1、三、WINCC 冗余系统的设置与实现一般情况下 WINCC 都采用 Server-Clients 的模式，如图 1 没有 Server2 时的网络拓扑：Server1 是 HMI 服务器，它一方面和 PLC 直接通讯采集、设定数据；另一方面和 Clients通讯发布画面和数据给 Clients；而 Clients 上的所有画面和数据全部来自 Server1。这样的优势是做系统开发时只需要在 Server1 开发一套系统，既可以发布给所有的 Clients 共享，而且数据管理和维护更合理和方便，可以把管理级和过程级清晰的分开。但是缺点也是很明显的，那就是一旦 Server1 发生故障，则整个控制
2、级就无法正常工作。如果能象图中增加 Server2，使其和 Server1 互为热备，则可以大大的降低系统的运行风险。WINCC就提供了这样的解决方案即 WINCC 冗余系统。（图 1）WINCC 冗余系统采用两台连接到一起的服务器协同工作，运行期间，两台服务器相互监控，可以及时的发现对方是否进入故障状态，如果一台服务器发生故障，则所有的客户端自动切换到仍然正常的服务器，从而保证所有客户端总可以进行对自动化系统的监视和操作。在一台发生故障期间，正常的服务器继续完成系统内的信息、过程数据归档和记录；当故障服务器正常投入后，故障期间的归档记录会自动复制到恢复后的服务器，从而保证了服务器数据的完整和
3、连续。这一过程也称作恢复后同步。冗余系统的基本需求：1 服务器需要安装 Windows 2000 Server 版，WINCC 项目配置为多用户模式(Multi-user)2 系统要求工作在时钟同步方式下。最好整个系统包括过程级和控制级都进行时钟同步，最少要在过程级进行时钟同步。如果控制级也要进行时钟同步，则需要安装 WINCC 的“Time synchronization”选项。3 从 PLC 来的报警信息必须包含时间帧信息，在 PLC 程序内用报警块触发信息就包含时间帧信息。4 两个 Server 必须分别连接到 PLC，这样下级的过程数据和信息可以并行的传送到Server5 两个 Ser
4、ver 都需要安装 WINCC “Redundancy”选项6 两个 Server 在功能的配置上需要完全相同7 每一个用户归档都要指定唯一的字段用来保存最后变化的时间时钟同步，简单的说就是在一个系统内所有的具有时钟的站点都工作在相同的时间系统上。时钟同步系统内任一时刻只存在一个主时钟，其他站点都是从时钟，从时钟接受主时钟的时钟同步帧信号进行时钟同步，这个主时钟可以是 WINCC Server，也可以是 PLC 的CPU。WINCC 的时钟同步可以用 WINCC 的“Time synchronization”选项方便的进行设置；PLC 的 CPU 可以在 STEP7 的硬件组态里进行设置。冗余
5、系统的组态：冗余系统的前期开发和多用户系统的开发是完全一样的，只是在系统投入运行时要进行适当的组态。具体的设置过程如下：1 右击 WINCC 的 Redundancy 点击 OPEN，打开冗余组态界面（图 2），激活冗余配置，进行相关设置，而后点击 OK 退出。（图 2） 打开 Redundancy 配置环境时，在“server:” 的输入框内系统会自动输入当前计算机名；除“Active Redundancy”外其他都不可以操作。 激活“Active Redundancy”选择框，其他选项都可以操作了。各项含义如表 1：根据自己项目的实际使用要求和情况进行相关的设置即可。 2 两项必须要进行设
6、置。 38 项的设置都会影响到服务器恢复后的系统同步内容，建议采用默认设置，不过为了减少恢复后服务器系统的负担可以根据实际需要适当地减少同步内容。 9 项是指当客户端连接到指定服务器的网络发生故障（此时服务器未必发生故障）时是否自动切换到冗余服务器，建议激活此项。 10 项实际上是为服务器相互监控提供了另外一种检测手段，如果激活此项，则需要在服务器的串口间连接一根串口电缆，此时除了网络路径外，服务器间多了一条专用的状态检测链路，冗余系统的监控更可靠。需要说明的是串口连接只用作状态监控，而不进行数据同步。（表 1）当冗余功能设定完毕后，系统会自动生成内部标签组“Redundancy”，该组内有四
7、个标签，用户可以直接用它们进行状态诊断及信息显示。 RM_MASTER：如果当前服务器是主机，则置位为 1；否则为 0。 RM_MASTER_NAME：当前主机服务器的设备名。 RM_SERVER_NAME：客户端当前访问的服务器名。 RM_OFFLINE_US_NAME：服务器恢复在线后，正在同步的用户归档名。2 为客户机指定首选服务器。配置好计算机和冗余功能，生产了服务器数据（Server Data）后，右击“Server Data”然后点击“Client-specific Setting”，打开客户机服务器指定界面（如图 3），为每个客户机指定首选服务器，然后点击 OK 退出。（图 3）
8、为客户端指定首选服务器是为了更好的平衡服务器的负担，指定了首选服务器的客户端会自动的优先连接到指定的服务器，没有指定的则始终连接到主服务器上。3 退出 WINCC 管理器，点击“开始” 、“SIMATIC”、“WINCC”、“TOOLS”下的“Project Duplicator”复制出冗余项目到冗余服务器。用“Project Duplicator”复制冗余项目的好处是可以自动的完成另外一台服务器的冗余配置同时生产完全相同的项目。至此 WINCC 冗余项目已经设置生成完毕，可以投入运行了。冗余系统的工作过程：当服务器都正常时整个系统的运行拓扑如图 4 所示，每台客户端 PC 都连接到自己的首选
9、服务器。此时服务器 A 是主机； B 为从机；客户端 1、2 连接当服务器 A，客户端 3 连接到服务器 B。当其中一台（如服务器 A）发生故障，所有的客户端 PC 都自动切换到另一台（如服务器B）上工作， HMI 系统可以正常的运行，而不影响使用。切换完的运行拓扑入图 5 所示。当服务器 A 在线后，客户机 1 连接回服务器 A，客户机 2、3 仍然连接到服务器 B。从这里我们也能看出为客户机指定首选服务器的作用。四、项目的运行及应用体会2005 年 11 月，WINCC 冗余系统已经在涟源钢铁公司冷轧厂连续镀锌生产线调试完成并且顺利投入运行。WINCC 标签总量超过 6 万，画面 170
10、余幅，报警信息 2 万多条，变量归档 130 多个，经过一年多的实际运行，用户反映良好，没有因为 WINCC 服务器故障而造成生产线停车。而且 WINCC 冗余系统除了增加一套服务器的软硬件外，不需要增加系统开发的成本，从而用非常小的投入，能够极大地提高系统的可靠性，对于当前越来越庞大和复杂的自动化控制系统是一种非常好的解决方案。wincc 的服务器客户机模式具体做法 _ 一、原来的工作方式： 在同一工作组中 4 台计算机其 windows 名分别为 A、B、C、D 且都已安装好wincc5.0sp2 ，原来在每台计算机上运行的均是单用户，4 台计算机上实际运行的是一个相同的项目，最先这个项目
11、就是在其中一台计算机 A 上做好的，在然后拷贝到另 3 台计算机 B、C、D 上，在另 3 台计算机上运行该项目时提示组态的计算机无效，是否启用本地服务器，回答是后，要重启 wincc，重启后，以计算机 B 为例，在 wincc 管理器的计算机一项下面有一计算机名 A，类型是服务器，将它改为 B 后，该项目即能在计算机 B 上成功运行。C、D 计算机按 B 相同的方法操作。 二、改为多用户模式的优点： 1、4 台计算机上各自独立运行单用户项目，当你在其中任意一台上对项目进行了修改后，即与其他 3 台的项目不同步了，在某些情况下还可能出现冲突，改为多用户的服务器客户机模式就没有这个问题了。 2、
12、我们的组态中有一型号较老的 s7300 的 PLC,其允许的最大连接数只有 3 个，造成 4台 wincc 计算机同一时刻总只有 3 台可以连到该 PLC，总是有一台连不上，改为多用户的服务器客户机模式也能解决这个问题。 3、多用户的服务器客户机模式有以上两个优点，但也有一个大缺点：原来 4 台 wincc独立运行，等于有 4 台沉余服务器，任何一台出问题都问题不大。改为服务器客户机模式后运行故障的风险增大了，所以在我后来的实际改动中，我把这 4 台计算机中的 2 台运行为单用户模式，2 台组成服务器客户机模式。 三、服务器客户机模式的操作方法： 1、服务器端的操作（以将 A 计算机作为 wi
13、ncc 服务器， B 为客户机为例）： 在 A 计算机上运行 wincc，选择项目（项目树的根），右击鼠标，选择属性，在项目的属性页上可看到现在项目还是单用户，点下拉箭头，更改为多用户，确定，会提示重启wincc，重启后，在项目树的计算机一项下现在还只有计算机 A，属性为服务器，右击鼠标选择新建计算机，添加计算机 B,属性选择为客户机（如果你还想有更多的客户机，均要在此添加），对添加的计算机 B,右击它设置属性，设定方法和单用户下相同，要注意的是添加的客户机计算机其语言一般默认为德语，一定要改为和服务器相同，不然在客户端运行后画面上的文字会显示为“？ ”。接下来再看项目树的最下端，会发现比单用
14、户时多了一个“服务器数据” 一项，右击它后选择创建服务器数据，数据会创建和保存，服务器端设定就完成了。 2、客户端操作有几种方法： a、运行 wincc 管理器，不要激活原来单用户时的项目，选择打开项目，一路浏览到网上邻居计算机 A-已改为多用户的项目，打开它并激活，客户端就激活运行了，B 计算机上就可看到和 A 计算机上一模一样的东西。（ A 计算机一旦启用多用户模式，项目所在的目录会自动启动网络共享） b、直接从网上邻居上找到 A 计算机上的多用户项目，将该项目发送到桌面快捷方式，在B 计算机的桌面上双击该快捷方式，客户端也会激活运行。 c、在 B 计算机的 wincc 的 autosta
15、rt 程序中装入 A 计算机上的项目，并设置启动时激活，B 计算机启动时客户端就会激活运行，这种方法下 wincc 管理器不会运行 d、在客户端启动时，如果服务端还没有运行，服务端会自动运行；关闭客户端时会要你选择是“关闭该计算机上激活的项目 ”还是“关闭整个项目” ，前者只关闭客户端，后者将客户端、服务端一起关闭。 e、在 A 计算机上创建多用户项目时，如果项目保存的路径不在 A 计算机本机上，甚至保存在一台没有安装 wincc 的计算机上，以上操作也能完成，只是注意服务器和客户机在打开项目时都要通过网上邻居定向到该单独存放的项目上。 f、如在 A 计算机上创建和保存的多用户项目，在 B 客
16、户机上只能通过网上邻居打开和运行，把 A 计算机上的项目原版拷贝到 B 计算机上也不能运行为客户端模式，只能修改服务器名和客户机名后成为一个运行在 B 计算机上的新的多用户项目。在服务器客户机模式下项目只能有唯一的一个保存路径。更多案例参考请点击污水处理实例 圈子类别：水处理 (多云) 2010-4-4 0:26:00我要评论 加入收藏 加入圈子 污水处理行业自控设计方案 一、概述随着电子信息技术及污水处理行业自身的迅速发展，自控系统逐渐应用到污水处理过程检测过程中，并取得了良好的效果。采用自控系统后，不仅大量节约了生产运营成本、节约了资源，更主要的是由于自控系统采用了“集中管理、分散控制 ”
17、的原则以及先进的 PID 算法、模糊控制等理论，使得污水处理运营起来更容易做到精确控制，有效的避免了很多失误，这都使得它在污水行业有更广阔的发展空间，同时也给我们自动化公司带来良好的发展机遇。城市污水的处理方法，按原理可分为物理处理法、化学处理法和生物处理法三类。物理处理法：利用物理作用分离污水中呈悬浮状态的固体污染物质的处理方法，主要有筛滤法(格栅、筛网)、沉淀法( 沉砂池、沉淀池) 、气浮法、过滤法( 快滤池、慢滤池等) 和反渗透法(有机高分子半渗透膜)等。化学处理法：利用化学反应分离污水中的污染物质的处理方法，主要有中和、电解、氧化还原和电渗析、气提、吸附、吹脱、萃取等。生物处理法：利用
18、微生物的代谢作用，使污水中呈溶解性、胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害物质的处理方法。主要可分为两大类：利用好氧微生物作用的好氧氧化法和利用厌氧微生物作用的厌氧还原法。好氧氧化法广泛用于处理城市污水，主要有活性污泥法(氧化沟、曝气池等) ，生物膜法(生物转盘、生物滤池、接触氧化法等) ；厌氧还原法主要有厌氧塘，污泥的厌氧消化池等。污水处理工艺流程一般包括机械处理系统、污水生化处理、深度处理系统和污泥处理系统 4 部分。1、机械处理系统：机械(一级)处理工段包括格栅、沉砂池、初沉池等构筑物，以去除粗大颗粒和悬浮物为目的，处理的原理在于通过物理法实现固液分离，将污染物从污水中分离，这是普遍采用的
19、污水处理方式。机械(一级)处理是所有污水处理工艺流程必备工艺 (尽管有时有些工艺流程省去初沉池)，城市污水一级处理 BOD5 和 SS 的典型去除率分别为 25和 50。在生物除磷脱氮型污水处理厂，一般不推荐曝气沉砂池，以避免快速降解有机物的去除；在原污水水质特性不利于除磷脱氮的情况下，初沉的设置与否以及设置方式需要根据水质特性的后续工艺加以仔细分析和考虑，以保证和改善除磷除脱氮等后续工艺的进水水质。2、污水生化处理：污水生化处理属于二级处理，以去除不可沉悬浮物和溶解性可生物降解有机物为主要目的，其工艺构成多种多样，可分成活性污泥法、AB 法（生物吸附氧化法）、 A/O 法（生物脱氮工艺）、A
20、/A/法（生物除磷脱氮工艺）、SBR 法（序列间歇式活性污泥法）、曝气池法、氧化沟法、稳定塘法（通过水塘中的“藻菌共生系统” 进行废水净化）、土地处理法等多种处理方法。石家庄桥西污水处理厂 16 万吨/日污水处理项目采用的是微型曝气池法；而安国污水处理厂采用奥贝尔氧化沟处理工艺。生物处理的原理是通过生物作用，尤其是微生物的作用，完成有机物的分解和生物体的合成，将有机污染物转变成无害的气体产物(CO2)、液体产物(水) 以及富含有机物的固体产物 (微生物群体或称生物污泥)；多余的生物污泥在沉淀池中经沉淀池固液分离，从净化后的污水中除去。A/O 法生物去除氨氮原理：污水中的氨氮，在充氧的条件下（O
21、 段），被硝化菌硝化为硝态氮，大量硝态氮回流至 A 段，在缺氧条件下，通过碱性厌氧反硝化菌作用，以污水中有机物作为电子供体，硝态氮作为电子受体，使硝态氮被还原为无污染的氮气，逸入大气从而达到最终脱氮的目的。硝化反应：NH4+2O2NO3 2H+H2O反消化反应：6NO3- 5CH3OH （有机物）5CO27H2O 6OH-+3N2在污水生化处理过程中，影响微生物活性的因素可分为基质类和环境类两大类。基质类包括营养物质，如以碳元素为主的有机化合物即碳源物质、氮源、磷源等营养物质、以及铁、锌、锰等微量元素；另外，还包括一些有毒有害化学物质如酚类、苯类等化合物、也包括一些重金属离子如铜、镉、铅离子等
22、。环境类影响因素主要有：温度：温度对微生物的影响是很广泛的，尽管在高温环境(5070 ) 和低温环境(-50)中也活跃着某些类的细菌，但污水处理中绝大部分微生物最适宜生长的温度范围是 20-30。在适宜的温度范围内，微生物的生理活动旺盛，其活性随温度的增高而增强，处理效果也越好。超出此范围，微生物的活性变差，生物反应过程就会受影响。一般控制反应的进程最高和最低限值分别为 35和10。PH 值：活性污泥系统微生物最适宜的 PH 值范围是 6.5-8.5，酸性或碱性过强的环境均不利于微生物的生存和生长，严重时会使污泥絮体遭到破坏，菌胶团解体，处理效果急剧恶化。溶解氧：对好氧生物反应来说，保持混合液
23、中一定浓度的溶解氧至关重要。当环境中的溶解氧高于 0.3mg/l 时，兼性菌和好氧菌都进行好氧呼吸；当溶解氧低于 0.2-0.3mg/l 接近于零时，兼性菌则转入厌氧呼吸，绝大部分好氧菌基本停止呼吸，而有部分好氧菌(多数为丝状菌) 还可能生长良好，在系统中占据优势后常导致污泥膨胀。一般的，曝气池出口处的溶解氧以保持 2mg/l 左右为宜，过高则增加能耗，经济上不合算。在所有影响因素中，基质类因素和 PH 值决定于进水水质，对这些因素的控制，主要靠日常的监测和有关条例、法规的严格执行。对一般城市污水而言，这些因素大都不会构成太大的影响，各参数基本能维持在适当范围内。温度的变化与气候有关，对于万吨
24、级的城市污水处理厂，特别是采用活性污泥工艺时，对温度的控制难以实施，在经济上和工程上都不是十分可行的。因此，一般是通过设计参数的适当选取来满足不同温度变化的处理要求，以达到处理目标。因此，工艺控制的主要目标就落在活性污泥本身以及可通过调控手段来改变的环境因素上，控制的主要任务就是采取合适的措施，克服外界因素对活性污泥系统的影响，使其能持续稳定地发挥作用。实现对生物反应系统的过程控制关键在于控制对象或控制参数的选取，而这又与处理工艺或处理目标密切相关。溶解氧是生物反应类型和过程中一个非常重要的指示参数，它能直观且比较迅速地反映出整个系统的运行状况，运行管理方便，仪器、仪表的安装及维护也较简单，这
25、也是近十年我国新建的污水处理厂基本都实现了溶解氧现场和在线监测的原因。3、深度处理系统：三级处理是对水的深度处理，现在的我国的污水处理厂投入实际应用的并不多。它将经过二级处理的水进行脱氮、脱磷处理，用活性炭吸附法或反渗透法等去除水中的剩余污染物,并用臭氧或氯消毒杀灭细菌和病毒,然后将处理水送入中水道，作为冲洗厕所、喷洒街道、浇灌绿化带、工业用水、防火等水源。4、污泥处理系统：污水处理工艺的作用仅仅是通过生物降解转化作用和固液分离，在使污水得到净化的同时将污染物富集到污泥中，包括一级处理工段产生的初沉污泥、二级处理工段产生的剩余活性污泥以及三级处理产生的化学污泥。由于这些污泥含有大量的有机物和病
26、原体，而且极易腐败发臭，很容易造成二次污染，消除污染的任务尚未完成。污泥必须经过一定的减容、减量和稳定化无害化处理井妥善处置。污泥处理处置的成功与否对污水厂有重要的影响，必须重视。如果污泥不进行处理，污泥将不得不随处理后的出水排放，污水厂的净化效果也就会被抵消掉。所以在实际生产过程中，污水处理过程中的污泥处理也是相当关键的。污泥问题必将成为中国下一阶段重要的环境问题，各界应加强对污泥处理处置问题的重视，并使污泥处理处置的若干认识误区得以澄清，进而帮助和促进有关技术路线和技术政策的制定，使城市污水处理行业得以健康发展。二、控制方案城市污水处理厂一般有以下几个检测参数：BOD（生化需氧量）、COD
27、（化学需氧量）、SS（固体悬浮物）、NH3-N（氨基氮检测）、MLSS（污泥浓度）、DO（溶解氧）、PH 值、温度、流量、液位等等。以安国污水处理厂 3 万吨/日自控系统为例：全厂分为两级控制系统，即现场控制级和中央监控管理级。根据“集中监测，分散控制”的控制原则，由厂级中央监控工作站和现场分散控制站通过工业以太网络共同组成全厂控制系统网。现场 PLC 控制系统与中央监控系统采用光纤为介质的工业以太网络通过交换机连接，通讯速率为100MB/S。通讯网络采用开放式的结构及目前国际上主流的 TCP/IP 通讯规约，可以非常方便地与其他标准网络相兼容。污水处理控制系统设置 1 台厂级中央控制操作站和
28、 1 台工程师站，互为冗余配置，全部通过工业冗余交换机接入核心光纤网络。为整个系统的监控和管理核心。现场控制站一共 3 套 PLC 站，分别负责污水预处理、氧化沟转碟曝气、出水参数检测等工作。 污水处理工艺主要包括粗/细格栅控制、提升泵房控制、氧化沟转碟曝气机控制、污泥处理（一般有独立的控制系统）等。格栅控制主要是粗格栅和细格栅的控制。自动控制情况下，根据格栅前后的超声波液位计检测到的液位差值，和用户设定的差值进行比较，当检测到的差值大于用户设定的差值时开启格栅运行，否则则关闭格栅运行。在检测差值和设定差值之间相差不多或波动状态下通过死区处理的方式保证格栅状态不变。另外，格栅还可以根据时间控制
29、，用户设定的等待时间到后启动格栅，运行时间到后停止格栅。在手动控制情况下通过确认用户可以直接启动或停止设备。 提升泵控制根据提升泵房液位的检测值自动控制多台泵组的轮值运行。当物位升高至某一设定值时，自动增加泵的运行台数；当物位降低到某一设定值时，逐台减少泵的运行台数。同时，检测各提升泵泵的累积运行时间，本着累积运行时间最短优先运行的原则顺序启停，以保证各提升泵累积运行时间大致相等，、延长了提升泵的维护周期。当物位降到干运转保护位置时，自动停止全部泵的运行，以保证各泵的安全。为了保证泵的自动轮询程序开始自动计算并分配一个标识号给每一个泵，按照对等使用的原则进行处理，也可以指定泵处于检修状态不参与
30、自控。程序实时检测控制参考值的状态，并有严格的保护连锁程序和报警机制，以保证系统运行的安全性。 氧化沟转碟曝气控制安国污水处理厂项目采用的是奥贝尔氧化沟，每个氧化沟均分为外沟、中沟、内沟三部分，分别对应一个溶氧探头检测氧化沟中污水的溶解氧含量。当其溶氧含量低于某一设定值时，自动增加开启的转碟台数；当其溶氧含量高于某一设定值时，自动减少开启的转碟台数。为了适应生产工艺及日后设备维护的需要，我们采用了先进的轮询控制理论，即通过对每台转碟定义其启停顺序 ID，根据其 ID 标识的先后，依次顺序启停。需要说明的是，每个氧化沟对应的 10 个转碟中，8#、9#、10# 三个转碟为双速转碟，分为低速启动和高速启动；在轮询过程时，根据电气控制原则，不允许同时出现高、低速启动同一台转碟。在下位 PLC 程序中要考虑增加保护措施。安国污水处理厂每个氧化沟均装有 10 台转碟曝气机，其中外沟装有 6 台，中沟及内沟共用 4 台。根据现场工艺的需要，外沟 6 台转碟采用的是“四用两备”的控制模式，中（内）沟 4 台转碟采用了“两用两备”的控制方式。
