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(zhì)分析儀表，對凈水處理生產(chǎn)流程中的各項(xiàng)工藝技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行連續(xù)檢測，并以直觀的形式將這些指標(biāo)實(shí)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(jié)果對生產(chǎn)工藝設(shè)備進(jìn)行及時調(diào)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(diǎn)：
減輕工人的勞動強(qiáng)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(zhì)量事故。
2、 設(shè)計(jì)目標(biāo)
通過自動化控制系統(tǒng)的建設(shè)，凈水廠的生產(chǎn)和管理要達(dá)到以下目標(biāo)：
Ø 水質(zhì)指標(biāo)在線監(jiān)測
通過各種在線式水質(zhì)分析儀器對凈水生產(chǎn)過程中的各種水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行連續(xù)檢測，使生產(chǎn)水質(zhì)實(shí)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(jìn)行自動控制，進(jìn)一步減輕工人的勞動強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)水廠生產(chǎn)全過程的自動化控制。
Ø 水廠運(yùn)行實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管理
通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對生產(chǎn)過程的實(shí)時監(jiān)控，實(shí)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(bào)表統(tǒng)計(jì)打印等管理功能，進(jìn)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(shè)需要依靠先進(jìn)的技術(shù)手段，提高水廠生產(chǎn)的自動化水平和管理水平，達(dá)到有效降低能耗，控制生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強(qiáng)度的建設(shè)目標(biāo)。
3 設(shè)計(jì)范圍
本方案中包含水廠以下項(xiàng)目的設(shè)計(jì)：
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(shù)人員通過到現(xiàn)場了解，并在認(rèn)真研究了凈水廠現(xiàn)有工藝特點(diǎn)結(jié)合我司以往同類項(xiàng)目成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，確定將以下環(huán)節(jié)作為自來水廠的監(jiān)控對象。
1、進(jìn)廠水流量監(jiān)測及計(jì)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(jì)量
8、送水泵恒壓供水控制
9、加氯控制
10、反應(yīng)/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(shè)計(jì)
Ø 由于自來水生產(chǎn)工藝主要具有以下特點(diǎn)：
Ø 各生產(chǎn)工藝段相對獨(dú)立，單體設(shè)備多；
Ø 采集的數(shù)據(jù)量大且種類多，但上下游相關(guān)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(yuǎn)，設(shè)備分散，組網(wǎng)相對復(fù)雜。
Ø 根據(jù)以上特點(diǎn)，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(shè)備分散控制，通過以太網(wǎng)組成網(wǎng)絡(luò)，各工藝段控制室和中控室設(shè)置上位機(jī)，構(gòu)建人機(jī)界面進(jìn)行生產(chǎn)管理和對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理。全廠控制網(wǎng)絡(luò)如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所示。
5.1 系統(tǒng)架構(gòu)圖
5.2 人機(jī)界面、組態(tài)畫面
該系統(tǒng)人機(jī)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(bào)表窗口、報(bào)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(guān)位置顯示該設(shè)備的所有主要運(yùn)行參數(shù)。設(shè)備的控制通過點(diǎn)擊該設(shè)備進(jìn)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(guān)位置顯示水處理的各主要控制參數(shù)以及重要設(shè)備的主要控制參數(shù)，可以點(diǎn)擊進(jìn)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(dá)比平面圖更豐富的信息。
C. 報(bào)警窗口：所有報(bào)警顯示的同時，現(xiàn)場聲光報(bào)警器會一直響到確認(rèn)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(jī)、短信報(bào)警裝置，當(dāng)有異常報(bào)警時，可根據(jù)報(bào)警等級以短信、電話通知至于值班人員、主管人員手機(jī)，可設(shè)置報(bào)警等級，一般報(bào)警通知值班人員，重大異常報(bào)警通知主管人員。
D. 設(shè)備控制參數(shù)設(shè)定：參數(shù)設(shè)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(bào)告操作人員。
E. 生產(chǎn)報(bào)表：分生產(chǎn)情況（設(shè)備運(yùn)行參數(shù)）、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)兩種報(bào)表。老系統(tǒng)沒有生產(chǎn)情況報(bào)表，生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表也不能正確生成。針對這種情況，我們?nèi)嫘薷牧?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(bào)表。
F. 歷史：可查詢?nèi)珡S所有主要運(yùn)行參數(shù)的歷史情況。為便于設(shè)備運(yùn)行情況分析，可以在同一畫面下同時顯示設(shè)備的歷史運(yùn)行情況與當(dāng)前的運(yùn)行情況以作對比。
G. 為確保設(shè)備及處理工藝運(yùn)行安全，所有設(shè)備分別有中控（中控室上位機(jī)控制）、現(xiàn)控（現(xiàn)場車間上位機(jī)控制）、自動、手動（設(shè)備不受 PLC 控制）3種控制方式，當(dāng)自控系統(tǒng)故障時，可手動運(yùn)行設(shè)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(bào)表
基本功能如下：
⑴ 實(shí)時監(jiān)控水廠的運(yùn)行狀況，并且根據(jù)管網(wǎng)情況和水源地情況及時地調(diào)節(jié)，以保證供水服務(wù)；
⑵ 通過調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)對水廠的遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時可以在水廠設(shè)立二級調(diào)度中心，以水廠為中心，通過水廠調(diào)度中心直接監(jiān)控管網(wǎng)情況和水源地運(yùn)行狀況，它與調(diào)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(zhǔn)確和完備，同時能夠自動對整個處理過程和處理情況進(jìn)行監(jiān)測和控制；
⑷ 二級調(diào)度中心可以采取有線和無線兩種方式來進(jìn)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(zhuǎn)速、溫度、余氯、濁度、電度、電流和電壓等各類信號，可以進(jìn)行擴(kuò)充；
⑸ 調(diào)制解調(diào)壓力數(shù)據(jù)，并準(zhǔn)確地發(fā)往調(diào)度中心，并接收調(diào)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(shí)時對水廠進(jìn)行監(jiān)控，對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，二級調(diào)度具有與調(diào)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{(diào)度中心；
⑻ 二級調(diào)度中心對二級調(diào)度所屬的管網(wǎng)、水廠運(yùn)行、水源地運(yùn)行具有統(tǒng)計(jì)、匯總和分析的功能；
⑼ 具有斷電保護(hù)功能，保證數(shù)據(jù)不丟失；同時還數(shù)據(jù)追補(bǔ)功能，對調(diào)度中心未接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行追補(bǔ)；
⑽ 無線通訊和采用標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量和準(zhǔn)確性；
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