水廠自動化控制系統(tǒng)
1、 概述
自來水廠凈水生產(chǎn)自動化的概念就是采用各種在線式水質分析儀表，對凈水處理生產(chǎn)流程中的各項工藝技術指標進行連續(xù)檢測，并以直觀的形式將這些指標實時反饋給自動化控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)便可根據(jù)在線檢測的結果對生產(chǎn)工藝設備進行及時調整，從而使制水生產(chǎn)的可靠性和穩(wěn)定性得到充分的保障。
自動化控制對于流水化作業(yè)的凈水生產(chǎn)工藝來說具有以下優(yōu)點：
減輕工人的勞動強度；
提高制水生產(chǎn)的可靠性和穩(wěn)定性；
降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)管理水平；
減少質量事故。
2、 設計目標
通過自動化控制系統(tǒng)的建設，凈水廠的生產(chǎn)和管理要達到以下目標：
Ø 水質指標在線監(jiān)測
通過各種在線式水質分析儀器對凈水生產(chǎn)過程中的各種水質指標進行連續(xù)檢測，使生產(chǎn)水質實現(xiàn)全過程監(jiān)控。
Ø 凈水生產(chǎn)自動化控制
通過控制系統(tǒng)對凈水生產(chǎn)過程中加氯、加藥、濾池清洗等工藝環(huán)節(jié)進行自動控制，進一步減輕工人的勞動強度，實現(xiàn)水廠生產(chǎn)全過程的自動化控制。
Ø 水廠運行實現(xiàn)計算機管理
通過計算機系統(tǒng)對生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控，實現(xiàn)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、事故記錄、歷史數(shù)據(jù)查詢、報表統(tǒng)計打印等管理功能，進一步健全和完善水廠的生產(chǎn)管理模式。
總之，凈水廠自動化控制系統(tǒng)的建設需要依靠先進的技術手段，提高水廠生產(chǎn)的自動化水平和管理水平，達到有效降低能耗，控制生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強度的建設目標。
3 設計范圍
本方案中包含水廠以下項目的設計：
1、自動化控制系統(tǒng)
2、在線檢測儀表系統(tǒng)
3、加氯消毒系統(tǒng)
4、加藥系統(tǒng)
5、濾池控制系統(tǒng)
6、恒壓供水控制系統(tǒng)
4 自來水廠監(jiān)控對象
我司工程技術人員通過到現(xiàn)場了解，并在認真研究了凈水廠現(xiàn)有工藝特點結合我司以往同類項目成功運行經(jīng)驗，確定將以下環(huán)節(jié)作為自來水廠的監(jiān)控對象。
1、進廠水流量監(jiān)測及計量
2、原水濁度監(jiān)測
3、清水池液位監(jiān)測
4、出廠水 PH 值、溫度監(jiān)測
5、出廠水余氯監(jiān)測
6、出廠水濁度監(jiān)測
7、出廠水流量監(jiān)測及計量
8、送水泵恒壓供水控制
9、加氯控制
10、反應/沉淀池排泥控制
11、投藥控制
12、濾池控制
5 自動化控制系統(tǒng)設計
Ø 由于自來水生產(chǎn)工藝主要具有以下特點：
Ø 各生產(chǎn)工藝段相對獨立，單體設備多；
Ø 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；
Ø 自來水生產(chǎn)具有連續(xù)性、不可替代性和不間斷性；
Ø 各工藝段距離遠，設備分散，組網(wǎng)相對復雜。
Ø 根據(jù)以上特點，本系統(tǒng)選用西門子 S-300 系列的中小型 PLC 對各工藝段或設備分散控制，通過以太網(wǎng)組成網(wǎng)絡，各工藝段控制室和中控室設置上位機，構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。全廠控制網(wǎng)絡如系統(tǒng)結構圖所示。
5.1 系統(tǒng)架構圖
5.2 人機界面、組態(tài)畫面
該系統(tǒng)人機界面由若干個畫面組成：總畫面（水廠水處理工藝）、各系統(tǒng)工藝圖、報表窗口、報警窗口等。為增加畫面的可讀性和可觀賞性，主要畫面均采用平面圖形式，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，
A. 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。
B. 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。
C. 報警窗口：所有報警顯示的同時，現(xiàn)場聲光報警器會一直響到確認為至。也可以按需要分類顯示。也可根據(jù)客戶需求配置手機、短信報警裝置，當有異常報警時，可根據(jù)報警等級以短信、電話通知至于值班人員、主管人員手機，可設置報警等級，一般報警通知值班人員，重大異常報警通知主管人員。
D. 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。
E. 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，我們全面修改了 PLC 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。
F. 歷史：可查詢全廠所有主要運行參數(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。
G. 為確保設備及處理工藝運行安全，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、手動（設備不受 PLC 控制）3種控制方式，當自控系統(tǒng)故障時，可手動運行設備，避免工藝流程中止。
5.3 工程畫面
1）主畫面
2）濾池系統(tǒng)
3）加藥系統(tǒng)
4）數(shù)據(jù)曲線
5）參數(shù)報表
基本功能如下：
⑴ 實時監(jiān)控水廠的運行狀況，并且根據(jù)管網(wǎng)情況和水源地情況及時地調節(jié)，以保證供水服務；
⑵ 通過調度中心實現(xiàn)對水廠的遠程監(jiān)控，同時可以在水廠設立二級調度中心，以水廠為中心，通過水廠調度中心直接監(jiān)控管網(wǎng)情況和水源地運行狀況，它與調度中心相互通訊；
⑶ 可集中控制整個水廠的水工藝的全自動過程，比如：加藥、加氯和過濾池等水處理環(huán)節(jié)，使水處理更加準確和完備，同時能夠自動對整個處理過程和處理情況進行監(jiān)測和控制；
⑷ 二級調度中心可以采取有線和無線兩種方式來進行數(shù)據(jù)采集和控制，水廠監(jiān)控各類數(shù)據(jù)如：壓力、流量、水位、泵的開停、轉速、溫度、余氯、濁度、電度、電流和電壓等各類信號，可以進行擴充；
⑸ 調制解調壓力數(shù)據(jù)，并準確地發(fā)往調度中心，并接收調度中心指令；
⑹ 信號適用數(shù)據(jù)范圍廣，如：0-5V，4-20mA ,0-10V，脈沖信號，232/485等類型；
⑺ 實時對水廠進行監(jiān)控，對各類數(shù)據(jù)進行存儲，二級調度具有與調度中心相類似的功能，所有的數(shù)據(jù)和信息可以通過無線和有線兩種方式傳輸?shù)秸{度中心；
⑻ 二級調度中心對二級調度所屬的管網(wǎng)、水廠運行、水源地運行具有統(tǒng)計、匯總和分析的功能；
⑼ 具有斷電保護功能，保證數(shù)據(jù)不丟失；同時還數(shù)據(jù)追補功能，對調度中心未接受到的數(shù)據(jù)進行追補；
⑽ 無線通訊和采用標準無線通訊協(xié)議，有效防止誤碼出現(xiàn)；有線通訊協(xié)議主要是 232/485 和 TCP/IP 等通用協(xié)議，保證通訊質量和準確性；
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