摘要：文章针对中小型自来水厂监控系统的现状和存在的问题,从中小型水厂计算机监控系统的实际控制要求出发,对监控系统的网络结构进行了构建。

关键词：水厂；监控系统；软件

依靠现代技术手段对生产过程进行控制和管理,提高设备运行效率,节省资源是水工业技术发展的必然趋势。随着自动化控制技术的迅猛发展,供水行业里的许多水厂建立起供水设备的计算机监控系统。但在实际应用中,真正能够达到满意效果的水厂计算机监控系统却不多。大城市的自动化程度相对高些,中小城市特别是城镇水厂则相对落后,甚至空白。为了实现中小型水厂更加安全可靠地供水,提高水厂的劳动效率,需要为水厂建立相应的计算机监控系统。

1设计任务分析

1.1水处理工艺流程

以地表水为水源的水厂是由取水、输水、净水三部分组成。整个工作过程可以分为以下几个部分:取水、药剂的制备与投加、混凝、平流沉淀、过滤、送水。以某县自来水厂为例,系统工艺图如图1所示。水厂各个工艺单元都有相对的独立性,很适合组建一套具有分布式结构的计算机监控系统。

1.2控制要求

水厂自动控制的目标是最终实现水厂生产过程的无人值守。随着自控系统的性能和可靠性的提高,中少人或无人值守将成为今后水厂生产运行的主流方式。水厂自动化控制的实际要求不但要完成水厂加氯间、净水间和送水泵房的管理和工艺流程的自动控制,而且还要考虑管理中心与各个设备之间的协调配合。为了提高系统的可靠性,降低控制风险,水厂计算机监控系统采用“集中监控,分散控制”的控制方案,在每一生产区域设立现场控制站,完成对本区域内设备和过程的监视、操作和控制,区域则按工艺及设备分布划分,各站之间通过可靠性高和实时性强的工业局域网络相连,实现N:N对等通信,达到集中管理和分控制散的目的。

2监控系统设计

2.1监控系统网络结构

监控系统采用全开放式分层分布式网络结构,由管理层和控制层组成。管理层包括中央控制室,主要负责完成过程控制、状态监控、数据采集、故障报警处理等功能,是计算机监控的核心部分。控制层包括滤池PLC工作站、加药PLC工作站、泵房PLC工作站,分别对厂内设备及监测点进行控制、监测、采集信号,并将有关水厂的运行情况上传中央控制室,同时接受中控室上位机的远程调度命令。

2.2管理层

水厂计算机监控系统管理层设备计划由2台分别用于生产管理与监控的服务器、1台彩色打印机和1台激光打印机组成。为了保证较高的可靠性、较强的抗干扰性,服务器采用IBM的专业服务器,管理层网络为100MB以太网。服务器采用WINDOWS2000个人版本操作系统,配备遵循以太网通讯协议的3COM通讯网卡。监控系统组态软件采用美国的INTOUCH,编程软件采用SIMATICSTEP7V5.2,采用SQLserver数据库工具,用于采集与存储监控计算机检测的主要数据。通过服务器内的ODBC/SQL数据库、Windows标准接口OLE、OPC接口,系统可方便与外部系统实现水厂数据传输。

监控计算机可显示包括PLC控制的水质监测仪表、机电、加矾加碱设备、加氯设备与滤池等在内的模拟画面,可对系统的所有设备进行远程操作和控制,并具备显示工艺布置图、实时动态参数、设备工作状态及实时/历史报警信号、在线仪表的实时/历史趋势曲线、电机运行时间等功能,同时可进行离线/在线编程及设定参数的修改,编制和打印生产与管理等各类报表。

2.3控制层

水厂监控系统的控制层由操作站计算机和现场分站、PLC控制单元(加药站、气水反冲洗滤池公用站、送水泵房PLC站)组成,采用PROFIBUS-DP现场总线进行通信,操作站计算机和现场分站PLC均挂在网络上,该网络没有主从之分,相互之间均能对等传输数据。

①操作站为水厂监控系统全分布式结构中的智能控制设备,由它实现全厂计算机监控系统与各设备的接口来完成监控系统对各设备的监控。其操作系统和系统工具的配置与中控室计算机相同。现场PLC控制站包括滤池PLC工作站、加药PLC工作站、泵房PLC工作站,分别对厂内设备及监测点进行控制、监测、采集信号并将有关水厂的运行情况上传中央控制室。

②取水泵房PLC站采用微机PLC(S7-315)进行控制,主要监测2套取水泵机组电机的运行、出水阀门的运行。主要监测对象为水泵电机定子温度、用电量、源水水质、流量、压力和吸水井液位等。

③滤池PLC工作站包括6个滤池,每个滤池由进水槽、滤床、进水阀、出水阀、排污阀、放空排气阀、反冲洗气阀、反冲洗水阀等组成。每格滤池都有一个独立的微型PLC(S7-200),每个微型PLC配备触摸屏作为显示和操作的界面,对该滤池的工况进行监控。同时设置一个公共的PLC(S7-315),对每格滤池的反冲洗泵及阀门等进行管理和控制。主要监控对象:滤池进水阀、出水阀、排水阀、反冲进水阀、反冲洗泵、6个滤池。主要参数显示:每格滤池水位、水头损失。

④送水泵房PLC站采用微机PLC(S7-315)进行控制,主要监测4套送水泵机组电机的运行、出水阀门的运行。主要监测对象为水泵电机定子温度、用电量、出厂水水质、流量、压力、清水池液位等。

⑤加药PLC站采用微机PLC(S7-315)进行控制,实现的主要功能是对加矾、加滤计量泵的状态监测、故障报警;对加矾搅拌机的控制、状态监测、故障报警;对变频仪的状态检测、故障报警;检测加矾、加氯系统仪表的工作参数;检测溶药池、溶液池的液位,自动识别泡沫和泡沫消除误差液位计控制;加氯机投加流量的控制;根据漏氯报警器的状态起动氯中和装置,定时运行轴流风机等。

3结语

从投入运行情况来看,系统较好地满足了水厂各种监控的需求,使水厂的高可靠性、可扩展、可维护性等各项指标都得到了提高,进一步提高了水厂的经济效益。具有以下特点。

3.1高可靠性

本系统组件的设计符合真正的工业等级,满足国内、国际的安全标准。整个系统易于维护和扩展,结构坚固,抗腐蚀,能适应较宽的温度变化范围。本控制系统有一套完整的自我诊断功能,可以在系统运行中自动诊断出任何一个部件出现的故障。在监控软件中及时、准确地反映出故障状态、故障时间、故障地点以及相关信号,在系统发生故障后,I/0的状态能够返回到系统根据工艺要求预先设置的状态上。

3.2优良的扩展性和兼容性

本系统采用目前比较先进的主流产品,具有很强的兼容性。为了保证在今后的扩建和改造时满足控制要求,在设计时充分考虑了系统的扩展能力,在满足现有功能要求的基础上,保留有20%的系统冗余。

参考文献:

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