自來水廠監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
日期：2024-12-21 17:06
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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)測點的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。該系統(tǒng)由監(jiān)控中心和各個水源監(jiān)測點組成，各個水源監(jiān)測點的數(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?！?/span>
城市供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)可以對遠(yuǎn)程現(xiàn)場的運行設(shè)備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)管道壓力、水流量的數(shù)據(jù)傳送及閥門開關(guān)的自動控制，降低了故障率和提高了對系統(tǒng)的反應(yīng)時間。便于及時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間，減少停水次數(shù)。各水源監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集終端可自動采集管道壓力、水流量的實時數(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)進行分析，可找到出故障的地點，從而當(dāng)一個遠(yuǎn)端出現(xiàn)故障時，能在*短的時間內(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，對過程變量可進行PID閉環(huán)控制。編程軟件、通信及人機接口的功能也越來越完善，編程軟件和用于人機接口的圖形化軟件都運行在標(biāo)準(zhǔn)的計算機平臺上。正因為可編程控制器具有使用靈活、成本低、先進的網(wǎng)絡(luò)以及可靠性高等特點，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)。整個系統(tǒng)由一個中央控制室、五個現(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)進行通訊，組成一個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大的人機接口軟件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)過程進行調(diào)度，指揮分站操作運行，打印全廠生產(chǎn)報表，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現(xiàn)
中央控制室提供了三種制水控制方式：自動、半自動和手動。
?、?、在相應(yīng)授權(quán)條件下，在中控室可對任何一臺可控設(shè)備進行控制和人工干預(yù)，能對各現(xiàn)場控制站PLC的參數(shù)進行設(shè)定與修改，或直接對任何一個現(xiàn)場控制站進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、實時、動態(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)計算主要生產(chǎn)指標(biāo)，進行統(tǒng)計分析。
△報表輸出/打印功能：打印公司、水廠所需要的各類報表。
㈤、具有報警功能，當(dāng)某一參數(shù)異?；蛟O(shè)備故障時，能提供多種報警方式。
㈥、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)圖像傳輸準(zhǔn)確，執(zhí)行機構(gòu)控制正常，運行狀況良好。
㈦、整個系統(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)備的運行狀態(tài)及儀表檢測信號，另一方面對全廠各設(shè)備進行控制。
中控室上位機軟件主要功能包括：
1、在上位機對全廠任何一臺設(shè)備進行控制(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)進行設(shè)定和修改。
2、能形象、實時、動態(tài)顯示某些重要參數(shù)的變化情況。
3、報警功能：某一參數(shù)異?；蛟O(shè)備故障，給出聲光報警，顯示相應(yīng)的提示信息和畫面，并記錄在報警數(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)計算主要生產(chǎn)指標(biāo)。
6、報表輸出／打印功能：能打印出日、月、年、故障、運行計錄的中文報表。
3、3現(xiàn)場控制站的軟件實現(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、送水泵站機組及各閥門等設(shè)備之間的連動控制等。
2、模擬量采集：包括高配間及高壓電機的電流、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表，從而取消原始的手工抄表計錄。
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)計的主要任務(wù)是對V型濾池出水調(diào)節(jié)閥的自動控制。這也是全廠控制軟件設(shè)計的核心部分。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)計系統(tǒng)的臨界值約±2cm時，即啟動控制單元—出水調(diào)節(jié)閥，同時出水調(diào)節(jié)閥輸出一個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間到或堵塞顯示器超過設(shè)定堵塞值時，便輸出反沖洗信號，反沖洗過程包括氣沖及氣水同時反沖過程，PLC根據(jù)工藝流程要求按一定順序進行一系列閥門及水泵、風(fēng)機的開啟及停止動作。當(dāng)沖洗過程結(jié)束，濾池重新恢復(fù)平靜，又一個過濾的循環(huán)開始。
3．4自來水控制的流程
進水池中的水經(jīng)過初步沉淀進入加藥池。加藥系統(tǒng)根據(jù)水質(zhì)、水量配比化學(xué)**，對水進行化學(xué)處理。加藥系統(tǒng)充分運用了Sunytech軟件強大的配方管理能力，根據(jù)需要確定加氯、加明礬的藥量及比率。
加藥后的水進入沉淀池，經(jīng)過徹底沉淀后進入過濾池，靠水的重力穿過過濾層除去水中浮游生物。Sunytech上位系統(tǒng)將定時或手動按鈕分別啟動各個刮泥機出去沉淀池中的泥漿，并定時對過濾層進行反沖洗。
清水池補加氯及送水泵組監(jiān)控系統(tǒng)是對清水池水位、補加氯系統(tǒng)及送水站各泵組電機和送水量的監(jiān)控。Sunytech上位系統(tǒng)可以直接讀取流量計的數(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)是對整個水廠凈水處理的總體監(jiān)控。在這個系統(tǒng)里可以監(jiān)測到凈水處理的總體過程，包括各個抽水機、攪拌機運行情況及各水池的水位情況。
3、5防雷設(shè)計
防雷系統(tǒng)的接地方式可分為獨立接地和統(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*后一點接至等電位連接排上。獨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)計方法，防雷系統(tǒng)原理圖如下：
根據(jù)防雷示意圖A點因雷擊而產(chǎn)生大電流時避雷器A1在納秒級開始泄放，使C點和A點形成等電位，由于避雷器雙向?qū)?，幾乎在同時避雷器B1導(dǎo)通；*終使得A、B、C三點形成等電位，從而更加**的保護了設(shè)備，防止了反向擊穿的可能性。
所以避雷器的作用就是在*短時裝時間（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，從而保護電路上用戶的設(shè)備。過電壓消失后，迅速自動恢復(fù)為原來的高阻抗?fàn)顟B(tài)。
整個自來水廠需要進行避雷保護的電纜包括計算機和PLC通訊電纜；PLC柜電源，室外儀表等。具體方案如下：
1.電源保護器
廠區(qū)控制室、現(xiàn)場PLC柜、進行線端設(shè)計安裝避雷器，配置電源保護器。
2．網(wǎng)絡(luò)通訊保護器
PC機、PLC之間共同構(gòu)成通訊網(wǎng)，根據(jù)防雷原理，在進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)計采用雙絞線信息線路保護器來進行保護。
3．所有避雷器的接地電阻必須小于1Ω，安裝完畢后進行測試，以確保起到防雷作用。
4．每年雷雨季節(jié)前進行檢查，若有損壞請及時調(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等實現(xiàn)了過程集成，是供水企業(yè)的一個關(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：能實時采集水廠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。
△時段供水預(yù)測：對于未來**時間內(nèi)，任意時段的供水量作出預(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)濟的實時調(diào)度方案（即公司的**調(diào)度），對各水廠分配供水量，實時地向各水廠下達(dá)調(diào)度指令。必要時，調(diào)度員可以根據(jù)自己的經(jīng)驗以及某些特殊要求進行調(diào)整。
△日調(diào)度統(tǒng)計：對PLC的實時數(shù)據(jù)和SCADA實時數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，打印出各種報表。
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時數(shù)據(jù)，又能以圖形方式顯示實時數(shù)據(jù)。
△有數(shù)據(jù)報警功能，包括報警提示音等多種形式。
△有分時段用水量預(yù)測功能，時段劃分和用水量預(yù)測值可以根據(jù)用戶需要進行調(diào)整。
△可以對實時短期（分鐘級）用水量進行預(yù)測，并將預(yù)測值與實際值圖示比較，從屏幕上顯示預(yù)測值與實際的變化趨勢。
△能夠?qū)┧窟M行全市優(yōu)化/經(jīng)濟分派，并自動發(fā)出經(jīng)優(yōu)化的供水量指令。
△提供調(diào)度員隨時發(fā)出特調(diào)指令。
△可以印出30多種統(tǒng)計報表。
△有系統(tǒng)配置和參數(shù)設(shè)置功能。
△有系統(tǒng)注冊、維護、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)確率和水費回收率，減少供銷差，是提高供水企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益的重要途徑。
①本系統(tǒng)的主要特點：
△對營銷部分實施**的計算機管理，優(yōu)化了組織機構(gòu)，減輕了員工勞動強度，提高了工作效率。
△采用多種抄表手段。（IC卡水表、抄表機、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。實現(xiàn)用戶水表信息和水表庫存狀況、運行情況管理。制定計劃，實現(xiàn)換表、校表、修表、移表、裝表、拆表管理，確保公司計費的公平，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。實現(xiàn)區(qū)域的自動劃分和調(diào)整，同時使抄表人員自動分派和調(diào)整。制定抄表計劃管理，抄表數(shù)據(jù)錄入，根據(jù)水費預(yù)測和水表的情況進行有效性檢查管理，減少人為的差錯。通過使用多種抄收手段，實現(xiàn)抄表的公平、公正。
△收費管理：包括收費管理和催收管理。進行收費預(yù)測，制定收費計劃，實現(xiàn)多種收費方式，及時對欠費用戶進行催費。通過DDN或PSTN與多家銀行進行聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)用戶水費的代收代扣，加快水費回收，實現(xiàn)收費的公平、公正。
△質(zhì)檢管理：包括制定質(zhì)檢計劃，對質(zhì)檢數(shù)據(jù)、質(zhì)量檢查、質(zhì)檢通知、消防、補加水量進行管理，實現(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、分析各部門及員工對營銷系統(tǒng)的操作和使用情況。
△統(tǒng)計分析：包括抄表統(tǒng)計分析、質(zhì)檢統(tǒng)計分析、收費統(tǒng)計分析等10多種統(tǒng)計分析，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期的用水情況、交費、欠費信息和當(dāng)前水價信息等，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。實現(xiàn)用水量、水費、水價、申請安裝水表等信息的查詢。根據(jù)用戶欠費情況自動拔打用戶電話進行催繳。根據(jù)用戶意見作出合理安排，反映到各部門并把結(jié)果及時反饋給用戶。
△WEB子系統(tǒng)：包括用戶查詢、網(wǎng)上交費、新聞發(fā)布、信息反饋。用戶通過Internet實現(xiàn)用水量、水費、水價等信息的查詢、網(wǎng)上繳納水費。在網(wǎng)上發(fā)布如停水通知、服務(wù)項目，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。
△實用性強，響應(yīng)速度快。
△人機界面友好，簡單易學(xué)，方便快捷。
△系統(tǒng)模塊化設(shè)計，可維性好，便于進行二次開發(fā)。
五、社會效率
使用先進的可編程控制器實現(xiàn)自動控制，可以減少投藥的成本和其它的成本。同時提高了自來水公司的科技含量，推動了企業(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，增強了員工“競爭上崗”和“科技興司”意識，促進了員工綜合素質(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)。
