自來水廠監控系統解決方案

一、自來水廠的情況簡介

城市供水調度監控系統的主要目的是解決自來水公司對供水各環節監測點的數據采集和監控。該系統由監控中心和各個水源監測點組成，各個水源監測點的數據采集終端可監視和采集水位、壓力、流量、濁度、余氯、泵頻等各種數據，供控制中心及有關部門分析和決策取用，提高工作效率，保證供水質量，滿足日益增產的用水量的需求。　

城市供水調度監控系統可以對遠程現場的運行設備進行監視和控制，以實現管道壓力、水流量的數據傳送及閥門開關的自動控制，降低了故障率和提高了對系統的反應時間。便于及時迅速的了解及控制遠端管道及閥門，低故障率和檢修的時間，減少停水次數。各水源監測點的數據采集終端可自動采集管道壓力、水流量的實時數據與開關狀態等數據，信息傳輸到自來水公司的監控中心，監控中心通過對傳輸回的數據進行分析，可找到出故障的地點，從而當一個遠端出現故障時，能在zui短的時間內解決問題，恢復供水，提高了整體的服務水平，從而實現了城市供水的信息化、現代化。

二、可編程控制器在水廠的使用

可編程控制器（PLC）zui初是用來代繼電器控制線路完成邏輯功能。近年來，由于世界電子技術突飛猛進的發展，特別是微處理器和數字技術的發展已使可編程控制器的性能和功能有很大的提高。*的可編程控制器不但能完成復雜的邏輯控制功能，而且也能完成對模擬量的處理，對過程變量可進行PID閉環控制。編程軟件、 通信及人機接口的功能也越來越完善，編程軟件和用于人機接口的圖形化軟件都運行在標準的計算機平臺上。正因為可編程控制器具有使用靈活、成本低、*的網絡以及可靠性高等特點，所以目前多數自來水公司都將可編程控制器作為數據采集終端來使用，通過豐富的網絡資源將現場的情況送給中央控制室，所以它克服了傳統控制方法的缺陷，提高了供水質量，降低了供水成本。

三、自來水廠控制系統的描述

3、1該控制系統硬件結構及控制原理

全廠控制系統設兩級組成集散控制系統，一級是廠中央控制室（上位管理），二級是區域控制工作站（現場控制站）。整個系統由一個中央控制室、五個現場控制站組成，中央控制室與現場控制站之間通過網絡進行通訊，組成一個PLC 控制網絡。系統借助于浙江浙大中自集成控制股份有限公司強大的人機接口軟件Sunytech和SunyIEC編程軟件，使其獲得*的控制性能。在中央控制室，通過屏幕漢化的動態畫面，可觀察全廠的生產過程，并對全廠生產過程進行調度，指揮分站操作運行，打印全廠生產報表，繪制曲線，達到綜合管理的目的。

3．2中央控制室軟件的實現

中央控制室提供了三種制水控制方式：自動、半自動和手動。

　　㈠、在相應授權條件下，在中控室可對任何一臺可控設備進行控制和人工干預，能對各現場控制站PLC的參數進行設定與修改，或直接對任何一個現場控制站進行編程或修改程序等。

　　㈡、能夠根據公司總調度室的一級調度指令，自動形成良好的二級調度指令，控制送水泵的開/停等。

　　㈢、對源水泵房和送水泵房等關鍵部位建立了遠程控制，可以方便地對源水泵房、送水泵房、加礬加氯間、反應沉淀池及全廠范圍進行監視。

　　㈣、建立了水廠管理信息系統：

△提供制水數據的查詢，能形象、實時、動態地顯示各生產過程中的主要技術參數，顯示所有設備的運行狀態，用趨勢圖顯示某些重要參數的變化情況等。

　　△數據庫管理功能：建立了生產數據庫，存貯生產原始數據；建立了事故數據庫，記錄各類錯誤和事故等。

　　△數據處理功能：利用在線數據和數據庫中的數據計算主要生產指標，進行統計分析。

　　△報表輸出/打印功能：打印公司、水廠所需要的各類報表。

　　㈤、具有報警功能，當某一參數異常或設備故障時，能提供多種報警方式。

㈥、系統的數據圖像傳輸準確，執行機構控制正常，運行狀況良好。

㈦、整個系統安全可靠。

中控室是全廠的控制管理中心，一方面通過網絡采集全廠各設備的運行狀態及儀表檢測信號，另一方面對全廠各設備進行控制。

中控室上位機軟件主要功能包括：

    1、在上位機對全廠任何一臺設備進行控制（加氯、加礬部分自成系統，只對其采集必要的數據），能對區域PLC的參數進行設定和修改。

    2、能形象、實時、動態顯示某些重要參數的變化情況。

    3、報警功能：某一參數異常或設備故障，給出聲光報警，顯示相應的提示信息和畫面，并記錄在報警數據庫中。

    4、數據管理功能：建立生產數據庫，存儲生產原始數據供統計分析用。

    5、數據處理功能：利用在線數據和數據庫中的數據計算主要生產指標。

    6、報表輸出／打印功能：能打印出日、月、年、故障、運行計錄的中文報表。

3、3現場控制站的軟件實現

現場控制站的軟件用來完成生產工藝的全部任務，該軟件組態和開發的好壞直接關系到自動化工程的成敗問題。該軟件包括順序邏輯控制、模擬量采集和PID調節控制。采用巨騰公司的ISGRAF工具包開發梯形圖控制軟件。它主要能完成以下功能：

    1、順序邏輯控制：包括取水泵站、送水泵站機組及各閥門等設備之間的連動控制等。

    2、模擬量采集：包括高配間及高壓電機的電流、電壓、功率、電度量的采集，以及濁度、余氯、水流量、壓力、PH值、溫度等信號的采集。所有這些量經過轉換，并在屏幕上的數據域中加以顯示或打印報表，從而取消原始的手工抄表計錄。

3、PID調節控制：加礬及加氯部分的PID調節控制。軟件設計的主要任務是對V型濾池出水調節閥的自動控制。這也是全廠控制軟件設計的核心部分。出水調節閥作為控制裝置，它受濾池水位的控制，水位通過水位傳感器送出的信號至PLC， 這個信號與表示水位保持恒定的參考水位相比較，在判斷出水位不穩定方向后（上升或下降），信號水位與參考水位的偏差超過原設計系統的臨界值約±2cm時， 即啟動控制單元—出水調節閥，同時出水調節閥輸出一個與閥門開啟度成正比的4～20mA的反饋信號，通過PLC內的PID指令自動調節濾池水位以達到恒水位。當事先定好的反沖洗時間到或堵塞顯示器超過設定堵塞值時，便輸出反沖洗信號，反沖洗過程包括氣沖及氣水同時反沖過程，PLC根據工藝流程要求按一定順序進行一系列閥門及水泵、風機的開啟及停止動作。當沖洗過程結束，濾池重新恢復平靜，又一個過濾的循環開始。

3．4自來水控制的流程

進水池中的水經過初步沉淀進入加藥池。加藥系統根據水質、水量配比化學藥物，對水進行化學處理。加藥系統充分運用了Sunytech軟件強大的配方管理能力，根據需要確定加氯、加明礬的藥量及比率。

加藥后的水進入沉淀池，經過*沉淀后進入過濾池，靠水的重力穿過過濾層除去水中浮游生物。Sunytech上位系統將定時或手動按鈕分別啟動各個刮泥機出去沉淀池中的泥漿，并定時對過濾層進行反沖洗。

清水池補加氯及送水泵組監控系統是對清水池水位、補加氯系統及送水站各泵組電機和送水量的監控。Sunytech上位系統可以直接讀取流量計的數據，并可以通過現場執行器控制各泵組的啟停。

梯形泵站監控系統是對整個水廠凈水處理的總體監控。在這個系統里可以監測到凈水處理的總體過程，包括各個抽水機、攪拌機運行情況及各水池的水位情況。

3、5防雷設計

防雷系統的接地方式可分為獨立接地和統一接地。統一接地將所有的數字地、模擬地、防雷地等都zui后一點接至等電位連接排上。獨立接地則將各自的數字地和模擬地等接至邏輯與防雷地上，并且相互分開。

簡述統一接地系統的防雷設計方法，防雷系統原理圖如下：

根據防雷示意圖A點因雷擊而產生大電流時避雷器A1在納秒級開始泄放，使C點和A點形成等電位，由于避雷器雙向導通，幾乎在同時避雷器B1導通；zui終使得A、B、C三點形成等電位，從而更加安全的保護了設備，防止了反向擊穿的可能性。

所以避雷器的作用就是在zui短時裝時間（納秒級）釋放電路上因雷擊而產生的大量脈沖能量短路泄放大地，兩端電壓迅速降低到安全級，降低設備各接口間的電位差，從而保護電路上用戶的設備。過電壓消失后，迅速自動恢復為原來的高阻抗狀態。

整個自來水廠需要進行避雷保護的電纜包括計算機和PLC通訊電纜；PLC柜電源，室外儀表等。具體方案如下：

1.電源保護器

廠區控制室、現場PLC柜、進行線端設計安裝避雷器，配置電源保護器。

2．網絡通訊保護器

PC機、PLC之間共同構成通訊網，根據防雷原理，在進出不同建筑物的通訊電纜兩頭安裝防雷裝置、針對PLC可編程控制器通訊網，設計采用雙絞線信息線路保護器來進行保護。

3．所有避雷器的接地電阻必須小于1Ω，安裝完畢后進行測試，以確保起到防雷作用。

4．每年雷雨季節前進行檢查，若有損壞請及時調換，每種產品建議有能備貨，以免因某避雷器損壞而破壞整個防雷系統。

四、自來水廠的生產調度管理系統（推薦使用）

該系統與生產管理、水廠PLC等實現了過程集成，是供水企業的一個關鍵性系統。

4、1該系統主要組成如下：

　　△數據采集與監控：能實時采集水廠PLC和管網SCADA系統的有關信息、并從屏幕上加以監視。

　　△時段供水預測：對于未來一天時間內，任意時段的供水量作出預測，供調度系統和調度員調度參考。

　　△供水調度：為公司總調度室提供經濟的實時調度方案（即公司的一級調度），對各水廠分配供水量，實時地向各水廠下達調度指令。必要時，調度員可以根據自己的經驗以及某些特殊要求進行調整。

　　△日調度統計：對PLC的實時數據和SCADA實時數據進行統計，打印出各種報表。

4、2本系統主要功能如下：

　　△有多種數據監測措施，既能以表格的方式顯示實時數據，又能以圖形方式顯示實時數據。

　　△有數據報警功能，包括報警提示音等多種形式。

　　△有分時段用水量預測功能，時段劃分和用水量預測值可以根據用戶需要進行調整。

　　△可以對實時短期（分鐘級）用水量進行預測，并將預測值與實際值圖示比較，從屏幕上顯示預測值與實際的變化趨勢。

　　△能夠對供水量進行全市優化/經濟分派，并自動發出經優化的供水量指令。

　　△提供調度員隨時發出特調指令。

　　△可以印出30多種統計報表。

　　△有系統配置和參數設置功能。

　　△有系統注冊、維護、日志等功能。

　　△用戶界面友好，采用通用的菜單、按鈕、圖形操作界面，直觀方便簡單。

4、3營銷管理系統

　　實現營銷管理現代化，治理好水表環境，提高水表抄收服務質量，確保抄表準確率和水費回收率，減少供銷差，是提高供水企業經濟效益和社會效益的重要途徑。

　　①本系統的主要特點：

　　△對營銷部分實施全面的計算機管理，優化了組織機構，減輕了員工勞動強度，提高了工作效率。

　　△采用多種抄表手段。（IC卡水表、抄表機、遠程抄表）。

　　△建立了分布式網絡支撐工作平臺，支持虛擬網絡。提供了多種不同環境的營銷管理系統版本，包括單機版，網絡版。

　　△是供水企業信息化建設整體解決方案的一部分，解決了與其他分（子）系統的集成優化。

　　△建立了客戶管理系統，以客戶為中心，提供多種為客戶服務的手段。

　　②本系統的主要功能：

　　△用戶管理：包括用戶檔案管理和日常管理兩部分。實現用戶的立戶、過戶、改戶、銷戶的管理和用戶的查詢、投訴、業務受理，水費的催收、信息發布等。

　　△水表管理：包括水表信息管理和換表管理及校表、修表、移表管理等。實現用戶水表信息和水表庫存狀況、運行情況管理。制定計劃，實現換表、校表、修表、移表、裝表、拆表管理，確保公司計費的公平，公正。

　　△抄表管理：包括區域劃分與調整多種抄收手段的管理。實現區域的自動劃分和調整，同時使抄表人員自動分派和調整。制定抄表計劃管理，抄表數據錄入，根據水費預測和水表的情況進行有效性檢查管理，減少人為的差錯。通過使用多種抄收手段，實現抄表的公平、公正。

　　△收費管理：包括收費管理和催收管理。進行收費預測，制定收費計劃，實現多種收費方式，及時對欠費用戶進行催費。通過DDN或PSTN與多家銀行進行聯網，實現用戶水費的代收代扣，加快水費回收，實現收費的公平、公正。

　　△質檢管理：包括制定質檢計劃，對質檢數據、質量檢查、質檢通知、消防、補加水量進行管理，實現抄表的質量，抄表人員，質檢人員考核。

　　△系統管理：包括職員、部門、權限的分配、操作日志等基本信息。通過日志管理來登記、統計、分析各部門及員工對營銷系統的操作和使用情況。

　　△統計分析：包括抄表統計分析、質檢統計分析、收費統計分析等10多種統計分析，以及調整減免管理。

　　△觸摸屏查詢子系統：為用戶提供歷史各時期的用水情況、交費、欠費信息和當前水價信息等，清楚辦理相關業務的流程和手續，讓用戶更了解自來水公司的歷史，現狀，企業機構，規章制度等。

　　△語音子系統：包括用戶查詢，催繳管理，用戶投訴。實現用水量、水費、水價、申請安裝水表等信息的查詢。根據用戶欠費情況自動拔打用戶進行催繳。根據用戶意見作出合理安排，反映到各部門并把結果及時反饋給用戶。

　　△WEB子系統：包括用戶查詢、網上交費、新聞發布、信息反饋。用戶通過Internet實現用水量、水費、水價等信息的查詢、網上繳納水費。在網上發布如停水通知、服務項目，在網上受理用戶投訴，反映意見等。

　　③本系統主要性能如下：

　　△安全性好，可靠性高：包括信息安全性和系統安全性。通過對用戶帳號和授權管理。建立防火墻防止非法侵入，通過數據加密、數字簽名、訪問控制等確保系統的安全可靠性。

　　△數據共享，確保與其它分系統信息的有效集成。

　　△實用性強，響應速度快。

　　△人機界面友好，簡單易學，方便快捷。

　　△系統模塊化設計，可維性好，便于進行二次開發。

五、社會效率

   使用*的可編程控制器實現自動控制，可以減少投藥的成本和其它的成本。同時提高了自來水公司的科技含量，推動了企業的發展，提高了公司的競爭力，促使員工對崗位職責的新要求，增強了員工“競爭上崗”和“科技興司”意識，促進了員工綜合素質的提高。zui后能確保、足量、安全供水，更好地為用戶提供服務。