李靜瑜

供水廠自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)改造實(shí)例

李靜瑜

（承德市小水電技術(shù)開發(fā)服務(wù)中心，河北承德067000）

隨著縣城供水范圍不斷擴(kuò)大，供水區(qū)域分散、新舊管網(wǎng)交錯(cuò)等問(wèn)題凸顯。為保障供水水源質(zhì)量、穩(wěn)定性和安全性，提高供水效率，可以通過(guò)自動(dòng)化改造建立全新的水廠運(yùn)行控制管理模式，以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。

供水廠；監(jiān)控系統(tǒng)；改造

隨著河北省隆化縣城規(guī)模的不斷擴(kuò)大，縣城人口不斷增加。20世紀(jì)90年代中期全縣供水在5 000戶左右，現(xiàn)已超過(guò)2萬(wàn)戶，由此在縣城供水方面出現(xiàn)了范圍不斷擴(kuò)大、區(qū)域分散、新舊管網(wǎng)交錯(cuò)等問(wèn)題，同時(shí)人民生活水平的提高也對(duì)供水水源質(zhì)量、穩(wěn)定性和安全性提出了更高的要求。因此，為滿足水廠建設(shè)運(yùn)行的新要求，可以通過(guò)可靠的自動(dòng)化改造建成全新的控制管理模式。

1　改造目標(biāo)和任務(wù)

1.1改造目標(biāo)

供水廠通過(guò)對(duì)水源地實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控、對(duì)水源井以PLC介入抽水控制、對(duì)加壓泵房進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)、對(duì)凈水設(shè)備納入上位機(jī)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)供水的全過(guò)程控制。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控水源地自然環(huán)境、水源井、凈水設(shè)備、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、加壓泵房和供水管網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)，同時(shí)動(dòng)態(tài)控制水源井、加壓泵房、凈水設(shè)備等的運(yùn)行，使整個(gè)系統(tǒng)管網(wǎng)水壓保持最佳的分布和狀態(tài)，水質(zhì)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，水量滿足人民群眾生產(chǎn)生活需求，從而為居民提供高質(zhì)量的供水服務(wù)、減少水源損失、延長(zhǎng)管網(wǎng)壽命，最終提高整個(gè)供水服務(wù)的綜合效益。

1.2改造任務(wù)

本供水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的改造對(duì)象是隆化縣老水廠。自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)改造就是對(duì)4口水源井、1個(gè)供水泵站（包含6臺(tái)離心泵）、1個(gè)清水蓄水池及相應(yīng)輸水管路組成的系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造。通過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)水廠集中調(diào)度，最終建立高效運(yùn)行的供水管理，形成少人值班、自動(dòng)化智能控制為主、人為輔助控制應(yīng)急為輔的現(xiàn)代水廠管理體系，以達(dá)到對(duì)水廠實(shí)現(xiàn)中心監(jiān)控、對(duì)故障智能分類、對(duì)事故分散處理、對(duì)供水網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的目的。

2　改造主要內(nèi)容

2.1數(shù)據(jù)采集方面

采用SIEMENS300系列PLC作為系統(tǒng)配置的基礎(chǔ)，對(duì)老水廠的繼電器控制方式進(jìn)行改造。SIEMENS300系列包含電源模塊1塊，CPU模塊1塊，以太網(wǎng)模塊1塊，開關(guān)量輸入模塊2塊，開關(guān)量輸出模塊2塊，模擬量輸入模塊1塊，模擬量輸出模塊1塊。在電氣控制室增加一面PLC控制柜，將接觸器、繼電器、傳感器等的信號(hào)采集和接觸器控制全部重新布線，接入PLC系統(tǒng)。PLC是可編程的邏輯控制器，通過(guò)開關(guān)量和模擬量等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)事先設(shè)定好的程序在其內(nèi)部進(jìn)行邏輯運(yùn)算，以開關(guān)量和模擬量輸出模塊控制各種類型設(shè)備的運(yùn)行。它避免了繼電器控制復(fù)雜、故障率高、靈活性差的問(wèn)題，同時(shí)具有微機(jī)的特點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員通過(guò)對(duì)PLC設(shè)定程序，直接對(duì)不同的工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行靈活的控制。各個(gè)站點(diǎn)的PLC布置如下：開關(guān)量輸入模塊負(fù)責(zé)采集泵的運(yùn)行狀態(tài)、閥門的開關(guān)情況、加氯設(shè)備的運(yùn)行故障狀態(tài)等；開關(guān)量輸出模塊用來(lái)輸出控制命令，如水源地水源井水泵的投入和撤出、變頻的啟停控制及恒壓控制、泵房?jī)?nèi)集水坑水位的自動(dòng)控制、閥門的自動(dòng)控制等；模擬量輸入模塊用來(lái)采集模擬量數(shù)值等。本方案采集了系統(tǒng)管網(wǎng)壓力，出水流量，清水池液位，水源井水位，水泵的運(yùn)行頻率，閥門的狀態(tài)，水泵電流等。

（1）水源井站點(diǎn)。老水廠是通過(guò)人工觀察水位的方式控制電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)水源井的投入和撤出。通過(guò)增加水源井PLC站點(diǎn)（包含電源模塊1塊、CPU模塊1塊、以太網(wǎng)模塊1塊、開關(guān)量輸入模塊2塊、模擬量輸入模塊1塊、開關(guān)量輸出模塊2塊）并重新布線改造后，可以將水源井運(yùn)行狀態(tài)下的井內(nèi)水位實(shí)際數(shù)值、流量實(shí)時(shí)數(shù)值、水泵的運(yùn)行狀態(tài)、停止?fàn)顟B(tài)、故障狀態(tài)等信息采集輸入PLC，通過(guò)PLC的邏輯程序?qū)λ淳M(jìn)行遠(yuǎn)程投入和撤出控制，這樣一來(lái)在減少人力成本的同時(shí)使設(shè)備設(shè)施運(yùn)行更加安全可靠。

（2）加壓泵房站點(diǎn)。老水廠是以電接點(diǎn)壓力為基準(zhǔn)，使管網(wǎng)壓力保證在某一個(gè)區(qū)間內(nèi)；而定頻泵以壓力傳感器反饋的水廠壓力為準(zhǔn)，使管網(wǎng)壓力保證在一個(gè)區(qū)間內(nèi)。此次改造利用泵房PLC站點(diǎn)（包含電源模塊1塊、CPU模塊1塊、以太網(wǎng)模塊1塊、開關(guān)量輸入模塊2塊、模擬量輸入模塊1塊、開關(guān)量輸出模塊2塊、模擬量輸出模塊1塊）的PID閉環(huán)控制功能通過(guò)對(duì)水泵增設(shè)變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)供水廠出水的恒壓控制。與原來(lái)的電接點(diǎn)壓力控制方式相比，系統(tǒng)免去了設(shè)備的頻繁啟停，實(shí)現(xiàn)了供水的經(jīng)濟(jì)性和安全性，提高了供水的質(zhì)量；同時(shí)，可以統(tǒng)計(jì)水泵供水量，監(jiān)視各臺(tái)水泵運(yùn)行狀態(tài)，并通過(guò)電壓、電流檢測(cè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)解決水泵故障。

（3）壓力流量分站點(diǎn)。在縣城管網(wǎng)的多個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)上，加裝了具有遠(yuǎn)傳功能的GPRS通訊模塊，可以將管網(wǎng)壓力、流量等數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)阶詣?dòng)控制中心進(jìn)行統(tǒng)一管理。

2.2數(shù)據(jù)傳輸方面

老水廠沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸功能，因此人工巡檢的工作量比較大，如水源地井水水位情況需要去現(xiàn)場(chǎng)才能看到，水泵運(yùn)行和出水壓力狀況同樣需要到現(xiàn)場(chǎng)才能巡檢到。改造后，加裝了水源地和加壓泵站的PLC硬件系統(tǒng)，其信息通過(guò)轉(zhuǎn)換成光纖傳輸?shù)姆绞阶罱K反饋到監(jiān)控中心。以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)終端光纖與上位機(jī)的轉(zhuǎn)換連接，而管網(wǎng)系統(tǒng)的信息傳遞采用具有GPRS無(wú)線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備或數(shù)傳電臺(tái)，通過(guò)RS232、RS485或工業(yè)以太網(wǎng)接口相連，最終通過(guò)工控機(jī)的串口也反饋到上位機(jī)中。由于國(guó)家持續(xù)在無(wú)線通信領(lǐng)域的投入，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃源蠓忍岣?，隨著4G網(wǎng)絡(luò)的普及，無(wú)論是傳輸質(zhì)量還是速率方面都有了質(zhì)的飛躍。

2.3管理調(diào)度中心

老水廠沒(méi)有管理調(diào)度中心，所有的數(shù)據(jù)都是在紙質(zhì)的巡查記錄中記載，而新增設(shè)的管理調(diào)度中心主要由計(jì)算機(jī)及以太網(wǎng)交換機(jī)設(shè)備組成。通過(guò)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸，自動(dòng)控制中心實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)站點(diǎn)運(yùn)行情況的監(jiān)控以及對(duì)各種數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)分析。此次采用的是亞控集團(tuán)的組態(tài)王軟件，該軟件便利性非常強(qiáng)，能夠輕松組態(tài)出水源井、凈水設(shè)備、加壓泵房和供水管網(wǎng)等的運(yùn)行畫面，形象而準(zhǔn)確地反映出水廠實(shí)際運(yùn)行情況；兼具分析功能，可以生成各種運(yùn)行曲線、日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表等。當(dāng)發(fā)生水位、壓力、流量等數(shù)據(jù)的報(bào)警設(shè)置值時(shí)能夠及時(shí)準(zhǔn)確、有效可靠地發(fā)出報(bào)警信息，為科學(xué)地分析設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)提供良好的保障。為了確保生產(chǎn)過(guò)程的可靠性，系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面對(duì)整個(gè)供水過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控，給用戶提供一個(gè)直觀、簡(jiǎn)單的操作平臺(tái)。在實(shí)現(xiàn)上述功能的同時(shí)，系統(tǒng)還具備形象的實(shí)時(shí)監(jiān)控界面、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)報(bào)表和歷史記錄查詢功能、方便的報(bào)警提示彈出與聲音管理等一整套保護(hù)機(jī)制。

3　改造效果

隆化縣2座老水廠經(jīng)過(guò)改造后，拋棄了過(guò)去通過(guò)人力去巡查水源地、人為觀察清水池蓄水深度和電接點(diǎn)壓力表控制壓力狀態(tài)的人工控制方式，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化升級(jí)，優(yōu)化了對(duì)設(shè)備的管理，把大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)簡(jiǎn)潔地呈現(xiàn)到上位機(jī)上，不僅避免了人力巡查繁重的工作量，而且把整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程緊密聯(lián)系在一起，形成一個(gè)完整的綜合管理系統(tǒng)。

通過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的整合改造，2個(gè)水廠系統(tǒng)具有良好的接口擴(kuò)展性，為將來(lái)擴(kuò)建水廠的控制接入提供了接口。由于縣城規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)張，水源地及水廠的管理已經(jīng)不局限在一個(gè)地方，它可能是幾個(gè)區(qū)域。因此，信息化擴(kuò)展能力強(qiáng)大的特點(diǎn)可以使縣城供水管理的多個(gè)水源地、供水廠及全部管網(wǎng)進(jìn)行級(jí)聯(lián)，建立縣城供水廠的上一級(jí)總的監(jiān)控調(diào)度中心和更為強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。

通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)的改造，供水廠節(jié)省了大量的人力成本，如原來(lái)的3個(gè)人值班減少為一人值守即可完成。經(jīng)過(guò)1個(gè)供水年度的考驗(yàn)，自動(dòng)化系統(tǒng)整體運(yùn)轉(zhuǎn)良好，得到運(yùn)行管理部門的充分肯定。

［1］胡學(xué)林.可編程控制器教程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

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1004-7328（2016）04-0063-02

10.3969/j.issn.1004-7328.2016.04.020

2016—04—20

李靜瑜（1982—），女，工程師，主要從事水利水電工程管理工作。