监控系统在水厂自动化项目的应用

一．引言 随着计算机技术和网络技术的发展和我国信息化程度的加深，以计算机技术为核心的用于工业生产过程控制的产品和多种基于Windows环境的采用组态方式生成的工业控制软件平台日趋完善，并被广泛的用于水厂的自动化监控系统中。这次自动化水厂的投运，大大的提高了水厂的工作效率，降低了员工的劳动强度，本文以柳西水厂加压泵站自动化监控系统项目为例，为水厂加压泵站自动化提供案例，并为以后水厂自动化系统提供发展方向。 柳西水厂加压泵站是由柳洲市自来水公司为实现柳州郊区用水，而立的一个自来水改造项目，该项目总投资500万元，日处水量8万吨。整个水厂加压泵站工艺流程图如下：

    图1：加压泵站工艺流程图

根据用户要求和加压泵站自身的特点，设计方案体现以下原则： 。加压泵站的所有测量、控制、监视、报警和打印均由该计算机监控系统来实现； 。该系统为工业级管理系统，系统的运行稳定、可靠； 。软件以Windows 2000作为操作系统，以Wonderware公司的Intouch7.0作为开发平台； 。为保证水厂测量数据的准确性，所有水分析仪表采用瑞士E H公司的仪表设备； 。该系统具有一般微机远程监控系统的所有性能指标，抗干扰能力强、测控容量大、实时性强、控制精度高、安全性好、可利用率大于99.95%、便于维护和扩容。 二． 计算机监控系统网络结构： 柳西水厂计算机监控系统包括两部分，一部分为水系统的监控，包括加氯控制系统和泵、阀控制系统；另一部分为供电系统的监控，包括电气参数和开关状态的显示以及开关分合闸的控制。监控系统网络结构如下图所示：

 图2：计算机监控系统网络结构图

加氯控制系统 加氯系统采用两路气源，真空自动切换；两台真空加氯机，一用一备，共用一台水射器，水射器由增压泵驱动，设两台增压泵，一用一备。 泵站设一台流量计及两台余氯分析仪，余氯分析仪采样点分别为投加前，投加后，用于确定投加氯的量。加氯间设一套西门子S7-200系列PLC系统，带PROFIBUS-DP接口，可同监控管理机交换数据；现场还设立一台触摸屏供现场监视和操作加氯系统所用。 加氯方式采用真空投加。系统设备以德国ALLDOS公司设备为主，其投加过程为：

加氯系统有两部分组成： a. 氯气气源系统 气源系统的主要管路设备有：氯瓶组，歧管组，过滤器，真空调节器，氯气切换器，电接点压力表，漏氯报警器，漏氯探头等。该系统采用两组氯气歧管，每组歧管接2个氯瓶，每组气源配备一套过滤器，真空调节器，电接点压力表。由自动切换装置根据气源压力自动切换，连续投加，不间断供氯，提供供气能力为每小时2kg/h. 气源切换由切换控制器（U189-010）自动完成，无须PLC系统参与。系统设置两个漏氯探头，安装在氯库内，漏氯浓度4~20mA信号输入至PLC系统，当室内漏氯浓度超过3PPM时，由PLC控制系统输出信号控制氯吸收装置启动，漏氯通过氯吸收沟被抽入氯吸收装置；当漏氯浓度超过5PPM时PLC输出声，光危险报警，同时在中央控制时，弹出报警窗口，及时提示工作人员系统发生故障。 b. 加氯主机及投加系统 加氯主机及投加系统的主要设备有：加氯机，水射器，切换器，切换阀，加压泵等。加氯主机选用两台以德国ALLDOS真空加氯机，每台投加量2kg/h。水射器采用ALLDOS公司的545-13，投加量为2kg/h。两台加氯机一用一备，共用一台水射器，通过电动球阀及加氯机的开关控制加氯机使用切换。加氯机投加点设在泵站出口水管上。加氯机投加采用自动控制，通过在现场触摸屏或远程上位机画面上设置余氯控制指示，PID控制参数，投加后余氯值作为被控过程值，输入PLC系统，自动时经PID运算由PLC系统输出4~20mA信号，控制加氯机开度，保持余氯值稳定，也可在触摸屏或上位机上切换到手动，手动给定加氯量。两台加氯机的选择可以通过中央控制室远程进行控制，也可通过在现场加氯间的触摸屏上进行选择，当从一台加氯机切换到另外一台时，停用的加氯机开度控制信号为4mA,伺服马达关，同时加氯机出口电动球阀关闭；投用的加氯机及其出口电动球阀自动打开。 水射器增压泵一用一备，可通过中央控制室远程控制其开关，也可通过现场加氯间的触摸屏来控制。 1． 2、泵、阀控制系统： 通过该控制系统实现全厂其它量的采集和控制。如4~20mA信号的采集、开关位置信号的采集、以及控制水泵的启停、电动阀的开闭。水泵的启停可通过在上位机上预先设定后自动运行，也可通过现场控制柜手动完成。由于管网压力较高，为防止水锤对水泵的冲击，在每台加压泵的出水口处安装电动碟阀，由PLC按照先开泵后开阀、先关阀后关泵的模式进行控制，有效地防止了水锤的危害；另外只有当水泵前后压力满足一定的条件时，才可以启动水泵；由泵的累计运行的总时间来决定启动哪一台水泵，累计运行时间少的泵启动工作；该控制系统控制的主要设备有：一台功率为37kw的1号水泵电机，两台功率为55kw的2号和3号水泵电机，一台功率为132kw的4号水泵电机，V1~V4为电动碟阀，V5~V12为手动碟阀，正常运行时V5~V12为打开状态，V13为关闭状态。加压泵房控制系统图如下所示：

图3：加压泵房控制系统图

水泵的启动方式为软启动，软启动器选用西门子公司的3RW系列产品，保证了水泵的可靠运行。另外通过该PLC控制系统可实现进水管比例阀的控制，根据需要通过上位机输入比例控制阀的开度，通过PLC模拟量输出端输出4~20mA的电流信号进行比例阀的开度的控制，来调节进水管流量的大小。 该控制子系统选用的可编程控制器为西门子公司的S7-300型，具有模块化的结构设计，组装灵活，维护方便，功能完善，体积小，功能强大，最大存储量为512KB的主存储器，最多可处理82K语句，并提供最大8192个标记，512个定时器和512个计数器，最多可扩展1024个DI/DO或128个AI/AO，为以后系统的扩展提供空间。另外该控制器自带PROFIBUS DP接口，易于实现与上位机控制系统构成基于PROFIBUS网的集散式控制系统； 1.3 供电系统 柳州市加压泵站自有一套变配电系统，共有8面高压开关柜、12面电压开关柜来保证整个加压泵站的用电。整个计算机监控系统不仅实现水系统方面的监控，同时对整个泵站的供电系统实施监控；供电系统一次供电设备有：两条10KV的进线，两台容量为1000kw的10/0.4 kv的变压器，以及0.4kv的低压配电设备。该供电系统可自动调节系统的功率因数，是系统的功率因数始终处于一个较好的状态；一套直流供电源为开关的操作提供电源。供电系统系统监控的主要信息量有：电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电度、无功电度、系统频率等遥测量信号，以及10kv进线负荷开关装置、0.4kv进线断路器状态、以及一些报警信号；同时通过上位机可实现远程控制开关的分合；所有电气量的采集由装在现场开关柜上的综合电力智能表采集（CH2000），通过MODBUS协议实现与上位机通讯；所有开关量通过PLC实现监视和控制功能； 三．硬件设备 根据以前的经验和通过对其它水厂的调查发现，虽然水厂自动化可提高工作效率，降低运行成本以及减轻工作人员的劳动强度，但同时由于水厂自动化而引起了其它方面的原因，由于在水厂自动化项目中选用的仪表多为国外进口仪表，所以一次投资较大；并且从实际运行的效果看，这些进口仪表维护起来困难，经常需要维护甚至需要更换设备，水厂的维护费用较大。所以经过多方面比较，本加压泵站选用瑞士ENDRESS HAUSER公司的水质分析仪表，有余氯变送器、浊度变送器、PH变送器以及液位计；通过在使用E H公司的水分析仪表的过程中，发现其具有以下特性：安装与使用方面，设备的标定过程简单易学，所有仪表采用流通式安装支架，传感器通过外螺纹与支架连为一体，当需要清洗传感器探头时，拆卸方面，清洗完后很容易安装。传感器与变送器之间采用专门的电缆连接，保证了测量数据的准确性，通过设置变送器，很容易实现水分析仪表的标定；经过变送器转换，将由传感器传送过来的弱电信号变为4~20mA的电流信号上送至PLC数据采集模块； 加氯系统以选用德国ALLDOS公司设备为主；为了保证系统运行的可靠性，用于数据控制和采集的PLC选用西门子公司的S7-200作为加氯系统的智能数据采集和控制单元，选用西门子公司的S7-300作为全厂数据采集和控制单元。并为每套子系统配备西门子公司生产的型号为TP的触摸屏用于现场实时监视；    上位机选用深圳研祥公司生产的工业控制机。 四．系统功能 柳西水厂加压泵站计算机监控系统可实现的功能有： 1． 数据的实时监测和处理功能。系统能把各检测参数在相应画面和报表中显示出来，并根据需要对数据进行诸如最大值、最小值、平均值、累加值、定时值等的计算处理，并分类进行存储，接受各种形式的查询； 2． 图形处理功能。能根据数据库绘制实时曲线图和历史趋势曲线图； 3． 远动功能。在中央控制室就可控制现场设备的分合。 4． 自动报表生成功能。能根据需要按不同的时间周期自动生成各种报表； 5． 历史档案数据存储功能。通过数据库连接技术，将每天加压泵站运行的数据倒人数据库进行存储； 6． 自动超限报警以及运行设备故障报警功能。系统能根据预设的报警限值，在实测值超限发出报警提示，以便及时采取措施；报警方式有：画面报警，语音报警； 7． 事件记录功能。将水厂每天发生的事件保存在数据库中，并可随时查看和打印每天所发生的事件； 8． 自动打印功能。各种查询信息、图形曲线、