上海市政污水处理公司选择了罗克韦尔自动化和ProSoft技术公司独特的合作伙伴解决方案来满足污水泵站控制系统的冗余要求和泵站之间的数据通信要求。
背景
上海位于中国的东海岸，人口超过1,600万。在90年代初期，上海市的污水处理要求达到了临界水平。为了解决这一问题，上海市政污水处理公司考虑在1993年兴建新的污水处理厂。
上海污水处理工程(SWWTP)于1998年启动，目前正在根据不同的区域分阶段实施。污水处理工程包括在上海市兴建大约50个大型抽水站，每个抽水站都能够将废水和污水直接输往位于浦东的预处理站。在浦东的预处理站，废水先经过净化，然后通过41公里长的输水管道以每天170万立方米的流量排放到中国东海。上海污水处理工程的第一阶段包括建立一个能够监视整个系统的中央监控系统——从抽水站入口到东海排放口。工程的第二阶段包括在距离中央控制系统周围2到15公里的范围内建设10个大型的抽水站，这些工程已经在2000年初开始。为了确保系统的绝对可靠性，冗余是整个污水处理系统中的关键因素。
机械冗余是在抽水站实现的，每个抽水站具有6到8个水泵组-4到6个水泵投入使用，另外加上2个备用泵。这些水泵的功率范围为从每小时30kW/76立方米到每小时145 kW/2590立方米。由于可以预知的参数(家庭需水周期)以及更多不可预知的原因(诸如暴雨对降雨量的影响)，每小时以及每日的污水流量可能会有巨大的差别。因而，污水处理系统精确的运行状况要根据对系统水位以及整个系统污水流量的精确测量来确定。
挑战
在工程建设的初期，上海市政污水处理公司选用了基于第三方系统控制和数据获取(SCADA)技术的中央监控系统。SCADA系统成为了整个污水处理系统的核心，系统通过中央控制室控制和监测每个抽水站，控制室直接连接到基于分布式网络协议(DNP)3.0的抽水站数据网络。在水处理/废水处理行业通常使用非专利的公开协议DNP 3.0。该协议专门为设备之间的通信而开发，并且设计用来优化获取的数据和控制指令的传输。
上海市政污水处理公司选择了上海电器研究所(SEARI)进行系统的集成，完成分布式抽水站控制系统的设计和开发。
SEARI在选择分布式抽水站控制系统解决方案过程中面临着诸多挑战。首先，就是支持远程抽水站和中央SCADA系统之间的DNP通信所需要的控制技术。
第二(或许是最重要的)，就是实现系统的可靠性。要达到控制系统的绝对可靠性，SEARI试图寻找同时支持硬件和软件冗余的控制体系结构。第三，就是确保控制的精确性，上海市政污水处理公司要求抽水站PLC和中央控制室的反馈时问最好小于20毫秒。
最后，抽水站出现的腐蚀环境提出了进一步的挑战。硫化氢气体是废水中微生物自然分解的产物一反过来，硫化氢就会与氧发生反应产生腐蚀性硫酸。
解决方案
在准备第二阶段的废水处理系统升级方案时，SEARI找到了罗克韦尔自动化上海公司。在亚太地区合作伙伴ProSoft技术的辅助下，罗克韦尔自动化上海全球制造解决方案工程师展示了公司的Allen-Bradley PLC-5控制器通过集成一个专用的DNP通信模块与DNP协议进行通信的能力。
ProSoft的3800-DNP模块设计可以直接安装到Allen-Bradley PLC-5机架上，提供一种无缝集成基础。同时，DNP-3800具有两个通信端口，使得SEARI可以为每个抽水站安装一个冗余的数据通信系统。
罗克韦尔自动化抽水站控制解决方案包括两个具有热备份功能的独立PLC-5，以便提供绝对的控制冗余。方案包括两个位于独立支架上的处理器，两个处理器之间通过Allen一Bradley远程I/O(RIO)协议连接。
系统中众多的水泵组由各自相应的水井中的水位和每个抽水站中上游和下游流量来控制。流量和水位计网络通过远程抽水站控制系统将这些测量数据反馈到中央控制室。
在具有腐蚀性的抽水站环境下，不能使用一般的机械按钮、选择开关指示灯以及量表。Allen-BradleyPaneIView人机界面(HMI)和PowerMonitor II为此提供了最佳的选择。每个抽水站安装的PaneIView HMI可以为现场操作员提供监测和控制界面，而PowerMonitor II则监测和记录每个抽水站的电流负载、累计的运行时问和主要电气设备消耗的电能。
从P a n e I V i e w和PowerMonitor II中抽取重要的抽水站数据，然后通过DNp网络传输到中央SCADA系统。
成果
罗克韦尔自动化解决方案远程抽水站控制系统已经实现了污水系统控制的绝对可靠性。系统设计过程中的冗余(通信级和控制器级)为系统的可靠性提供了坚实的基础。
ProSoft DNP模块的双端口“抽水站中央控制室”通信确保了数据连接的绝对可靠性。一个DNP端口通过DDN租用线路连接到主抽水站，而第二个端口则通过独立的调制解调器拨号进行连接。如果其中一个端口的通信发生故障，中央控制器只需转向另一个端口即可。在控制器级，控制系统具有“热备份”功能一如果主控制器发生故障，系统可以平稳切换到备用控制器。这样就可以确保污水处理系统的高度实用性。
高标准的抽水站控制冗余对整个污水和废水系统来说至关重要。罗克韦尔自动化上海高级销售经理周平说“如果抽水站发生故障，客户将会感到非常为难。”他说，“其实，如果抽水站发生故障，大街上都会是污水。这就意味着对整个系统的可靠性要求非常苛刻。我们已经开始确保控制系统全天运行，这样系统就几乎不需要进行维护或者操作人员参与。”
强大的罗克韦尔自动化/ProSoft合作伙伴提供了最初非常重要的PLC-5/DNP模块解决方案，确保了远程抽水站和废水系统中央SCADA之间的无缝网络连接。这是PLC-5/DNP解决方案第一次在中国应用，而此时就能够保证10毫秒的事件序列((SOE) .轻松满足了上海市政污水处理公司所要求的抽水站到中央控制系统反馈时问“小于20毫秒”的标准。
最初，系统升级的第二阶段仅包括建设7个由PLC-5控制的抽水站。然而，随着工程的进展，又增加了另外三个，使抽水站的总数达到了10个。“Allen-Bradley已经在为污水处理行业提供控制系统时获得了良好的声誉”，上海市政污水处理公司经理魏斌说，“我们对Allen-Bra-dley技术人员渊博的知识印象非常深刻，他们知道客户真正需要什么。”
从魏斌先生那里得知，整个系统运行状况良好。“实践表明，Allen- Bradley的系统可靠性高，界面友好，容易和其他系统整合到一起，”他说，这就是为什么我们追加了三个抽水站项目给罗克韦尔自动化。”
