工業(yè) 4.0 已經(jīng)無(wú)處不在：無(wú)論是在生產(chǎn)工廠、辦公場(chǎng)所還是居家環(huán)境。在世界各地，各種過(guò)程之間的聯(lián)系越來(lái)越緊密。水務(wù)管理也面臨同樣的發(fā)展趨勢(shì)，其過(guò)程管理被稱為“水務(wù) 4.0”。數(shù)字化和自動(dòng)化趨勢(shì)是水務(wù) 4.0 的核心主題。

斯圖加特市政自來(lái)水公司同樣面臨著巨大挑戰(zhàn)，即需要對(duì)排水系統(tǒng)的過(guò)程控制系統(tǒng) (PCS) 進(jìn)行升級(jí)改造，還需要適應(yīng)未來(lái)的發(fā)展。在萬(wàn)可的支持下，Mitsubishi Electric Group 旗下的 ME-Automation Projects GmbH 公司開發(fā)出一套開創(chuàng)性解決方案。

對(duì)現(xiàn)代化過(guò)程控制系統(tǒng)的需求日益增長(zhǎng)

更快速、更透明、更高效：在水務(wù)管理中，各個(gè)過(guò)程之間的聯(lián)系越來(lái)越緊密，要求也在不斷提高。斯圖加特排水系統(tǒng)面臨同樣的挑戰(zhàn)。斯圖加特市政自來(lái)水公司負(fù)責(zé)管理州首府長(zhǎng)達(dá) 1685 公里（1047 英里）的排水系統(tǒng)。該排水系統(tǒng)是德國(guó)最大的排水系統(tǒng)之一，擁有 51 個(gè)雨水收集池、82 個(gè)雨水溢流池和 32 個(gè)污水泵站。

面臨的挑戰(zhàn)：過(guò)時(shí)的軟件和備件采購(gòu)問(wèn)題使斯圖加特市政自來(lái)水公司對(duì)整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)的維護(hù)力不從心。

這也意味著公司必須投入大量的人力。公司很快意識(shí)到，對(duì)這一具有 25 年歷史的控制系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)代化改造仍無(wú)法滿足現(xiàn)在日益增長(zhǎng)的需求。因此，斯圖加特市政自來(lái)水公司的決策者選擇大規(guī)模改造以及更換現(xiàn)有過(guò)程控制系統(tǒng)。

公司為此啟動(dòng)了一項(xiàng)現(xiàn)代化過(guò)程控制系統(tǒng)采購(gòu)項(xiàng)目，用于滿足排水系統(tǒng)特種設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)動(dòng)控制需求。但是，市場(chǎng)上有哪些智能解決方案可以滿足如此高的要求？為了準(zhǔn)確掌握各種解決方案的優(yōu)勢(shì)，公司進(jìn)行了全面的市場(chǎng)分析。

負(fù)責(zé)市政自來(lái)水公司特種設(shè)備過(guò)程控制系統(tǒng)的 Georgios Doanoulakis 先生說(shuō)道：“為了能夠做出明智的決定，我們對(duì)兄弟單位的大量城市規(guī)劃和市政解決方案進(jìn)行了實(shí)地考察。我們與相關(guān)人員進(jìn)行了深入的經(jīng)驗(yàn)交流，并最終開發(fā)出我們的解決方案。”

ME-Automation Projects GmbH 憑借自家研發(fā)的 PMSX?pro 過(guò)程控制系統(tǒng)和萬(wàn)可遠(yuǎn)動(dòng)控制解決方案在公開招標(biāo)中成功中標(biāo)。

整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完全現(xiàn)代化

“我們的目標(biāo)是使整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展并將其提升到一個(gè)全新的水平。最終，構(gòu)建一個(gè)完整的系統(tǒng)必須采用適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)?！?span style="font-family:Calibri">ME-Automation Projects GmbH 高級(jí)銷售經(jīng)理 Michael Juch 在總結(jié)前期工作時(shí)說(shuō)道。

Juch 先生自 2004 年起就任職于 ME-Automation Projects，十分熟悉為基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域制定復(fù)雜解決方案時(shí)面臨的諸多挑戰(zhàn)。其中一個(gè)子領(lǐng)域就是污水處理廠 – 即為本案例中的斯圖加特排水系統(tǒng)需要進(jìn)行大規(guī)模的現(xiàn)代化改造。

但是首先，讓我們?cè)俅位氐阶畛醯脑掝}！

由于排水系統(tǒng)極為復(fù)雜，因此對(duì)新的過(guò)程控制系統(tǒng)要求極高，而且還要考慮到日后的服務(wù)區(qū)域的擴(kuò)展問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化擴(kuò)展的同時(shí)不降低系統(tǒng)性能，這樣才能有效保護(hù)客戶的投資，這一點(diǎn)與高可用性的分布式控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)一樣重要。

除了技術(shù)要求外，日程安排本身也不同尋常，因?yàn)槭紫刃枰鸩綌嚅_以電話線路搭建的現(xiàn)有模擬連接，然后再建立新的安全通信連接。

第一階段是對(duì) 500 個(gè)特種設(shè)備中的 20 或 40 個(gè)，對(duì)其過(guò)程控制系統(tǒng)（第 1 和第 2 施工階段）進(jìn)行改造。為此，首先要在中央控制站建立新的過(guò)程控制層級(jí)，然后建立通信連接。

在一期擴(kuò)展階段，過(guò)程控制層級(jí)由控制站、冗余過(guò)程服務(wù)器、用于連接特種設(shè)備的冗余 VPN 路由器、用于安全通信的 IT 應(yīng)用服務(wù)器以及存檔服務(wù)器組成。

聯(lián)合自動(dòng)化解決方案

市場(chǎng)上有哪些現(xiàn)成的解決方案？為了能夠應(yīng)對(duì)新的要求，還需要開發(fā)哪些產(chǎn)品？

這些是確保未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的核心問(wèn)題 – 同樣適用于 ME-Automation Projects 和萬(wàn)可的聯(lián)合項(xiàng)目。兩家公司已經(jīng)合作多年，Juch 先生給予積極評(píng)價(jià)：

“萬(wàn)可自動(dòng)化組件運(yùn)行穩(wěn)定可靠且具備成本效益，

并且實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)良好。”

“我們使用自己的控制系統(tǒng)，并與相應(yīng)的萬(wàn)可硬件組件（模塊化 WAGO-I/O-SYSTEM）集成，成功對(duì)排水系統(tǒng)（第 1 和第 2 施工階段）實(shí)施現(xiàn)代化改造，”Juch 先生說(shuō)道。

輕松連接到現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)以及確保過(guò)程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，這兩點(diǎn)至關(guān)重要。

WAGO-I/O-SYSTEM 的一大優(yōu)勢(shì)是其配有大量的模擬量輸入/輸出模塊和數(shù)字量輸入/輸出模塊。

此外，大量的接口使一套設(shè)備內(nèi)可以集成多種組件和系統(tǒng)零件。

通過(guò)使用支持 IEC 60870-5-104 遠(yuǎn)動(dòng)控制協(xié)議的 750-880/025-001 遠(yuǎn)動(dòng)控制器建立與 PMSX?pro 過(guò)程控制系統(tǒng)的連接。

萬(wàn)可解決方案已獲多項(xiàng)國(guó)際認(rèn)證，使其成為多種應(yīng)用的理想選擇 - 即便面對(duì)要求極其苛刻的環(huán)境條件，也能輕松應(yīng)對(duì)。

IT 安全和集成分析選項(xiàng)

數(shù)據(jù)是否安全，傳輸是否加密？在重要的基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用中，硬件需要滿足安全要求方面的各項(xiàng)特殊條件。

萬(wàn)可提供的組件可以通過(guò) IPsec 或 OpenVPN 直接在控制器層級(jí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密。此外，除了集成防火墻外，其他加密技術(shù)都是基于 Linux? 實(shí)現(xiàn)的。因此，控制器的使用符合 BDEW 白皮書和 BSI IT 安全目錄的要求。

在此排水系統(tǒng)項(xiàng)目中，采用 LTE 和 DSL 聯(lián)網(wǎng)。通信使用 OpenVPN 和符合 IEC 60870-5-104 的遠(yuǎn)動(dòng)協(xié)議。斯圖加特市政自來(lái)水公司項(xiàng)目的一個(gè)亮點(diǎn)是使用現(xiàn)場(chǎng) CDA 云與控制系統(tǒng)進(jìn)行通信。

此外，集成的分析和評(píng)估功能可以對(duì)排水系統(tǒng)在流入和流出、回水以及雨水收集和雨水溢流池水位（例如暴雨過(guò)后）等方面的指標(biāo)進(jìn)行追蹤。ME-Automation Projects 的 PMSX?pro 過(guò)程控制系統(tǒng)使所有問(wèn)題迎刃而解。

工作人員可借助該系統(tǒng)對(duì)歷史過(guò)程狀態(tài)實(shí)施連續(xù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，通過(guò)延時(shí)功能對(duì)原始過(guò)程圖像進(jìn)行可視化以獲得歷史過(guò)程狀態(tài)。

面向未來(lái)

斯圖加特排水系統(tǒng)的現(xiàn)代化改造是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程，按計(jì)劃將對(duì)整個(gè)斯圖加特地區(qū)的多達(dá) 500 個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造。但有一點(diǎn)非常明確 – 我們將在客戶的“水務(wù) 4.0”之路上全程提供幫助。