔ ｏ ｈ ｙｔｍ ｒ ｎｒｄ ｃ ｄ ｈ ｒｃｉａ ｐ ｒｔ ｎ ｓｏ ｓｔａ ｔｅ ｓｓ ｍ ｏｓｓｅ ｉｈ ｒｌｖｌｏ ｕｏ ｔ ｎ ａ ｄ ｊｒｃｍｐ ｎ ｎｓ ｆｔｅ ｓｓｅ ａｅ ｉｔ ｕ ｅ ．Ｔ ｅ ｐａ ｔ ｌｏ ｅａｉ ｈ ｗ ｈｔ ｈ ｙｔ ｐ ｓｅｓｓ ｈｇ ｅ ｅｅ ｆａ ｔｍａｉ ｎ ｏ ｃ ｏ ｅ ｏ
障时 ， 速 自动 地接管控 制与输 出。冗余 按程度 可分 迅
为 １ １ １２ １ｎ等 多 种 形 式 。并 联 结 构 是 各 种 控 制 系 ： 、： 、：
制层组成 ， 由办 公 楼 里 的 各 台工 控 机 和 现 场 控 制 分 站
（ 可编程控 制器 Ｐ Ｃ 组成 全 厂工 业 以太 网。如 中控 Ｌ） 室 ２台监控计算机 同时出现 故障 ， 现场分 站仍 能独 各 立和稳定工作 ， 从根本上提高 了系统 的可靠性 。
纠 增 环 旅 博 巽 宏 囤
（ 河北 工程 大学信 息与 电气工程 学院 ， 北 邯郸 河 ０６３ ） ５ ０ ８
摘
要 ：为 实现 对 自 水 厂 的高可 靠性 、 来 综合 自动 化控 制 ， 据冗 余设 计理 论 ， 计 了一套 高可 靠性 水 厂综 合 自动 化控 制 系统 。采 用 根 设
机 和 Ｕ Ｓ 备 。 它 们 都 连 接 到 ２台 交 换 机 上 构 成 双 Ｐ 设 星 型 以 太 网 。相 比环 形 以太 网 ， 星 型 以 太 网 的 特 点 双
式中： ｎ为第 ｎ台设备 ； 为 ｎ台设备并联构成 的系统 。 Ｓ 假设并 联系统 由可靠度 为 ０ ８的 ２台装置组 成 ， ． 则该 系统 的可靠度 由式 （ ） ２ 可知 ， 表示为 ：
的污染 。 自来水厂运 行 的好 坏 ， 与人们 生活用 水关 系 密切 。我 国相 当数量 的 水厂 由于建 厂 时间 较早 等 原 因， 自动化程度不高 。例如水 厂部 分工 艺流程 仍采 用 人工 方式完成或虽然各工艺采用 自动控 制但各 工艺相 互独 立 ， 相互之间 的协调仍 然需 要人 工调节 。这就 导 致生产效率 不高 ， 水厂 出水质量也不稳定 ， 同时浪 费了 大量 的人力 、 物力。兴建 自动化 程度 高 的水 厂 监控 系
，
ｓ ４ ０ ＰＬＣ， ＧＰ ａ ｄ Ｐｒｆ ｓ ７— ０ ＲＳ ｎ ｏ ｂｕ ＤＰ ｆｅｄ ｕ ｒ ａ ｏ ｔｄ。 ａ ｄ ａ ｃ ｒ ｉｇ ｔ ｈｅ ｅ ｈ ｏｏ ｉａ ｐｏ ｅ ｓ ｔ ｅ ｅ ｕ ｄ ｎ ｃ ｎｒ ｌｓ ｓｅ ０ ｉ ｉｌ ｂ ｓ ａ ｅ ｄ ｐ ｅ ｎ ｃ ｏ ｄｎ ｏ ｔ ｔｃ ｎ ｌｇｃ ｌ ｒｃ ｓ ， ｈ ｒｄ ｎ ａ ｔ ｏ ｔｏ ｙ ｔｍ ｆ ｐ ｏ ｕ ｔ ｎ ｍａ ａ ｅ ｎ ｅ ｅ ｎ ｏ ｔｏ ｅ ｅ ｓｄ ｓｇ ｅ ． Ｓ ｅ ｉｃ ｃ ｍｐ ｓｔ ｎ ｏ ｈ ｏ ｔｏ ｅｗｏｋ ａ ｄ ｔｅｂ ｓｃ ｏ ｅ ａｉｎａ ｒｎ ｉｌ ｆｔｅ ｒ ｄ ｃｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔｌｖ ｌ ｄ ｃ ｎｒｌｌｖ ｌｉ ｅ ｉｎ ｄ ｏ ａ ｐ ｃｆ ｏ ｏ ｉｏ ｆｔ ｅｃ ｎ ｒｌｎ ｔ ｒ ｎ ｈ ａ ｉ ｐ ｒｔｏ ｌｐ ｃｐｅ ｏ ｉ ｉ ｉ ｈ
配 水 井 打 到水 池 ， 水 池 经 加 药 、 凝 、 淀 、 滤 等 工 在 絮 沉 过
序得到清水 ； 将得到 的清水存入清水池 ， 再经高压泵 压 出供配水 网配水 。其 中该系统加氯分为前加氯和后加 氯 。前加氯处设在配水 井 的入 口， 后加 氯处 为清水池 的人 口。该系统还配有 排污设备 ， 可将水 池 中的污 泥 及时排 出， 另一部分经过处理返 回到配水井 人 口处 。
回路应都能独立地 承担全厂 的供 电负荷 ， 为今后 的水 厂发展添加 用电设 备考虑还 应 留有 适 当的供 电余力 。
宙
图２ 并 联 逻 辑 框 图
Ｆ ｇ ２ Ｐａａ ｌｌｌｇｃ ｄｉｇ ａ ｉ． ｒｌｅ ｏ ｉ ａ ｒ ｍ
对水厂特别 重要的负荷 ， 如停 电或 断 电会 对 日常生产
图 ２中， ，Ｒ 、 Ｒ Ｒ 、 ： …、 为各 设 备 的可 靠度 。图 ２
中， 单个设备 的可靠度可用 以下 函数表示 ：
， ｔ
Ｒ＝ ｔ ＝ｅｐ Ｒ（） ｘ ［一 ｆＡ ｔｄ ］ （） ｔ
Ｊ０
（） １
式中 ： 为 Ｒ ｔ即可靠度 函数的缩写形式 ； （ ） （） Ａ 为失效 率（ 故障率） 函数 。 该系统 的可靠度 Ｒ 可表示 为 ：
统 已经 刻 不 容 缓 。
所 要 阐述 的 主要 内容 。
１ 自来水 处理 流程描 述
由于水源不 同， 进入水厂的水质各有不同 ， 饮用 水 处理系统的组成和工艺流程多种多样。该 系统的工 艺
流程如 图 １ 所示 。
前加 氯 加 药 后 加氯
对于水 厂在 内的一些 工业 控制 系统 ， 基本 的要 最 求就是可靠性 高。一旦 系统 出现故 障 ， 将造 成整 个控
组态 王 监控 软件 、７４０冗 余 Ｐ Ｃ、Ｐ Ｓ和 Ｐｏ ｂｓ Ｐ现 场总线 等技 术 ， ｓ—０ Ｌ ＧＲ ｒｆ ｕ ｉ Ｄ 并根 据工 艺流程 ， 设计 了生产 管 理级 和生产 控制 级的冗 余 控 制 系统 。具 体介 绍 了控 制 网络 的具 体组成 和 系统 主要 部 件 的工 作 基本 原 理 。实 际 运行 表 明 ， 系统 具 有 较高 的 自动化 程 度 和 可 靠 该
Ｒ ＝１ １ Ｒ ） １ Ｒ ）＝ ．６＞ ． 一（ 一 １ （ 一 ２ ０ ９ ０ ８ （） ３
是以后 再增加 主站 点时 比较 简单 ； ２台研华 工业 交换 机 Ｈ Ｓ ８ －Ｓ Ｅ １ ＭＣ２ Ｃ将各 自的 ２个端 口设 为 Ｔｕ ｋ 端 口 ｒｎ （ 汇聚 ） 主干端 口， 建立连 接 ， 并 形成一个 高速 的骨干链
Ｒ ＝１ １一 （ 一 ： … （ 一 一（ Ｒ ） １ 尺 ） １ Ｒ ） （） ２
信息监 控 管 理 层 设 备 有 ２台 中控 室 即工 控 机
（ｎ ｕｔａ ｐｒ ｎｌ ｏ ｐ ｔ ，Ｐ ） 厂 长 室工控 机 、 ｉｄ ｓｉ ｅ ｏａ ｃｍ ｕｅ ＩＣ ， ｒｌ ｓ ｒ 工 程师工控机 、 化验室工控机各 １台 ， 以及 ４台网络打 印
件工作 的原理是什 么 ， 当遵循 怎样 的原则 使 系统在 应
保持高可靠性 的前 提下尽 量减 少不必 要 的设 备 投入 ， 并按要求实现 自来 水厂 的综合 自动控 制 ， 正是本 文 这
修 改稿 收到 日期 ：０ １— ８— ９ ２１ ０ ２ 。
系统 的水源地为地 表水 ， 取水泵 房将 地表水通 过
的电源支持 。其 中， Ｐ Ｕ Ｓ的任务 主要 是保证 在 电力 系
统突然 中断时重要设 备仍能 连续 工作 ， 而为 柴油发 从 电机的启动赢 得时间 。当柴 油发 电机启 动完毕 ， 此后
的供 电 任 务 交 给 柴油 发 电机 。 ３ ３ 信 息 监 控 管理 层 ． ３３ １ 双 星 型冗 余 以太 环 网 ． ．
或安全生产发生重大影响的设备还 配有应 急电源。因 此， 该系统供 电电源 采用 １ Ｖ双 回路放 射式 接线 方 ０ｋ 式 ， 急 电 源 为 “ 间 断 电 源 系 统 （ ｎ ｔ ｒｐｉｌ 应 不 ｕｉｅｕｔ ｅ ｎ ｒ ｂ ｐｗ ｒｙｔ Ｕ Ｓ 油机 ” ｏ ｅ ｓ ｍ， Ｐ ）＋ ｓ ｅ 形式 ， 为水厂系统提供可靠
高可靠性水厂综 合 自动化控 制系统
刘增环 。 等
高 可 靠 性 水 厂综 合 自动 化 控 制 系统
ｎ ｅ ａ ｅ ｔ ｍ ａ ｉ ｔ ｇｒ ｔ ｄ Ａｕ ｏ ｔ Ｃｏｎ ｒ ｌＳ ｓ ｅｍ ｎ Ｈｉ ｌ ｌ ｂｅ Ｗ ａ ｅ ｗ ｏ ｋ ｃ ｔｏ ｙ ｔ ｉ ｇｈｙ Ｒｅｉ ｌ ｔ ｒ ｒ ｓ ａ
高可 靠 性 水 厂 综 合 自动 化 控 制ｌ 系统 刘 增 环 ， 等
散型系统。整个 系统 由信息 （ 理 ） 控层 和现 场 控 管 监
２ 冗余 设计 的基本 理 论
通常按冗余切换方式 可分 为热冗余 、 暖冗 余和冷 冗余三种形式 ］ 。系统 的可靠性模型是冗余设计 的基 础 。热冗余是指冗余 子系统 始终处 于联机 运行 状态 ， 平时不参 与控 制与输 出， 当被 冗余 的主控 系统发 生故
ｒ ｌ ｂｌｔ ｅｉ ｉ ｙ，ａ ｄ ａ ｈ ｅ ｅ ｈ ｎ ｇ ｍｅ ｔａ ｄ ｃ ｎ ｒｌｉ ｅ ａｉｎ ｏ ｔｒ ｏ ｋ ａ ｄ ｇ ｔ ｓｇ ｉ ｃ ｎ ｆ ｃ． ａ ｉ ｎ ｃ ｉｖ ｓｔｅ ｍａ ａ ｅ ｎ ｎ ｏ ｔｏ ｎｔｇ ｔ ｆｗａｅ ｒ ｏ ｗ ｒ ｓＩ ｎ ｅｓ ｉｎｆ ａ ｔｅ ｅ ｔ ｉ
制 过 程 的混 乱 ， 引起 严 重 的后 果 ， 由此 造 成 的 损 失 往 往
图 １ 自来 水 厂 工 艺流 程 图
Ｆｉ ． Ｔｅ ｈ ｌｇｃ ｌｐ ｏ ｅｓ ｎ ｗａｅ ｗｏ ｋ ｇ１ ｃ ｎｏｏ ｉａ ｒ ｃ ｓｉ ｔｒ ｒ ｓ
超出 自动化控制 系统本 身的价值 。实现可靠性 的最 有效方式之一就是 系统部件的冗 余 。然而各种冗余部
第一 作 者 刘增 环 （ ９ ２一） 男，０ ５年 毕 业 于燕 山 大学 测试 计 量技 １６ ， ２０
术及 仪 器专 业 ， 获硕 士 学位 ， 教授 ； 主要 从 事计 算机 检 测 与控 制 技 术 方 面
的研 究 。
《自动化仪表 》 ３ 第 ３卷第 ７期
２１ ０ ２年 ７月
２１
Ｋｅ ｙｗｏ ｄｓ： Ｗ ａｅ ｏ ｋ Ｒｅ ｕ ｄ ｎ ｙ Ｉ ｄ ｓｒａ ｈ ｒｅ ＰＬ ＧＰＲＳ Ｐ ｏ ｂ ｓ ｒ ｔｒ ｒ ｓ ｗ ｄ ｎ ａ ｃ ｎ ｕ ｔｉｌＥｔｅｎ ｔ Ｃ ｒｆ ｕ ｉ
０ 引言
随着 国民经济 的飞速 发展 ， 资 源受 到不 同程度 水
关键 词 ：水 厂
冗余
工业 以太 网
Ｐ Ｃ Ｇ Ｒ Ｐｏｂｓ Ｌ Ｐ Ｓ ｒｉ ｆｕ
中 图分 类号 ：Ｔ ２ ３ Ｐ ７
文献标 志码 ：Ａ
，
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ： Ｔ ｃ ｅ ｅ ｔ ｉｈ ｒｌａ ｉｉ ｎ ｎｅ ｒ ｔｄ ａ ｔｍａｉ ｃ ｎｒ ｌｏ ｔｒ ｒ ｓｒ ｃ ｏ ａ ｈｉｖ ｈｅ ｈｇ ｅｉｂｌｔ ａ ｄ ｉ ｔｇ ａｅ ｕｏ ｔ ｙ ｃ ｏ ｔｏ ｆｗａｅ ｗｏｋｓ ｉ ｃ ｏ ｄ ｎ ｅ ｎ ａ ｃ ｒ ａ ｃ ｗｉ ｅ ｕ ａ ｃ ｅ ｉｎ ｔｅ ｒ ｔ ｒｄ ｎｄ ｎ ｙ ｄ ｓｇ ｈ ｏｙ， ａ ｈ ｎ ｉｔｇａｅ ｕｏ ｔ ｎ ｃ ｎｔｏ ｙｔｍ ｏ ｉｈ ｒ ｌ ｂｌｔ ｔｒ ｒ ｓ ｉ ｄ ｓｇ ｅ ｎｅ ｒ ｔｄ ａ ｔｍａｉ ｏ ｒｌｓｓｅ ｆｒｈｇ ｅｉ ｉ ｙ ｗａｅ ｗｏｋ ｓ ｅ ｉｎ ｄ． Ｍａ ｙ ｔｃ ｏｏ ｉｓ ．ｇ ｏ ａ ｉ ｎ ｅ ｈｎ ｌｇｅ ，ｅ ．。ｔ ｎ ｖｅ ｎｔｒｎ ｏｔ ｒ ｈｅ Ｋｉｇ ｉｗ ｍｏ ｉ ｉ ｇ ｓｆｗａｅ ｏ
３ ２ 水 厂 供 电 系统 冗余 ．
பைடு நூலகம்
我 国的水厂属于供 电二级 负荷 ， 规定 电源 供 按
电应 取 自两 回路 ， 回路 来 自不 同 变 电 站 ， 回 路 同 时 两 两
统 的部件级热冗余通常采用的结构形式。并联逻辑框
图 如 图 ２所 示 。
使用或一条 回路正常使用 、 另一条作为备用 回路 ， 每条
ｍａｏ ｏ ｏ ｅ ｔ ｏ ｈ ｙｔｍ ｒ ｎｒｄ ｃ ｄ ｈ ｒｃｉａ ｐ ｒｔ ｎ ｓｏ ｓｔａ ｔｅ ｓｓ ｍ ｏｓｓｅ ｉｈ ｒｌｖｌｏ ｕｏ ｔ ｎ ａ ｄ ｊｒｃｍｐ ｎ ｎｓ ｆｔｅ ｓｓｅ ａｅ ｉｔ ｕ ｅ ．Ｔ ｅ ｐａ ｔ ｌｏ ｅａｉ ｈ ｗ ｈｔ ｈ ｙｔ ｐ ｓｅｓｓ ｈｇ ｅ ｅｅ ｆａ ｔｍａｉ ｎ ｏ ｃ ｏ ｅ ｏ
障时 ， 速 自动 地接管控 制与输 出。冗余 按程度 可分 迅
为 １ １ １２ １ｎ等 多 种 形 式 。并 联 结 构 是 各 种 控 制 系 ： 、： 、：
制层组成 ， 由办 公 楼 里 的 各 台工 控 机 和 现 场 控 制 分 站
（ 可编程控 制器 Ｐ Ｃ 组成 全 厂工 业 以太 网。如 中控 Ｌ） 室 ２台监控计算机 同时出现 故障 ， 现场分 站仍 能独 各 立和稳定工作 ， 从根本上提高 了系统 的可靠性 。
纠 增 环 旅 博 巽 宏 囤
（ 河北 工程 大学信 息与 电气工程 学院 ， 北 邯郸 河 ０６３ ） ５ ０ ８
摘
要 ：为 实现 对 自 水 厂 的高可 靠性 、 来 综合 自动 化控 制 ， 据冗 余设 计理 论 ， 计 了一套 高可 靠性 水 厂综 合 自动 化控 制 系统 。采 用 根 设
机 和 Ｕ Ｓ 备 。 它 们 都 连 接 到 ２台 交 换 机 上 构 成 双 Ｐ 设 星 型 以 太 网 。相 比环 形 以太 网 ， 星 型 以 太 网 的 特 点 双
式中： ｎ为第 ｎ台设备 ； 为 ｎ台设备并联构成 的系统 。 Ｓ 假设并 联系统 由可靠度 为 ０ ８的 ２台装置组 成 ， ． 则该 系统 的可靠度 由式 （ ） ２ 可知 ， 表示为 ：
的污染 。 自来水厂运 行 的好 坏 ， 与人们 生活用 水关 系 密切 。我 国相 当数量 的 水厂 由于建 厂 时间 较早 等 原 因， 自动化程度不高 。例如水 厂部 分工 艺流程 仍采 用 人工 方式完成或虽然各工艺采用 自动控 制但各 工艺相 互独 立 ， 相互之间 的协调仍 然需 要人 工调节 。这就 导 致生产效率 不高 ， 水厂 出水质量也不稳定 ， 同时浪 费了 大量 的人力 、 物力。兴建 自动化 程度 高 的水 厂 监控 系
，
ｓ ４ ０ ＰＬＣ， ＧＰ ａ ｄ Ｐｒｆ ｓ ７— ０ ＲＳ ｎ ｏ ｂｕ ＤＰ ｆｅｄ ｕ ｒ ａ ｏ ｔｄ。 ａ ｄ ａ ｃ ｒ ｉｇ ｔ ｈｅ ｅ ｈ ｏｏ ｉａ ｐｏ ｅ ｓ ｔ ｅ ｅ ｕ ｄ ｎ ｃ ｎｒ ｌｓ ｓｅ ０ ｉ ｉｌ ｂ ｓ ａ ｅ ｄ ｐ ｅ ｎ ｃ ｏ ｄｎ ｏ ｔ ｔｃ ｎ ｌｇｃ ｌ ｒｃ ｓ ， ｈ ｒｄ ｎ ａ ｔ ｏ ｔｏ ｙ ｔｍ ｆ ｐ ｏ ｕ ｔ ｎ ｍａ ａ ｅ ｎ ｅ ｅ ｎ ｏ ｔｏ ｅ ｅ ｓｄ ｓｇ ｅ ． Ｓ ｅ ｉｃ ｃ ｍｐ ｓｔ ｎ ｏ ｈ ｏ ｔｏ ｅｗｏｋ ａ ｄ ｔｅｂ ｓｃ ｏ ｅ ａｉｎａ ｒｎ ｉｌ ｆｔｅ ｒ ｄ ｃｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔｌｖ ｌ ｄ ｃ ｎｒｌｌｖ ｌｉ ｅ ｉｎ ｄ ｏ ａ ｐ ｃｆ ｏ ｏ ｉｏ ｆｔ ｅｃ ｎ ｒｌｎ ｔ ｒ ｎ ｈ ａ ｉ ｐ ｒｔｏ ｌｐ ｃｐｅ ｏ ｉ ｉ ｉ ｈ
配 水 井 打 到水 池 ， 水 池 经 加 药 、 凝 、 淀 、 滤 等 工 在 絮 沉 过
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回路应都能独立地 承担全厂 的供 电负荷 ， 为今后 的水 厂发展添加 用电设 备考虑还 应 留有 适 当的供 电余力 。
宙
图２ 并 联 逻 辑 框 图
Ｆ ｇ ２ Ｐａａ ｌｌｌｇｃ ｄｉｇ ａ ｉ． ｒｌｅ ｏ ｉ ａ ｒ ｍ
对水厂特别 重要的负荷 ， 如停 电或 断 电会 对 日常生产
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式中 ： 为 Ｒ ｔ即可靠度 函数的缩写形式 ； （ ） （） Ａ 为失效 率（ 故障率） 函数 。 该系统 的可靠度 Ｒ 可表示 为 ：
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所 要 阐述 的 主要 内容 。
１ 自来水 处理 流程描 述
由于水源不 同， 进入水厂的水质各有不同 ， 饮用 水 处理系统的组成和工艺流程多种多样。该 系统的工 艺
流程如 图 １ 所示 。
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对于水 厂在 内的一些 工业 控制 系统 ， 基本 的要 最 求就是可靠性 高。一旦 系统 出现故 障 ， 将造 成整 个控
组态 王 监控 软件 、７４０冗 余 Ｐ Ｃ、Ｐ Ｓ和 Ｐｏ ｂｓ Ｐ现 场总线 等技 术 ， ｓ—０ Ｌ ＧＲ ｒｆ ｕ ｉ Ｄ 并根 据工 艺流程 ， 设计 了生产 管 理级 和生产 控制 级的冗 余 控 制 系统 。具 体介 绍 了控 制 网络 的具 体组成 和 系统 主要 部 件 的工 作 基本 原 理 。实 际 运行 表 明 ， 系统 具 有 较高 的 自动化 程 度 和 可 靠 该
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是以后 再增加 主站 点时 比较 简单 ； ２台研华 工业 交换 机 Ｈ Ｓ ８ －Ｓ Ｅ １ ＭＣ２ Ｃ将各 自的 ２个端 口设 为 Ｔｕ ｋ 端 口 ｒｎ （ 汇聚 ） 主干端 口， 建立连 接 ， 并 形成一个 高速 的骨干链
Ｒ ＝１ １一 （ 一 ： … （ 一 一（ Ｒ ） １ 尺 ） １ Ｒ ） （） ２
信息监 控 管 理 层 设 备 有 ２台 中控 室 即工 控 机
（ｎ ｕｔａ ｐｒ ｎｌ ｏ ｐ ｔ ，Ｐ ） 厂 长 室工控 机 、 ｉｄ ｓｉ ｅ ｏａ ｃｍ ｕｅ ＩＣ ， ｒｌ ｓ ｒ 工 程师工控机 、 化验室工控机各 １台 ， 以及 ４台网络打 印
件工作 的原理是什 么 ， 当遵循 怎样 的原则 使 系统在 应
保持高可靠性 的前 提下尽 量减 少不必 要 的设 备 投入 ， 并按要求实现 自来 水厂 的综合 自动控 制 ， 正是本 文 这
修 改稿 收到 日期 ：０ １— ８— ９ ２１ ０ ２ 。
系统 的水源地为地 表水 ， 取水泵 房将 地表水通 过
的电源支持 。其 中， Ｐ Ｕ Ｓ的任务 主要 是保证 在 电力 系
统突然 中断时重要设 备仍能 连续 工作 ， 而为 柴油发 从 电机的启动赢 得时间 。当柴 油发 电机启 动完毕 ， 此后
的供 电 任 务 交 给 柴油 发 电机 。 ３ ３ 信 息 监 控 管理 层 ． ３３ １ 双 星 型冗 余 以太 环 网 ． ．
或安全生产发生重大影响的设备还 配有应 急电源。因 此， 该系统供 电电源 采用 １ Ｖ双 回路放 射式 接线 方 ０ｋ 式 ， 急 电 源 为 “ 间 断 电 源 系 统 （ ｎ ｔ ｒｐｉｌ 应 不 ｕｉｅｕｔ ｅ ｎ ｒ ｂ ｐｗ ｒｙｔ Ｕ Ｓ 油机 ” ｏ ｅ ｓ ｍ， Ｐ ）＋ ｓ ｅ 形式 ， 为水厂系统提供可靠
高可靠性水厂综 合 自动化控 制系统
刘增环 。 等
高 可 靠 性 水 厂综 合 自动 化 控 制 系统
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高可 靠 性 水 厂 综 合 自动 化 控 制ｌ 系统 刘 增 环 ， 等
散型系统。整个 系统 由信息 （ 理 ） 控层 和现 场 控 管 监
２ 冗余 设计 的基本 理 论
通常按冗余切换方式 可分 为热冗余 、 暖冗 余和冷 冗余三种形式 ］ 。系统 的可靠性模型是冗余设计 的基 础 。热冗余是指冗余 子系统 始终处 于联机 运行 状态 ， 平时不参 与控 制与输 出， 当被 冗余 的主控 系统发 生故
ｒ ｌ ｂｌｔ ｅｉ ｉ ｙ，ａ ｄ ａ ｈ ｅ ｅ ｈ ｎ ｇ ｍｅ ｔａ ｄ ｃ ｎ ｒｌｉ ｅ ａｉｎ ｏ ｔｒ ｏ ｋ ａ ｄ ｇ ｔ ｓｇ ｉ ｃ ｎ ｆ ｃ． ａ ｉ ｎ ｃ ｉｖ ｓｔｅ ｍａ ａ ｅ ｎ ｎ ｏ ｔｏ ｎｔｇ ｔ ｆｗａｅ ｒ ｏ ｗ ｒ ｓＩ ｎ ｅｓ ｉｎｆ ａ ｔｅ ｅ ｔ ｉ
制 过 程 的混 乱 ， 引起 严 重 的后 果 ， 由此 造 成 的 损 失 往 往
图 １ 自来 水 厂 工 艺流 程 图
Ｆｉ ． Ｔｅ ｈ ｌｇｃ ｌｐ ｏ ｅｓ ｎ ｗａｅ ｗｏ ｋ ｇ１ ｃ ｎｏｏ ｉａ ｒ ｃ ｓｉ ｔｒ ｒ ｓ
超出 自动化控制 系统本 身的价值 。实现可靠性 的最 有效方式之一就是 系统部件的冗 余 。然而各种冗余部
第一 作 者 刘增 环 （ ９ ２一） 男，０ ５年 毕 业 于燕 山 大学 测试 计 量技 １６ ， ２０
术及 仪 器专 业 ， 获硕 士 学位 ， 教授 ； 主要 从 事计 算机 检 测 与控 制 技 术 方 面
的研 究 。
《自动化仪表 》 ３ 第 ３卷第 ７期
２１ ０ ２年 ７月
２１
Ｋｅ ｙｗｏ ｄｓ： Ｗ ａｅ ｏ ｋ Ｒｅ ｕ ｄ ｎ ｙ Ｉ ｄ ｓｒａ ｈ ｒｅ ＰＬ ＧＰＲＳ Ｐ ｏ ｂ ｓ ｒ ｔｒ ｒ ｓ ｗ ｄ ｎ ａ ｃ ｎ ｕ ｔｉｌＥｔｅｎ ｔ Ｃ ｒｆ ｕ ｉ
０ 引言
随着 国民经济 的飞速 发展 ， 资 源受 到不 同程度 水