自来水厂监控系统解决方案———自来水厂监控系统解决方案

　
  一、自来水厂的情况简介
        城市供水调度监控系统的主要目的是解决自来水公司对供水各环节监测点的数据采集和监控。该系统由监控中心和各个水源监测点组成，各个水源监测点的数据采集终端可监视和采集水位、压力、流量、浊度、余氯、泵频等各种数据，供控制中心及有关部门分析和决策取用，提高工作效率，保证供水质量，满足日益增产的用水量的需求。　
      城市供水调度监控系统可以对远程现场的运行设备进行监视和控制，以实现管道压力、水流量的数据传送及阀门开关的自动控制，降低了故障率和提高了对系统的反应时间。便于及时迅速的了解及控制远端管道及阀门，低故障率和检修的时间，减少停水次数。各水源监测点的数据采集终端可自动采集管道压力、水流量的实时数据与开关状态等数据，信息传输到自来水公司的监控中心，监控中心通过对传输回的数据进行分析，可找到出故障的地点，从而当一个远端出现故障时，能在最短的时间内解决问题，恢复供水，提高了整体的服务水平，从而实现了城市供水的信息化、现代化。
  二、可编程控制器在水厂的使用
         可编程控制器(PLC)最初是用来代继电器控制线路完成逻辑功能。近年来，由于世界电子技术突飞猛进的发展，特别是微处理器和数字技术的发展已使可编程控制器的性能和功能有很大的提高。先进的可编程控制器不但能完成复杂的逻辑控制功能，而且也能完成对模拟量的处理，对过程变量可进行PID闭环控制。编程软件、 通信及人机接口的功能也越来越完善，编程软件和用于人机接口的图形化软件都运行在标准的计算机平台上。正因为可编程控制器具有使用灵活、成本低、先进的网络以及可靠性高等特点，所以目前多数自来水公司都将可编程控制器作为数据采集终端来使用，通过丰富的网络资源将现场的情况送给中央控制室，所以它克服了传统控制方法的缺陷，提高了供水质量，降低了供水成本。
  三、自来水厂控制系统的描述
  3、1该控制系统硬件结构及控制原理
         全厂控制系统设两级组成集散控制系统，一级是厂中央控制室(上位管理)，二级是区域控制工作站(现场控制站)。整个系统由一个中央控制室、五个现场控制站组成，中央控制室与现场控制站之间通过网络进行通讯，组成一个PLC 控制网络。系统借助于浙江浙大中自集成控制股份有限公司强大的人机接口软件Sunytech和SunyIEC编程软件，使其获得最佳的控制性能。在中央控制室，通过屏幕汉化的动态画面，可观察全厂的生产过程，并对全厂生产过程进行调度，指挥分站操作运行，打印全厂生产报表，绘制曲线，达到综合管理的目的。
  3．2中央控制室软件的实现
中央控制室提供了三种制水控制方式：自动、半自动和手动。
　　㈠、在相应授权条件下，在中控室可对任何一台可控设备进行控制和人工干预，能对各现场控制站PLC的参数进行设定与修改，或直接对任何一个现场控制站进行编程或修改程序等。
　　㈡、能够根据公司总调度室的一级调度指令，自动形成良好的二级调度指令，控制送水泵的开/停等。
　　㈢、对源水泵房和送水泵房等关键部位建立了远程控制，可以方便地对源水泵房、送水泵房、加矾加氯间、反应沉淀池及全厂范围进行监视。
　　㈣、建立了水厂管理信息系统：
△提供制水数据的查询，能形象、实时、动态地显示各生产过程中的主要技术参数，显示所有设备的运行状态，用趋势图显示某些重要参数的变化情况等。
　　△数据库管理功能：建立了生产数据库，存贮生产原始数据；建立了事故数据库，记录各类错误和事故等。
　　△数据处理功能：利用在线数据和数据库中的数据计算主要生产指标，进行统计分析。
　　△报表输出/打印功能：打印公司、水厂所需要的各类报表。
　　㈤、具有报警功能，当某一参数异常或设备故障时，能提供多种报警方式。
㈥、系统的数据图像传输准确，执行机构控制正常，运行状况良好。
㈦、整个系统安全可靠。
       中控室是全厂的控制管理中心，一方面通过网络采集全厂各设备的运行状态及仪表检测信号，另一方面对全厂各设备进行控制。
中控室上位机软件主要功能包括：
    1、在上位机对全厂任何一台设备进行控制(加氯、加矾部分自成系统，只对其采集必要的数据)，能对区域PLC的参数进行设定和修改。
    2、能形象、实时、动态显示某些重要参数的变化情况。
    3、报警功能：某一参数异常或设备故障，给出声光报警，显示相应的提示信息和画面，并记录在报警数据库中。
    4、数据管理功能：建立生产数据库，存储生产原始数据供统计分析用。
    5、数据处理功能：利用在线数据和数据库中的数据计算主要生产指标。
    6、报表输出／打印功能：能打印出日、月、年、故障、运行计录的中文报表。
  3、3现场控制站的软件实现
        现场控制站的软件用来完成生产工艺的全部任务，该软件组态和开发的好坏直接关系到自动化工程的成败问题。该软件包括顺序逻辑控制、模拟量采集和PID调节控制。采用巨腾公司的ISGRAF工具包开发梯形图控制软件。它主要能完成以下功能：
    1、顺序逻辑控制：包括取水泵站、送水泵站机组及各阀门等设备之间的连动控制等。
    2、模拟量采集：包括高配间及高压电机的电流、电压、功率、电度量的采集，以及浊度、余氯、水流量、压力、PH值、温度等信号的采集。所有这些量经过转换，并在屏幕上的数据域中加以显示或打印报表，从而取消原始的手工抄表计录。
3、PID调节控制：加矾及加氯部分的PID调节控制。软件设计的主要任务是对V型滤池出水调节阀的自动控制。这也是全厂控制软件设计的核心部分。出水调节阀作为控制装置，它受滤池水位的控制，水位通过水位传感器送出的信号至PLC， 这个信号与表示水位保持恒定的参考水位相比较，在判断出水位不稳定方向后(上升或下降)，信号水位与参考水位的偏差超过原设计系统的临界值约±2cm时， 即启动控制单元-出水调节阀，同时出水调节阀输出一个与阀门开启度成正比的4～20mA的反馈信号，通过PLC内的PID指令自动调节滤池水位以达到恒水位。当事先定好的反冲洗时间到或堵塞显示器超过设定堵塞值时，便输出反冲洗信号，反冲洗过程包括气冲及气水同时反冲过程，PLC根据工艺流程要求按一定顺序进行一系列阀门及水泵、风机的开启及停止动作。当冲洗过程结束，滤池重新恢复平静，又一个过滤的循环开始。
  3．4自来水控制的流程
         进水池中的水经过初步沉淀进入加药池。加药系统根据水质、水量配比化学药物，对水进行化学处理。加药系统充分运用了Sunytech软件强大的配方管理能力，根据需要确定加氯、加明矾的药量及比率。
   
   
   
        加药后的水进入沉淀池，经过彻底沉淀后进入过滤池，靠水的重力穿过过滤层除去水中浮游生物。Sunytech上位系统将定时或手动按钮分别启动各个刮泥机出去沉淀池中的泥浆，并定时对过滤层进行反冲洗。

         清水池补加氯及送水泵组监控系统是对清水池水位、补加氯系统及送水站各泵组电机和送水量的监控。Sunytech上位系统可以直接读取流量计的数据，并可以通过现场执行器控制各泵组的启停。
   
   
   
        梯形泵站监控系统是对整个水厂净水处理的总体监控。在这个系统里可以监测到净水处理的总体过程，包括各个抽水机、搅拌机运行情况及各水池的水位情况。
   
   
   
  3、5防雷设计
         防雷系统的接地方式可分为独立接地和统一接地。统一接地将所有的数字地、模拟地、防雷地等都最后一点接至等电位连接排上。独立接地则将各自的数字地和模拟地等接至逻辑与防雷地上，并且相互分开。
简述统一接地系统的防雷设计方法，防雷系统原理图如下：
   
   
       根据防雷示意图A点因雷击而产生大电流时避雷器A1在纳秒级开始泄放，使C点和A点形成等电位，由于避雷器双向导通，几乎在同时避雷器B1导通；最终使得A、B、C三点形成等电位，从而更加安全的保护了设备，防止了反向击穿的可能性。
所以避雷器的作用就是在最短时装时间（纳秒级）释放电路上因雷击而产生的大量脉冲能量短路泄放大地，两端电压迅速降低到安全级，降低设备各接口间的电位差，从而保护电路上用户的设备。过电压消失后，迅速自动恢复为原来的高阻抗状态。
       整个自来水厂需要进行避雷保护的电缆包括计算机和PLC通讯电缆；PLC柜电源，室外仪表等。具体方案如下：
1.电源保护器
厂区控制室、现场PLC柜、进行线端设计安装避雷器，配置电源保护器。
2．网络通讯保护器
      PC机、PLC之间共同构成通讯网，根据防雷原理，在进出不同建筑物的通讯电缆两头安装防雷装置、针对PLC可编程控制器通讯网，设计采用双绞线信息线路保护器来进行保护。
3．所有避雷器的接地电阻必须小于1Ω，安装完毕后进行测试，以确保起到防雷作用。
4．每年雷雨季节前进行检查，若有损坏请及时调换，每种产品建议有能备货，以免因某避雷器损坏而破坏整个防雷系统。
  四、自来水厂的生产调度管理系统（推荐使用）
　　
该系统与生产管理、水厂PLC等实现了过程集成，是供水企业的一个关键性系统。
4、1该系统主要组成如下：
　　△数据采集与监控：能实时采集水厂PLC和管网SCADA系统的有关信息、并从屏幕上加以监视。
　　△时段供水预测：对于未来一天时间内，任意时段的供水量作出预测，供调度系统和调度员调度参考。
　　△供水调度：为公司总调度室提供经济的实时调度方案（即公司的一级调度），对各水厂分配供水量，实时地向各水厂下达调度指令。必要时，调度员可以根据自己的经验以及某些特殊要求进行调整。
　　△日调度统计：对PLC的实时数据和SCADA实时数据进行统计，打印出各种报表。
4、2本系统主要功能如下：
　　△有多种数据监测措施，既能以表格的方式显示实时数据，又能以图形方式显示实时数据。
　　△有数据报警功能，包括报警提示音等多种形式。
　　△有分时段用水量预测功能，时段划分和用水量预测值可以根据用户需要进行调整。
　　△可以对实时短期（分钟级）用水量进行预测，并将预测值与实际值图示比较，从屏幕上显示预测值与实际的变化趋势。
　　△能够对供水量进行全市优化/经济分派，并自动发出经优化的供水量指令。
　　△提供调度员随时发出特调指令。
　　△可以印出30多种统计报表。
　　△有系统配置和参数设置功能。
　　△有系统注册、维护、日志等功能。
　　△用户界面友好，采用通用的菜单、按钮、图形操作界面，直观方便简单。
4、3营销管理系统
　　实现营销管理现代化，治理好水表环境，提高水表抄收服务质量，确保抄表准确率和水费回收率，减少供销差，是提高供水企业经济效益和社会效益的重要途径。
　　①本系统的主要特点：
　　△对营销部分实施全面的计算机管理，优化了组织机构，减轻了员工劳动强度，提高了工作效率。
　　△采用多种抄表手段。（IC卡水表、抄表机、远程抄表）。
　　△建立了分布式网络支撑工作平台，支持虚拟网络。提供了多种不同环境的营销管理系统版本，包括单机版，网络版。
　　△是供水企业信息化建设整体解决方案的一部分，解决了与其他分（子）系统的集成优化。
　　△建立了客户管理系统，以客户为中心，提供多种为客户服务的手段。
　　②本系统的主要功能：
　　△用户管理：包括用户档案管理和日常管理两部分。实现用户的立户、过户、改户、销户的管理和用户的查询、投诉、业务受理，水费的催收、信息发布等。
　　△水表管理：包括水表信息管理和换表管理及校表、修表、移表管理等。实现用户水表信息和水表库存状况、运行情况管理。制定计划，实现换表、校表、修表、移表、装表、拆表管理，确保公司计费的公平，公正。
　　△抄表管理：包括区域划分与调整多种抄收手段的管理。实现区域的自动划分和调整，同时使抄表人员自动分派和调整。制定抄表计划管理，抄表数据录入，根据水费预测和水表的情况进行有效性检查管理，减少人为的差错。通过使用多种抄收手段，实现抄表的公平、公正。
　　△收费管理：包括收费管理和催收管理。进行收费预测，制定收费计划，实现多种收费方式，及时对欠费用户进行催费。通过DDN或PSTN与多家银行进行联网，实现用户水费的代收代扣，加快水费回收，实现收费的公平、公正。
　　△质检管理：包括制定质检计划，对质检数据、质量检查、质检通知、消防、补加水量进行管理，实现抄表的质量，抄表人员，质检人员考核。
　　△系统管理：包括职员、部门、权限的分配、操作日志等基本信息。通过日志管理来登记、统计、分析各部门及员工对营销系统的操作和使用情况。
　　△统计分析：包括抄表统计分析、质检统计分析、收费统计分析等10多种统计分析，以及调整减免管理。
　　△触摸屏查询子系统：为用户提供历史各时期的用水情况、交费、欠费信息和当前水价信息等，清楚办理相关业务的流程和手续，让用户更了解自来水公司的历史，现状，企业机构，规章制度等。
　　△电话语音子系统：包括用户查询，催缴管理，用户投诉。实现用水量、水费、水价、申请安装水表等信息的查询。根据用户欠费情况自动拔打用户电话进行催缴。根据用户意见作出合理安排，反映到各部门并把结果及时反馈给用户。
　　△WEB子系统：包括用户查询、网上交费、新闻发布、信息反馈。用户通过Internet实现用水量、水费、水价等信息的查询、网上缴纳水费。在网上发布如停水通知、服务项目，在网上受理用户投诉，反映意见等。
　　③本系统主要性能如下：
　　△安全性好，可靠性高：包括信息安全性和系统安全性。通过对用户帐号和授权管理。建立防火墙防止非法侵入，通过数据加密、数字签名、访问控制等确保系统的安全可靠性。
　　△数据共享，确保与其它分系统信息的有效集成。
　　△实用性强，响应速度快。
　　△人机界面友好，简单易学，方便快捷。
　　△系统模块化设计，可维性好，便于进行二次开发。
  五、社会效率
   
   使用先进的可编程控制器实现自动控制，可以减少投药的成本和其它的成本。同时提高了自来水公司的科技含量，推动了企业的发展，提高了公司的竞争力，促使员工对岗位职责的新要求，增强了员工“竞争上岗”和“科技兴司”意识，促进了员工综合素质的提高。最后能确保优质、足量、安全供水，更好地为用户提供优质服务。