市政水處理監(jiān)控

一、城市供水綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)一般包括供水總公司，水廠監(jiān)控站，水源井監(jiān)控站，水網(wǎng)加壓站等。

        自來水的生產(chǎn)過程通常是由地表水或者水源井取水送到水廠，在水廠經(jīng)過消毒、沉淀、過濾等過程后送入城市供水管網(wǎng)，提供給城市居民或者工業(yè)用戶等使用。自來水生產(chǎn)流程如下圖所示：

        市第二水廠設計總規(guī)模為日供水100萬m3, 擔負城市以南大部分鎮(zhèn)區(qū)生產(chǎn)和生活用水的供應，首期工程為日供水25萬m3，于1997年4月建成投產(chǎn)，二期25萬m3/d工程即將建成，自控項目主要對一期自控工程進行改造和二期自控工程建設，并為后續(xù)擴建預留接口。

        凈水廠生產(chǎn)流程：

        ■  取水 通過多臺大型離心泵將江河地表水抽入凈水廠。

        ■  投藥 按一定的工藝要求投入混凝劑及氯氣，達到混凝和消毒。

        ■  絮凝 地表水投入混凝劑后的反應，并排出反應后沉淀的污泥。

        ■  平流沉淀 與混凝劑反應后的水低速流過平流沉淀池，以便懸浮顆粒沉淀，并排出沉淀的污泥。

        ■  過濾 沉淀水通過顆粒介質(zhì)（石英砂）以去除其中懸浮雜質(zhì)使水澄清，并定時反沖洗石英砂。

        ■  送水 通過多臺大型離心泵將自來水以一定的壓力和流量送入城市管網(wǎng)。

二、市政供水監(jiān)控普遍問題

         目前，許多城市的供水系統(tǒng)是以地下水為主要水源、多水廠處理的環(huán)狀管網(wǎng)的供水系統(tǒng)，并且存在多個獨立供水板塊，系統(tǒng)分布區(qū)域范圍大，供水公司的全局性管理和實時監(jiān)控相對困難。大部分城市已經(jīng)建立的供水監(jiān)控系統(tǒng)主要存在以下幾個問題：

        (1)供水管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定、通訊方式落后、系統(tǒng)相對封閉、沒有建立有效的企業(yè)信息共享系統(tǒng)。大多數(shù)水廠的供水SCADA系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的相對獨立的C／S模式，遠程站點采用電臺傳遞供水管網(wǎng)的相關數(shù)據(jù)和指令，不利于供水公司的集中管理和優(yōu)化調(diào)度以及水廠之間的信息共享。

        (2)部分二級水廠的自來水生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的自動化程度較低，水處理系統(tǒng)的可靠性較差，外輸供水采用落后的人工控制方式，浪費了大量的人力和物力，而且導致管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定，供水公司無法及時瀏覽水廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

        (3)部分水廠的供水監(jiān)控系統(tǒng)的冗余性不高，操作模式過于單一，經(jīng)常由于一臺設備的故障，而導致整個水廠供水監(jiān)控系統(tǒng)的癱瘓，造成嚴重的經(jīng)濟損失。

        (4)系統(tǒng)依靠調(diào)度人員人工發(fā)出指令來實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度，浪費大量的人力物力，調(diào)度人員則完全依靠個人經(jīng)驗進行調(diào)度。因此，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，調(diào)度人員很難及時發(fā)現(xiàn)和處理。

三、建立污染源綜合監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

        系統(tǒng)采用生產(chǎn)管理監(jiān)控級﹑現(xiàn)場控制級和就地控制級三層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

         生產(chǎn)管理監(jiān)控級用于監(jiān)控全廠的整個生產(chǎn)過程，采用了力控的分布式和B/S結(jié)構(gòu)。服務器采用力控分布式系統(tǒng)，通過光纖環(huán)網(wǎng)完成對自來水處理廠各工藝流程段的集中管理，可進行系統(tǒng)功能組態(tài)，監(jiān)控報警，連鎖控制，參數(shù)修改設置，報表生成，曲線查詢等功能?；谙到y(tǒng)需求，又增設一級客戶端，可在廠長室或操作員站對服務器進行訪問。

        現(xiàn)場控制級分若干個PLC子站，分別對廠內(nèi)設備及監(jiān)控點進行控制﹑監(jiān)測，采集信號并將有關污水處理廠的運行情況上傳至生產(chǎn)管理監(jiān)控級。

        就地控制級為現(xiàn)場控制箱，可實現(xiàn)設備的就地控制。

         系統(tǒng)主要功能

         ◆在線監(jiān)測及數(shù)據(jù)采集顯示功能

         ◆遠程自動控制和網(wǎng)絡通訊功能

         ◆檢測數(shù)據(jù)分析﹑管理功能

         ◆系統(tǒng)監(jiān)測及故障報警功能

四、水處理監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

        由于自來水生產(chǎn)工藝主要具有以下特點：

        ■ 各生產(chǎn)工藝段相對獨立，單體設備多；

        ■ 采集的數(shù)據(jù)量大且種類多，但上下游相關聯(lián)的生產(chǎn)參數(shù)少；

        ■自來水生產(chǎn)具有連續(xù)性、不可替代性和不間斷性；

        ■各工藝段距離遠，設備分散，組網(wǎng)相對復雜。

        根據(jù)以上特點，本系統(tǒng)選用OMRON的中小型PLC對各工藝段或設備分散控制，通過OMRON Protocol和Controller Link組成網(wǎng)絡，各工藝段控制室和中控室設置上位機，構(gòu)建人機界面進行生產(chǎn)管理和對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行后續(xù)處理。

        監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置為：上位機選用高可靠性的微型計算機，擴展了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和上位機通過Controller Link線纜通信單元CLK21和操作站上擴展的通信單元3G8F7-CLK21-E組成Omron Controller Link網(wǎng)絡，小型PLC通過OMRON Protocol與相關功能間的中型PLC相聯(lián)。OMRON公司的Controller Link網(wǎng)絡是OMRON主要的FA（工廠自動化）級別的網(wǎng)絡，是一種使用令牌總線通信的網(wǎng)絡，網(wǎng)絡中的每個節(jié)點都可作為主站進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

        通過設置數(shù)據(jù)鏈接，節(jié)點間可以自動交換預置區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)。該網(wǎng)絡中控制通信的節(jié)點稱為發(fā)牌單元，它控制令牌，檢查網(wǎng)絡和執(zhí)行相關的任務。這種總線型拓撲結(jié)構(gòu)具有最大的靈活性，易于擴充和維護，滿足了系統(tǒng)可擴展性要求。由于采用了分布式控制技術(shù)，可確保Controller Link網(wǎng)絡不會因某個站點故障而崩潰，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本系統(tǒng)中采用屏蔽雙絞線作為Controller Link網(wǎng)絡的通信介質(zhì)，整個網(wǎng)絡由網(wǎng)橋分成兩段，主要是為了滿足其對通訊距離的要求，同時可適應以后擴展的需要。由于各節(jié)點距離較大，傳輸速率設為500kbps，可滿足系統(tǒng)實時性要求。本控制方案全部選用中小型PLC，對主要的生產(chǎn)設備分散控制，同時利用網(wǎng)絡將它們緊密聯(lián)結(jié)，實現(xiàn)集中管理，降低了故障風險，提高了可靠性，是一種經(jīng)濟可行的方案。

        在取水及送水工藝段上，主要設備都為多臺大型離心水泵和10kV高壓直流電機，因此每一高壓配電柜選用一臺Sepam2000 （施耐德生產(chǎn)，專用于配電柜控制的小型PLC） 進行數(shù)據(jù)采集和控制，通過RS485接口連成網(wǎng)絡，由控制室的OMRON C200HG中型 PLC利用OMRON Protocol協(xié)議與它們通訊，對其讀寫數(shù)據(jù)和進行統(tǒng)一調(diào)度，這樣可以節(jié)省大量的數(shù)據(jù)采集電纜，而且當某臺PLC發(fā)生故障時可以方便斷開而不影響其他設備的正常生產(chǎn)。對于沉淀池排泥車的控制，由于排泥車在長達近百米的沉淀池上前后移動，因此其控制所用小型PLC利用電臺與控制室間的C200HG通過RS232接口進行1：N通訊，電臺型號為MDS-SCADA-24810，為直接數(shù)字調(diào)制解調(diào)電臺，工作頻率范圍在2.4G～2.4835GHz，支持標準的異步通訊協(xié)議，工作穩(wěn)定可靠，協(xié)議同樣采用OMRON Protocol，軟件用OMRON-CX-Protocol編制。二期濾池選用多個小型PLC（OMRON CQM1H）分散控制，可以較好地解決因控制設備故障而造成全部濾池停產(chǎn)的問題。

程序結(jié)構(gòu)

        本系統(tǒng)全部設備的控制都由PLC來完成，PLC程序利用OMRON-CX-Programmer軟件編制。在各工藝段及單體設備其控制程序亦相對獨立，部分相同的工藝采用子程序模式，因此程序結(jié)構(gòu)比較簡單，調(diào)試和維修方便。

人機界面

        該系統(tǒng)人機界面以組態(tài)軟件QTOUCH3.0為平臺開發(fā)，由若干個畫面組成：總畫面（水廠水處理工藝）、各系統(tǒng)工藝圖、報警窗口等。為增加畫面的可讀性和可觀賞性，主要畫面均采用立體圖形式（用3ds、flash等軟件繪制），在畫面的相關位置顯示該設備的所有主要運行參數(shù)。設備的控制通過點擊該設備進入，shift+鼠標左鍵可打開該設備的幫助文件，包括設備檔案、運行規(guī)程等。QTOUCH與OMRON PLC的通訊由OMRON的FinsGateway和Intellution 的驅(qū)動程序OMF或OMR完成，這是整個系統(tǒng)正常運行的關鍵。

        ■ 總畫面：表現(xiàn)的是整個水廠的水處理工藝（立體圖形式），從取水、投藥、投氯、絮凝沉淀、過濾到供水。在相關位置顯示水處理的各主要控制參數(shù)以及重要設備的主要控制參數(shù)，可以點擊進入各分站。

        ■ 各系統(tǒng)工藝圖：主要有取水工藝圖、投礬工藝圖、投氯工藝圖、絮凝池、排泥車、濾池、送水工藝圖、高低壓配電圖等。除配電圖外，均采用立體圖形式，畫面直觀醒目，而且能夠表達比平面圖更豐富的信息。

        ■ 報警窗口：所有報警顯示的同時，喇叭會一直響到確認為至。也可以按需要分類顯示。

        ■ 設備控制參數(shù)設定：參數(shù)設定時會檢查輸入?yún)?shù)是否正確（錯誤參數(shù)不能輸入）、參數(shù)有無正確下載至PLC，如果出錯會報告操作人員。

        ■ 生產(chǎn)報表：分生產(chǎn)情況（設備運行參數(shù)）、生產(chǎn)統(tǒng)計兩種報表。老系統(tǒng)沒有生產(chǎn)情況報表，生產(chǎn)統(tǒng)計報表也不能正確生成。針對這種情況，我們?nèi)嫘薷牧薖LC程序，并且為節(jié)省存儲空間和查詢方便起見，將平時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)都存放在歷史數(shù)據(jù)庫里，在需要時可即時生成報表。

        ■ 歷史曲線：可查詢?nèi)珡S所有主要運行參數(shù)的歷史情況。為便于設備運行情況分析，可以在同一畫面下同時顯示設備的歷史運行情況與當前的運行情況以作對比。

        ■ 為防止設備控制出錯，所有設備分別有中控（中控室上位機控制）、現(xiàn)控（現(xiàn)場車間上位機控制）、自動、就地（設備不受PLC控制）4種控制方式，可以隨需要隨時轉(zhuǎn)換。

        ■ 全廠的所有工作站都可看到全廠的運行情況。