自來水廠監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
日期：2024-08-09 03:44
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摘要：
自來水廠監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
一、自來水廠的情況簡介
城市供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的是解決自來水公司對供水各環(huán)節(jié)監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。該系統(tǒng)由監(jiān)控中心和各個(gè)水源監(jiān)測點(diǎn)組成，各個(gè)水源監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集終端可監(jiān)視和采集水位、壓力、流量、濁度、余氯、泵頻等各種數(shù)據(jù)，供控制中心及有關(guān)部門分析和決策取用，提高工作效率，保證供水質(zhì)量，滿足日益增產(chǎn)的用水量的需求。
城市供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)可以對遠(yuǎn)程現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)管道壓力、水流量的數(shù)據(jù)傳送及閥門開關(guān)的自動(dòng)控制，降低了故障率和提高了對系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。便于及時(shí)迅速的了解及控制遠(yuǎn)端管道及閥門，低故障率和檢修的時(shí)間，減少停水次數(shù)。各水源監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集終端可自動(dòng)采集管道壓力、水流量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)，信息傳輸?shù)阶詠硭镜谋O(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過對傳輸回的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可找到出故障的地點(diǎn)，從而當(dāng)一個(gè)遠(yuǎn)端出現(xiàn)故障時(shí)，能在*短的時(shí)間內(nèi)解決問題，恢復(fù)供水，提高了整體的服務(wù)水平，從而實(shí)現(xiàn)了城市供水的信息化、現(xiàn)代化。
二、可編程控制器在水廠的使用
可編程控制器(PLC)*初是用來代繼電器控制線路完成邏輯功能。近年來，由于世界電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，特別是微處理器和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展已使可編程控制器的性能和功能有很大的提高。先進(jìn)的可編程控制器不但能完成復(fù)雜的邏輯控制功能，而且也能完成對模擬量的處理，對過程變量可進(jìn)行PID閉環(huán)控制。編程軟件、通信及人機(jī)接口的功能也越來越完善，編程軟件和用于人機(jī)接口的圖形化軟件都運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)平臺上。正因?yàn)榭删幊炭刂破骶哂惺褂渺`活、成本低、先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)以及可靠性高等特點(diǎn)，所以目前多數(shù)自來水公司都將可編程控制器作為數(shù)據(jù)采集終端來使用，通過豐富的網(wǎng)絡(luò)資源將現(xiàn)場的情況送給中央控制室，所以它克服了傳統(tǒng)控制方法的缺陷，提高了供水質(zhì)量，降低了供水成本。
三、自來水廠控制系統(tǒng)的描述
3、1該控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及控制原理
全廠控制系統(tǒng)設(shè)兩級組成集散控制系統(tǒng)，**是廠中央控制室(上位管理)，二級是區(qū)域控制工作站(現(xiàn)場控制站)。整個(gè)系統(tǒng)由一個(gè)中央控制室、五個(gè)現(xiàn)場控制站組成，中央控制室與現(xiàn)場控制站之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，組成一個(gè)PLC 控制網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)借助于浙江浙大中自集成控制股份有限公司強(qiáng)大的人機(jī)接口軟件Sunytech和SunyIEC編程軟件，使其獲得*佳的控制性能。在中央控制室，通過屏幕漢化的動(dòng)態(tài)畫面，可觀察全廠的生產(chǎn)過程，并對全廠生產(chǎn)過程進(jìn)行調(diào)度，指揮分站操作運(yùn)行，打印全廠生產(chǎn)報(bào)表，繪制曲線，達(dá)到綜合管理的目的。
3．2中央控制室軟件的實(shí)現(xiàn)
中央控制室提供了三種制水控制方式：自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)。
㈠、在相應(yīng)授權(quán)條件下，在中控室可對任何一臺可控設(shè)備進(jìn)行控制和人工干預(yù)，能對各現(xiàn)場控制站PLC的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定與修改，或直接對任何一個(gè)現(xiàn)場控制站進(jìn)行編程或修改程序等。
㈡、能夠根據(jù)公司總調(diào)度室的**調(diào)度指令，自動(dòng)形成良好的二級調(diào)度指令，控制送水泵的開/停等。
㈢、對源水泵房和送水泵房等關(guān)鍵部位建立了遠(yuǎn)程控制，可以方便地對源水泵房、送水泵房、加礬加氯間、反應(yīng)沉淀池及全廠范圍進(jìn)行監(jiān)視。
㈣、建立了水廠管理信息系統(tǒng)：
△提供制水?dāng)?shù)據(jù)的查詢，能形象、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地顯示各生產(chǎn)過程中的主要技術(shù)參數(shù)，顯示所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，用趨勢圖顯示某些重要參數(shù)的變化情況等。
△數(shù)據(jù)庫管理功能：建立了生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，存貯生產(chǎn)原始數(shù)據(jù)；建立了事故數(shù)據(jù)庫，記錄各類錯(cuò)誤和事故等。
△數(shù)據(jù)處理功能：利用在線數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)計(jì)算主要生產(chǎn)指標(biāo)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
△報(bào)表輸出/打印功能：打印公司、水廠所需要的各類報(bào)表。
㈤、具有報(bào)警功能，當(dāng)某一參數(shù)異常或設(shè)備故障時(shí)，能提供多種報(bào)警方式。
㈥、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)圖像傳輸準(zhǔn)確，執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制正常，運(yùn)行狀況良好。
㈦、整個(gè)系統(tǒng)**可靠。
中控室是全廠的控制管理中心，一方面通過網(wǎng)絡(luò)采集全廠各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及儀表檢測信號，另一方面對全廠各設(shè)備進(jìn)行控制。
中控室上位機(jī)軟件主要功能包括：
1、在上位機(jī)對全廠任何一臺設(shè)備進(jìn)行控制(加氯、加礬部分自成系統(tǒng)，只對其采集必要的數(shù)據(jù))，能對區(qū)域PLC的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改。
2、能形象、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)顯示某些重要參數(shù)的變化情況。
3、報(bào)警功能：某一參數(shù)異常或設(shè)備故障，給出聲光報(bào)警，顯示相應(yīng)的提示信息和畫面，并記錄在報(bào)警數(shù)據(jù)庫中。
4、數(shù)據(jù)管理功能：建立生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，存儲生產(chǎn)原始數(shù)據(jù)供統(tǒng)計(jì)分析用。
5、數(shù)據(jù)處理功能：利用在線數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)計(jì)算主要生產(chǎn)指標(biāo)。
6、報(bào)表輸出／打印功能：能打印出日、月、年、故障、運(yùn)行計(jì)錄的中文報(bào)表。
3、3現(xiàn)場控制站的軟件實(shí)現(xiàn)
現(xiàn)場控制站的軟件用來完成生產(chǎn)工藝的全部任務(wù)，該軟件組態(tài)和開發(fā)的好壞直接關(guān)系到自動(dòng)化工程的成敗問題。該軟件包括順序邏輯控制、模擬量采集和PID調(diào)節(jié)控制。采用巨騰公司的ISGRAF工具包開發(fā)梯形圖控制軟件。它主要能完成以下功能：
1、順序邏輯控制：包括取水泵站、送水泵站機(jī)組及各閥門等設(shè)備之間的連動(dòng)控制等。
2、模擬量采集：包括高配間及高壓電機(jī)的電流、電壓、功率、電度量的采集，以及濁度、余氯、水流量、壓力、PH值、溫度等信號的采集。所有這些量經(jīng)過轉(zhuǎn)換，并在屏幕上的數(shù)據(jù)域中加以顯示或打印報(bào)表，從而取消原始的手工抄表計(jì)錄。
3、PID調(diào)節(jié)控制：加礬及加氯部分的PID調(diào)節(jié)控制。軟件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是對V型濾池出水調(diào)節(jié)閥的自動(dòng)控制。這也是全廠控制軟件設(shè)計(jì)的核心部分。出水調(diào)節(jié)閥作為控制裝置，它受濾池水位的控制，水位通過水位傳感器送出的信號至PLC，這個(gè)信號與表示水位保持恒定的參考水位相比較，在判斷出水位不穩(wěn)定方向后(上升或下降)，信號水位與參考水位的偏差超過原設(shè)計(jì)系統(tǒng)的臨界值約±2cm時(shí)，即啟動(dòng)控制單元—出水調(diào)節(jié)閥，同時(shí)出水調(diào)節(jié)閥輸出一個(gè)與閥門開啟度成正比的4～20mA的反饋信號，通過PLC內(nèi)的PID指令自動(dòng)調(diào)節(jié)濾池水位以達(dá)到恒水位。當(dāng)事先定好的反沖洗時(shí)間到或堵塞顯示器超過設(shè)定堵塞值時(shí)，便輸出反沖洗信號，反沖洗過程包括氣沖及氣水同時(shí)反沖過程，PLC根據(jù)工藝流程要求按一定順序進(jìn)行一系列閥門及水泵、風(fēng)機(jī)的開啟及停止動(dòng)作。當(dāng)沖洗過程結(jié)束，濾池重新恢復(fù)平靜，又一個(gè)過濾的循環(huán)開始。
3．4自來水控制的流程
進(jìn)水池中的水經(jīng)過初步沉淀進(jìn)入加藥池。加藥系統(tǒng)根據(jù)水質(zhì)、水量配比化學(xué)**，對水進(jìn)行化學(xué)處理。加藥系統(tǒng)充分運(yùn)用了Sunytech軟件強(qiáng)大的配方管理能力，根據(jù)需要確定加氯、加明礬的藥量及比率。
加藥后的水進(jìn)入沉淀池，經(jīng)過徹底沉淀后進(jìn)入過濾池，靠水的重力穿過過濾層除去水中浮游生物。Sunytech上位系統(tǒng)將定時(shí)或手動(dòng)按鈕分別啟動(dòng)各個(gè)刮泥機(jī)出去沉淀池中的泥漿，并定時(shí)對過濾層進(jìn)行反沖洗。
清水池補(bǔ)加氯及送水泵組監(jiān)控系統(tǒng)是對清水池水位、補(bǔ)加氯系統(tǒng)及送水站各泵組電機(jī)和送水量的監(jiān)控。Sunytech上位系統(tǒng)可以直接讀取流量計(jì)的數(shù)據(jù)，并可以通過現(xiàn)場執(zhí)行器控制各泵組的啟停。
梯形泵站監(jiān)控系統(tǒng)是對整個(gè)水廠凈水處理的總體監(jiān)控。在這個(gè)系統(tǒng)里可以監(jiān)測到凈水處理的總體過程，包括各個(gè)抽水機(jī)、攪拌機(jī)運(yùn)行情況及各水池的水位情況。
3、5防雷設(shè)計(jì)
防雷系統(tǒng)的接地方式可分為獨(dú)立接地和統(tǒng)一接地。統(tǒng)一接地將所有的數(shù)字地、模擬地、防雷地等都*后一點(diǎn)接至等電位連接排上。獨(dú)立接地則將各自的數(shù)字地和模擬地等接至邏輯與防雷地上，并且相互分開。
簡述統(tǒng)一接地系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)方法，防雷系統(tǒng)原理圖如下：
根據(jù)防雷示意圖A點(diǎn)因雷擊而產(chǎn)生大電流時(shí)避雷器A1在納秒級開始泄放，使C點(diǎn)和A點(diǎn)形成等電位，由于避雷器雙向?qū)ǎ瑤缀踉谕瑫r(shí)避雷器B1導(dǎo)通；*終使得A、B、C三點(diǎn)形成等電位，從而更加**的保護(hù)了設(shè)備，防止了反向擊穿的可能性。
所以避雷器的作用就是在*短時(shí)裝時(shí)間（納秒級）釋放電路上因雷擊而產(chǎn)生的大量脈沖能量短路泄放大地，兩端電壓迅速降低到**級，降低設(shè)備各接口間的電位差，從而保護(hù)電路上用戶的設(shè)備。過電壓消失后，迅速自動(dòng)恢復(fù)為原來的高阻抗?fàn)顟B(tài)。
整個(gè)自來水廠需要進(jìn)行避雷保護(hù)的電纜包括計(jì)算機(jī)和PLC通訊電纜；PLC柜電源，室外儀表等。具體方案如下：
1.電源保護(hù)器
廠區(qū)控制室、現(xiàn)場PLC柜、進(jìn)行線端設(shè)計(jì)安裝避雷器，配置電源保護(hù)器。
2．網(wǎng)絡(luò)通訊保護(hù)器
PC機(jī)、PLC之間共同構(gòu)成通訊網(wǎng)，根據(jù)防雷原理，在進(jìn)出不同建筑物的通訊電纜兩頭安裝防雷裝置、針對PLC可編程控制器通訊網(wǎng)，設(shè)計(jì)采用雙絞線信息線路保護(hù)器來進(jìn)行保護(hù)。
3．所有避雷器的接地電阻必須小于1Ω，安裝完畢后進(jìn)行測試，以確保起到防雷作用。
4．每年雷雨季節(jié)前進(jìn)行檢查，若有損壞請及時(shí)調(diào)換，每種產(chǎn)品建議有能備貨，以免因某避雷器損壞而破壞整個(gè)防雷系統(tǒng)。
四、自來水廠的生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)（推薦使用）
該系統(tǒng)與生產(chǎn)管理、水廠PLC等實(shí)現(xiàn)了過程集成，是供水企業(yè)的一個(gè)關(guān)鍵性系統(tǒng)。
4、1該系統(tǒng)主要組成如下：
△數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控：能實(shí)時(shí)采集水廠PLC和管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)的有關(guān)信息、并從屏幕上加以監(jiān)視。
△時(shí)段供水預(yù)測：對于未來**時(shí)間內(nèi)，任意時(shí)段的供水量作出預(yù)測，供調(diào)度系統(tǒng)和調(diào)度員調(diào)度參考。
△供水調(diào)度：為公司總調(diào)度室提供經(jīng)濟(jì)的實(shí)時(shí)調(diào)度方案（即公司的**調(diào)度），對各水廠分配供水量，實(shí)時(shí)地向各水廠下達(dá)調(diào)度指令。必要時(shí)，調(diào)度員可以根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)以及某些特殊要求進(jìn)行調(diào)整。
△日調(diào)度統(tǒng)計(jì)：對PLC的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，打印出各種報(bào)表。
4、2本系統(tǒng)主要功能如下：
△有多種數(shù)據(jù)監(jiān)測措施，既能以表格的方式顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，又能以圖形方式顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
△有數(shù)據(jù)報(bào)警功能，包括報(bào)警提示音等多種形式。
△有分時(shí)段用水量預(yù)測功能，時(shí)段劃分和用水量預(yù)測值可以根據(jù)用戶需要進(jìn)行調(diào)整。
△可以對實(shí)時(shí)短期（分鐘級）用水量進(jìn)行預(yù)測，并將預(yù)測值與實(shí)際值圖示比較，從屏幕上顯示預(yù)測值與實(shí)際的變化趨勢。
△能夠?qū)┧窟M(jìn)行全市優(yōu)化/經(jīng)濟(jì)分派，并自動(dòng)發(fā)出經(jīng)優(yōu)化的供水量指令。
△提供調(diào)度員隨時(shí)發(fā)出特調(diào)指令。
△可以印出30多種統(tǒng)計(jì)報(bào)表。
△有系統(tǒng)配置和參數(shù)設(shè)置功能。
△有系統(tǒng)注冊、維護(hù)、日志等功能。
△用戶界面友好，采用通用的菜單、按鈕、圖形操作界面，直觀方便簡單。
4、3營銷管理系統(tǒng)
實(shí)現(xiàn)營銷管理現(xiàn)代化，治理好水表環(huán)境，提高水表抄收服務(wù)質(zhì)量，確保抄表準(zhǔn)確率和水費(fèi)回收率，減少供銷差，是提高供水企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的重要途徑。
①本系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：
△對營銷部分實(shí)施**的計(jì)算機(jī)管理，優(yōu)化了組織機(jī)構(gòu)，減輕了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。
△采用多種抄表手段。（IC卡水表、抄表機(jī)、遠(yuǎn)程抄表）。
△建立了分布式網(wǎng)絡(luò)支撐工作平臺，支持虛擬網(wǎng)絡(luò)。提供了多種不同環(huán)境的營銷管理系統(tǒng)版本，包括單機(jī)版，網(wǎng)絡(luò)版。
△是供水企業(yè)信息化建設(shè)整體解決方案的一部分，解決了與其他分（子）系統(tǒng)的集成優(yōu)化。
△建立了客戶管理系統(tǒng)，以客戶為中心，提供多種為客戶服務(wù)的手段。
②本系統(tǒng)的主要功能：
△用戶管理：包括用戶檔案管理和日常管理兩部分。實(shí)現(xiàn)用戶的立戶、過戶、改戶、銷戶的管理和用戶的查詢、投訴、業(yè)務(wù)受理，水費(fèi)的催收、信息發(fā)布等。
△水表管理：包括水表信息管理和換表管理及校表、修表、移表管理等。實(shí)現(xiàn)用戶水表信息和水表庫存狀況、運(yùn)行情況管理。制定計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)換表、校表、修表、移表、裝表、拆表管理，確保公司計(jì)費(fèi)的公平，公正。
△抄表管理：包括區(qū)域劃分與調(diào)整多種抄收手段的管理。實(shí)現(xiàn)區(qū)域的自動(dòng)劃分和調(diào)整，同時(shí)使抄表人員自動(dòng)分派和調(diào)整。制定抄表計(jì)劃管理，抄表數(shù)據(jù)錄入，根據(jù)水費(fèi)預(yù)測和水表的情況進(jìn)行有效性檢查管理，減少人為的差錯(cuò)。通過使用多種抄收手段，實(shí)現(xiàn)抄表的公平、公正。
△收費(fèi)管理：包括收費(fèi)管理和催收管理。進(jìn)行收費(fèi)預(yù)測，制定收費(fèi)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)多種收費(fèi)方式，及時(shí)對欠費(fèi)用戶進(jìn)行催費(fèi)。通過DDN或PSTN與多家銀行進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)用戶水費(fèi)的代收代扣，加快水費(fèi)回收，實(shí)現(xiàn)收費(fèi)的公平、公正。
△質(zhì)檢管理：包括制定質(zhì)檢計(jì)劃，對質(zhì)檢數(shù)據(jù)、質(zhì)量檢查、質(zhì)檢通知、消防、補(bǔ)加水量進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)抄表的質(zhì)量，抄表人員，質(zhì)檢人員考核。
△系統(tǒng)管理：包括職員、部門、權(quán)限的分配、操作日志等基本信息。通過日志管理來登記、統(tǒng)計(jì)、分析各部門及員工對營銷系統(tǒng)的操作和使用情況。
△統(tǒng)計(jì)分析：包括抄表統(tǒng)計(jì)分析、質(zhì)檢統(tǒng)計(jì)分析、收費(fèi)統(tǒng)計(jì)分析等10多種統(tǒng)計(jì)分析，以及調(diào)整減免管理。
△觸摸屏查詢子系統(tǒng)：為用戶提供歷史各時(shí)期的用水情況、交費(fèi)、欠費(fèi)信息和當(dāng)前水價(jià)信息等，清楚辦理相關(guān)業(yè)務(wù)的流程和手續(xù)，讓用戶更了解自來水公司的歷史，現(xiàn)狀，企業(yè)機(jī)構(gòu)，規(guī)章制度等。
△電話語音子系統(tǒng)：包括用戶查詢，催繳管理，用戶投訴。實(shí)現(xiàn)用水量、水費(fèi)、水價(jià)、申請安裝水表等信息的查詢。根據(jù)用戶欠費(fèi)情況自動(dòng)拔打用戶電話進(jìn)行催繳。根據(jù)用戶意見作出合理安排，反映到各部門并把結(jié)果及時(shí)反饋給用戶。
△WEB子系統(tǒng)：包括用戶查詢、網(wǎng)上交費(fèi)、新聞發(fā)布、信息反饋。用戶通過Internet實(shí)現(xiàn)用水量、水費(fèi)、水價(jià)等信息的查詢、網(wǎng)上繳納水費(fèi)。在網(wǎng)上發(fā)布如停水通知、服務(wù)項(xiàng)目，在網(wǎng)上受理用戶投訴，反映意見等。
③本系統(tǒng)主要性能如下：
△**性好，可靠性高：包括信息**性和系統(tǒng)**性。通過對用戶帳號和授權(quán)管理。建立防火墻防止非法侵入，通過數(shù)據(jù)加密、數(shù)字簽名、訪問控制等確保系統(tǒng)的**可靠性。
△數(shù)據(jù)共享，確保與其它分系統(tǒng)信息的有效集成。
△實(shí)用性強(qiáng)，響應(yīng)速度快。
△人機(jī)界面友好，簡單易學(xué)，方便快捷。
△系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)，可維性好，便于進(jìn)行二次開發(fā)。
五、社會效率
使用先進(jìn)的可編程控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，可以減少投藥的成本和其它的成本。同時(shí)提高了自來水公司的科技含量，推動(dòng)了企業(yè)的發(fā)展，提高了公司的競爭力，促使員工對崗位職責(zé)的新要求，增強(qiáng)了員工“競爭上崗”和“科技興司”意識，促進(jìn)了員工綜合素質(zhì)的提高。*后能確保上等、足量、**供水，更好地為用戶提供上等服務(wù)。
