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市政水处理监控

市政水处理监控

一、城市供水综合自动化监控系统一般包括供水总公司,水厂监控站,水源井监控站,水网加压站等。

        自来水的生产过程通常是由地表水或者水源井取水送到水厂,在水厂经过消毒、沉淀、过滤等过程后送入城市供水管网,提供给城市居民或者工业用户等使用。自来水生产流程如下图所示:

        市第二水厂设计总规模为日供水100万m3, 担负城市以南大部分镇区生产和生活用水的供应,首期工程为日供水25万m3,于1997年4月建成投产,二期25万m3/d工程即将建成,自控项目主要对一期自控工程进行改造和二期自控工程建设,并为后续扩建预留接口。

        净水厂生产流程:

        ■  取水 通过多台大型离心泵将江河地表水抽入净水厂。

        ■  投药 按一定的工艺要求投入混凝剂及氯气,达到混凝和消毒。

        ■  絮凝 地表水投入混凝剂后的反应,并排出反应后沉淀的污泥。

        ■  平流沉淀 与混凝剂反应后的水低速流过平流沉淀池,以便悬浮颗粒沉淀,并排出沉淀的污泥。

        ■  过滤 沉淀水通过颗粒介质(石英砂)以去除其中悬浮杂质使水澄清,并定时反冲洗石英砂。

        ■  送水 通过多台大型离心泵将自来水以一定的压力和流量送入城市管网。

二、市政供水监控普遍问题

         目前,许多城市的供水系统是以地下水为主要水源、多水厂处理的环状管网的供水系统,并且存在多个独立供水板块,系统分布区域范围大,供水公司的全局性管理和实时监控相对困难。大部分城市已经建立的供水监控系统主要存在以下几个问题:

        (1)供水管网压力不稳定、通讯方式落后、系统相对封闭、没有建立有效的企业信息共享系统。大多数水厂的供水SCADA系统采用传统的相对独立的C/S模式,远程站点采用电台传递供水管网的相关数据和指令,不利于供水公司的集中管理和优化调度以及水厂之间的信息共享。

        (2)部分二级水厂的自来水生产监控系统的自动化程度较低,水处理系统的可靠性较差,外输供水采用落后的人工控制方式,浪费了大量的人力和物力,而且导致管网压力不稳定,供水公司无法及时浏览水厂的生产数据。

        (3)部分水厂的供水监控系统的冗余性不高,操作模式过于单一,经常由于一台设备的故障,而导致整个水厂供水监控系统的瘫痪,造成严重的经济损失。

        (4)系统依靠调度人员人工发出指令来实现优化调度,浪费大量的人力物力,调度人员则完全依靠个人经验进行调度。因此,当系统出现故障时,调度人员很难及时发现和处理。

三、建立污染源综合监测监控系统的体系结构

        系统采用生产管理监控级﹑现场控制级和就地控制级三层网络结构。

         生产管理监控级用于监控全厂的整个生产过程,采用了力控的分布式和B/S结构。服务器采用力控分布式系统,通过光纤环网完成对自来水处理厂各工艺流程段的集中管理,可进行系统功能组态,监控报警,连锁控制,参数修改设置,报表生成,曲线查询等功能。基于系统需求,又增设一级客户端,可在厂长室或操作员站对服务器进行访问。

        现场控制级分若干个PLC子站,分别对厂内设备及监控点进行控制﹑监测,采集信号并将有关污水处理厂的运行情况上传至生产管理监控级。

        就地控制级为现场控制箱,可实现设备的就地控制。

         系统主要功能

         ◆在线监测及数据采集显示功能

         ◆远程自动控制和网络通讯功能

         ◆检测数据分析﹑管理功能

         ◆系统监测及故障报警功能

四、水处理监测监控系统解决方案

        由于自来水生产工艺主要具有以下特点:

        ■ 各生产工艺段相对独立,单体设备多;

        ■ 采集的数据量大且种类多,但上下游相关联的生产参数少;

        ■自来水生产具有连续性、不可替代性和不间断性;

        ■各工艺段距离远,设备分散,组网相对复杂。

        根据以上特点,本系统选用OMRON的中小型PLC对各工艺段或设备分散控制,通过OMRON Protocol和Controller Link组成网络,各工艺段控制室和中控室设置上位机,构建人机界面进行生产管理和对生产数据进行后续处理。

        监控系统的硬件配置为:上位机选用高可靠性的微型计算机,扩展了Controller Link 支持卡3G8F7 CLK211-E, 配置有8套中型PLC OMRON C200HG,1套OMRON CS1H,8套小型PLC OMRON CQM1,8套CPM2A ,全部中型PLC和上位机通过Controller Link线缆通信单元CLK21和操作站上扩展的通信单元3G8F7-CLK21-E组成Omron Controller Link网络,小型PLC通过OMRON Protocol与相关功能间的中型PLC相联。OMRON公司的Controller Link网络是OMRON主要的FA(工厂自动化)级别的网络,是一种使用令牌总线通信的网络,网络中的每个节点都可作为主站进行数据的发送和接收。

        通过设置数据链接,节点间可以自动交换预置区域内数据。该网络中控制通信的节点称为发牌单元,它控制令牌,检查网络和执行相关的任务。这种总线型拓扑结构具有最大的灵活性,易于扩充和维护,满足了系统可扩展性要求。由于采用了分布式控制技术,可确保Controller Link网络不会因某个站点故障而崩溃,提高了系统的稳定性。本系统中采用屏蔽双绞线作为Controller Link网络的通信介质,整个网络由网桥分成两段,主要是为了满足其对通讯距离的要求,同时可适应以后扩展的需要。由于各节点距离较大,传输速率设为500kbps,可满足系统实时性要求。本控制方案全部选用中小型PLC,对主要的生产设备分散控制,同时利用网络将它们紧密联结,实现集中管理,降低了故障风险,提高了可靠性,是一种经济可行的方案。

        在取水及送水工艺段上,主要设备都为多台大型离心水泵和10kV高压直流电机,因此每一高压配电柜选用一台Sepam2000 (施耐德生产,专用于配电柜控制的小型PLC) 进行数据采集和控制,通过RS485接口连成网络,由控制室的OMRON C200HG中型 PLC利用OMRON Protocol协议与它们通讯,对其读写数据和进行统一调度,这样可以节省大量的数据采集电缆,而且当某台PLC发生故障时可以方便断开而不影响其他设备的正常生产。对于沉淀池排泥车的控制,由于排泥车在长达近百米的沉淀池上前后移动,因此其控制所用小型PLC利用电台与控制室间的C200HG通过RS232接口进行1:N通讯,电台型号为MDS-SCADA-24810,为直接数字调制解调电台,工作频率范围在2.4G~2.4835GHz,支持标准的异步通讯协议,工作稳定可靠,协议同样采用OMRON Protocol,软件用OMRON-CX-Protocol编制。二期滤池选用多个小型PLC(OMRON CQM1H)分散控制,可以较好地解决因控制设备故障而造成全部滤池停产的问题。

程序结构

        本系统全部设备的控制都由PLC来完成,PLC程序利用OMRON-CX-Programmer软件编制。在各工艺段及单体设备其控制程序亦相对独立,部分相同的工艺采用子程序模式,因此程序结构比较简单,调试和维修方便。

人机界面

        该系统人机界面以组态软件QTOUCH3.0为平台开发,由若干个画面组成:总画面(水厂水处理工艺)、各系统工艺图、报警窗口等。为增加画面的可读性和可观赏性,主要画面均采用立体图形式(用3ds、flash等软件绘制),在画面的相关位置显示该设备的所有主要运行参数。设备的控制通过点击该设备进入,shift+鼠标左键可打开该设备的帮助文件,包括设备档案、运行规程等。QTOUCH与OMRON PLC的通讯由OMRON的FinsGateway和Intellution 的驱动程序OMF或OMR完成,这是整个系统正常运行的关键。

        ■ 总画面:表现的是整个水厂的水处理工艺(立体图形式),从取水、投药、投氯、絮凝沉淀、过滤到供水。在相关位置显示水处理的各主要控制参数以及重要设备的主要控制参数,可以点击进入各分站。

        ■ 各系统工艺图:主要有取水工艺图、投矾工艺图、投氯工艺图、絮凝池、排泥车、滤池、送水工艺图、高低压配电图等。除配电图外,均采用立体图形式,画面直观醒目,而且能够表达比平面图更丰富的信息。

        ■ 报警窗口:所有报警显示的同时,喇叭会一直响到确认为至。也可以按需要分类显示。

        ■ 设备控制参数设定:参数设定时会检查输入参数是否正确(错误参数不能输入)、参数有无正确下载至PLC,如果出错会报告操作人员。

        ■ 生产报表:分生产情况(设备运行参数)、生产统计两种报表。老系统没有生产情况报表,生产统计报表也不能正确生成。针对这种情况,我们全面修改了PLC程序,并且为节省存储空间和查询方便起见,将平时的生产数据都存放在历史数据库里,在需要时可即时生成报表。

        ■ 历史曲线:可查询全厂所有主要运行参数的历史情况。为便于设备运行情况分析,可以在同一画面下同时显示设备的历史运行情况与当前的运行情况以作对比。

        ■ 为防止设备控制出错,所有设备分别有中控(中控室上位机控制)、现控(现场车间上位机控制)、自动、就地(设备不受PLC控制)4种控制方式,可以随需要随时转换。

        ■ 全厂的所有工作站都可看到全厂的运行情况。

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