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摘要：文章針對中小型自來水廠監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在的問題,從中小型水廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的實際控制要求出發(fā),對監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了構(gòu)建。

關(guān)鍵詞：水廠；監(jiān)控系統(tǒng)；軟件

依靠現(xiàn)代技術(shù)手段對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制和管理,提高設(shè)備運(yùn)行效率,節(jié)省資源是水工業(yè)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。隨著自動化控制技術(shù)的迅猛發(fā)展,供水行業(yè)里的許多水廠建立起供水設(shè)備的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。但在實際應(yīng)用中,真正能夠達(dá)到滿意效果的水廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)卻不多。大城市的自動化程度相對高些,中小城市特別是城鎮(zhèn)水廠則相對落后,甚至空白。為了實現(xiàn)中小型水廠更加安全可靠地供水,提高水廠的勞動效率,需要為水廠建立相應(yīng)的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

1設(shè)計任務(wù)分析

1.1水處理工藝流程

以地表水為水源的水廠是由取水、輸水、凈水三部分組成。整個工作過程可以分為以下幾個部分:取水、藥劑的制備與投加、混凝、平流沉淀、過濾、送水。以某縣自來水廠為例,系統(tǒng)工藝圖如圖1所示。水廠各個工藝單元都有相對的獨(dú)立性,很適合組建一套具有分布式結(jié)構(gòu)的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

1.2控制要求

水廠自動控制的目標(biāo)是最終實現(xiàn)水廠生產(chǎn)過程的無人值守。隨著自控系統(tǒng)的性能和可靠性的提高,中少人或無人值守將成為今后水廠生產(chǎn)運(yùn)行的主流方式。水廠自動化控制的實際要求不但要完成水廠加氯間、凈水間和送水泵房的管理和工藝流程的自動控制,而且還要考慮管理中心與各個設(shè)備之間的協(xié)調(diào)配合。為了提高系統(tǒng)的可靠性,降低控制風(fēng)險,水廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用“集中監(jiān)控,分散控制”的控制方案,在每一生產(chǎn)區(qū)域設(shè)立現(xiàn)場控制站,完成對本區(qū)域內(nèi)設(shè)備和過程的監(jiān)視、操作和控制,區(qū)域則按工藝及設(shè)備分布劃分,各站之間通過可靠性高和實時性強(qiáng)的工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)相連,實現(xiàn)N:N對等通信,達(dá)到集中管理和分控制散的目的。

2監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

2.1監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)采用全開放式分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),由管理層和控制層組成。管理層包括中央控制室,主要負(fù)責(zé)完成過程控制、狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、故障報警處理等功能,是計算機(jī)監(jiān)控的核心部分。控制層包括濾池PLC工作站、加藥PLC工作站、泵房PLC工作站,分別對廠內(nèi)設(shè)備及監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行控制、監(jiān)測、采集信號,并將有關(guān)水廠的運(yùn)行情況上傳中央控制室,同時接受中控室上位機(jī)的遠(yuǎn)程調(diào)度命令。

2.2管理層

水廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)管理層設(shè)備計劃由2臺分別用于生產(chǎn)管理與監(jiān)控的服務(wù)器、1臺彩色打印機(jī)和1臺激光打印機(jī)組成。為了保證較高的可靠性、較強(qiáng)的抗干擾性,服務(wù)器采用IBM的專業(yè)服務(wù)器,管理層網(wǎng)絡(luò)為100MB以太網(wǎng)。服務(wù)器采用WINDOWS2000個人版本操作系統(tǒng),配備遵循以太網(wǎng)通訊協(xié)議的3COM通訊網(wǎng)卡。監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件采用美國的INTOUCH,編程軟件采用SIMATICSTEP7V5.2,采用SQLserver數(shù)據(jù)庫工具,用于采集與存儲監(jiān)控計算機(jī)檢測的主要數(shù)據(jù)。通過服務(wù)器內(nèi)的ODBC/SQL數(shù)據(jù)庫、Windows標(biāo)準(zhǔn)接口OLE、OPC接口,系統(tǒng)可方便與外部系統(tǒng)實現(xiàn)水廠數(shù)據(jù)傳輸。

監(jiān)控計算機(jī)可顯示包括PLC控制的水質(zhì)監(jiān)測儀表、機(jī)電、加礬加堿設(shè)備、加氯設(shè)備與濾池等在內(nèi)的模擬畫面,可對系統(tǒng)的所有設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和控制,并具備顯示工藝布置圖、實時動態(tài)參數(shù)、設(shè)備工作狀態(tài)及實時/歷史報警信號、在線儀表的實時/歷史趨勢曲線、電機(jī)運(yùn)行時間等功能,同時可進(jìn)行離線/在線編程及設(shè)定參數(shù)的修改,編制和打印生產(chǎn)與管理等各類報表。

2.3控制層

水廠監(jiān)控系統(tǒng)的控制層由操作站計算機(jī)和現(xiàn)場分站、PLC控制單元(加藥站、氣水反沖洗濾池公用站、送水泵房PLC站)組成,采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線進(jìn)行通信,操作站計算機(jī)和現(xiàn)場分站PLC均掛在網(wǎng)絡(luò)上,該網(wǎng)絡(luò)沒有主從之分,相互之間均能對等傳輸數(shù)據(jù)。

①操作站為水廠監(jiān)控系統(tǒng)全分布式結(jié)構(gòu)中的智能控制設(shè)備,由它實現(xiàn)全廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與各設(shè)備的接口來完成監(jiān)控系統(tǒng)對各設(shè)備的監(jiān)控。其操作系統(tǒng)和系統(tǒng)工具的配置與中控室計算機(jī)相同。現(xiàn)場PLC控制站包括濾池PLC工作站、加藥PLC工作站、泵房PLC工作站,分別對廠內(nèi)設(shè)備及監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行控制、監(jiān)測、采集信號并將有關(guān)水廠的運(yùn)行情況上傳中央控制室。

②取水泵房PLC站采用微機(jī)PLC(S7-315)進(jìn)行控制,主要監(jiān)測2套取水泵機(jī)組電機(jī)的運(yùn)行、出水閥門的運(yùn)行。主要監(jiān)測對象為水泵電機(jī)定子溫度、用電量、源水水質(zhì)、流量、壓力和吸水井液位等。

③濾池PLC工作站包括6個濾池,每個濾池由進(jìn)水槽、濾床、進(jìn)水閥、出水閥、排污閥、放空排氣閥、反沖洗氣閥、反沖洗水閥等組成。每格濾池都有一個獨(dú)立的微型PLC(S7-200),每個微型PLC配備觸摸屏作為顯示和操作的界面,對該濾池的工況進(jìn)行監(jiān)控。同時設(shè)置一個公共的PLC(S7-315),對每格濾池的反沖洗泵及閥門等進(jìn)行管理和控制。主要監(jiān)控對象:濾池進(jìn)水閥、出水閥、排水閥、反沖進(jìn)水閥、反沖洗泵、6個濾池。主要參數(shù)顯示:每格濾池水位、水頭損失。

④送水泵房PLC站采用微機(jī)PLC(S7-315)進(jìn)行控制,主要監(jiān)測4套送水泵機(jī)組電機(jī)的運(yùn)行、出水閥門的運(yùn)行。主要監(jiān)測對象為水泵電機(jī)定子溫度、用電量、出廠水水質(zhì)、流量、壓力、清水池液位等。

⑤加藥PLC站采用微機(jī)PLC(S7-315)進(jìn)行控制,實現(xiàn)的主要功能是對加礬、加濾計量泵的狀態(tài)監(jiān)測、故障報警;對加礬攪拌機(jī)的控制、狀態(tài)監(jiān)測、故障報警;對變頻儀的狀態(tài)檢測、故障報警;檢測加礬、加氯系統(tǒng)儀表的工作參數(shù);檢測溶藥池、溶液池的液位,自動識別泡沫和泡沫消除誤差液位計控制;加氯機(jī)投加流量的控制;根據(jù)漏氯報警器的狀態(tài)起動氯中和裝置,定時運(yùn)行軸流風(fēng)機(jī)等。

3結(jié)語

從投入運(yùn)行情況來看,系統(tǒng)較好地滿足了水廠各種監(jiān)控的需求,使水廠的高可靠性、可擴(kuò)展、可維護(hù)性等各項指標(biāo)都得到了提高,進(jìn)一步提高了水廠的經(jīng)濟(jì)效益。具有以下特點(diǎn)。

3.1高可靠性

本系統(tǒng)組件的設(shè)計符合真正的工業(yè)等級,滿足國內(nèi)、國際的安全標(biāo)準(zhǔn)。整個系統(tǒng)易于維護(hù)和擴(kuò)展,結(jié)構(gòu)堅固,抗腐蝕,能適應(yīng)較寬的溫度變化范圍。本控制系統(tǒng)有一套完整的自我診斷功能,可以在系統(tǒng)運(yùn)行中自動診斷出任何一個部件出現(xiàn)的故障。在監(jiān)控軟件中及時、準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點(diǎn)以及相關(guān)信號,在系統(tǒng)發(fā)生故障后,I/0的狀態(tài)能夠返回到系統(tǒng)根據(jù)工藝要求預(yù)先設(shè)置的狀態(tài)上。

3.2優(yōu)良的擴(kuò)展性和兼容性

本系統(tǒng)采用目前比較先進(jìn)的主流產(chǎn)品,具有很強(qiáng)的兼容性。為了保證在今后的擴(kuò)建和改造時滿足控制要求,在設(shè)計時充分考慮了系統(tǒng)的擴(kuò)展能力,在滿足現(xiàn)有功能要求的基礎(chǔ)上,保留有20%的系統(tǒng)冗余。

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