城市供水自动化检测系统在甘河子水厂的应用

曹林霞，胡　萍，陈　勇（新疆怡林实业股份有限公司，新疆　乌鲁木齐　830063）



城市供水自动化检测系统在甘河子水厂的应用

曹林霞，胡萍*，陈勇
（新疆怡林实业股份有限公司，新疆乌鲁木齐830063）

摘要：本文介绍了甘河子水厂计算机自动控制系统的设计、系统组成与使用，水厂计算机自动控制系统作为保证安全、连续、优质供水的措施，其应用前景非常广阔。

关键词：恒压供水；PLC控制；光纤环网；供水企业自动化；动态监测；系统调试

供水工程是一个关系国计民生的重要产业，随着我国改善人民生活条件、提高劳动生产力水平等目标的实现，对自来水水质的要求也越来越高[1]。本文以甘河子饮水安全工程水厂的计算机自动控制系统为实例，结合净水处理工艺的特点，介绍了该水厂工艺流程、工艺特点，并根据现场设备及控制对象特点进行了控制系统的开发，设计了由基础自动化层和过程监控层组成的2级计算机控制系统。基础自动化层接受过程控制系统的各种指令，完成控制功能，并把工艺参数、设备状态等数据传送给过程控制系统，由过程控制系统完成对水处理过程的监督、优化控制、故障诊断、操作指导等，保证水厂得以最安全、最优化的方式运行，为甘河子的经济发展和人民生活水平的提高提供应有的保障。

1　总体框架设计

1.1系统结构

计算机监控层（水厂中心控制室）：水厂中央监控系统设在水厂厂区综合办公楼中心控制室。通过单模光纤或无线通讯方式实现全厂生产过程的实时监控及系统运行维护。

PLC监控层：PLC1控制站设在机械搅拌澄清池车间，PLC3控制站设在变配电室，PLC2控制站设在滤池间室，上述3个主现场控制站通过有线或无线的通讯方式与设在水厂的计算机监控层进行通信。

1.2系统组成

系统设备由新疆怡林实业股份有限公司提供，该设备符合或者超过控制要求水平，在性能、价格比、经久耐用和功能方面都完全满足控制要求。

本系统方提供的中央控制计算机系统由现场PLC控制系统、仪表监测系统、防雷接地系统、工业电视监控系统等组成，是根据以往的实践经验和工程功能要求紧密结合而设计的，在可靠性、易用性等方面都完全满足或者超过控制所要求的水平。

自控系统采用PLC+计算机的方式构成，是一种典型的集散控制方式。它充分体现了“分散控制、集中管理、数据共享”的原则，为每道工艺、每一设备的控制提供标准的解决方案，能适应过程控制、顺序控制、连锁控制、单体设备的步进控制、开/关机等各种控制。

通过自动控制系统，监控计算机通过工业以太网络或无线通讯方式与PLC控制系统中各主站的PLC控制器进行通讯，把PLC采集的实时数据和受控设备的状态信息制成各种报表、曲线、数据库等，并提供充分方便、友好的人机界面，操作员可通过键盘或鼠标下达各种调度指令和调整工艺参数，起到集中管理的作用。

2　系统组成与使用

2.1中央计算机系统

系统中的硬件和软件都具有充分的可扩展及升级能力。系统软件使用基于客户机/服务器（C/S）结构开放的WindowsXP系统软件。

管理软件采用北京杰控系统公司组态软件，它具有友好的图形用户界面，系统的配置组态、实时采样、控制点组态、控制过程组态、流程显示、操作画面组态、生产记录、统计报表组态等均为模块化设计。系统实时数据库符合工业数据库的发展方向，实现真正的开放互连及分布式的数据库管理。

2.2现场控制系统

PLC控制器作为现场控制站，担负着整个供水处理的自动控制任务。供水厂自动控制系统是通过PLC控制器来实现的，PLC控制器通过采集现场仪表的生产实时数据和控制设备的状态信息，根据供水处理的工艺要求，实现供水处理的过程控制、顺序控制、连锁控制、设备的开机、停机等各种控制。同时PLC控制器通过现场仪表采集水位、流量等生产实时数据，主站PLC控制器对采集的数据进行分析，当超过设定报警值时，发出报警信号，提醒操作人员注意。PLC控制器根据现场工艺的要求，自动控制现场设备的运行，完成供水厂的自动控制。

2.3现场控制箱（柜）人工手动控制

通常在设备处于检修、手动工况时采用人工控制。此时，操作人员可通过现场控制箱（柜）上的按钮启/停相应的设备。当中心控制室监控设备发生故障时，不影响供水厂各净水构筑物的正常运行。各现场PLC站可按预先设置的运行模式来监控各工艺流程的运行。当现场PLC站发生故障时，可通过就地控制级上的“就地/遥控”选择开关切换实现设备的就地手动操作。

2.4仪表监测系统

在各生产工艺段配置相应的检测仪表，与PLC结合为工艺生产运行服务，自动控制相关设备的运行和故障检测、报警。水厂自控系统工程仪表系统选型设计完全按照现场工艺设计要求，仪表系统的配置服务于工艺要求，与自控系统有机结合实现全厂的监控管理功能。

2.5防雷系统

由于本工程中采用了电子设备，因而一旦遭受雷击，必将造成不可估量的损失。为了保证各系统的正常运行，保障有关人员的人身安全，建立完善的、符合国家标准的接地及防雷保护系统是非常必要的。系统防雷由电源防雷器、仪表信号防雷器等防雷装置组成。

3　系统功能实现

供水处理厂自控系统工程主要需完成以下功能：（1）对供水处理工艺各个部分的设备进行监控；（2）对主体工艺流程的各个部分物位进行在线检测；（3）协调各部分设备的运行，实现全过程的自动控制，满足工艺要求；（4）设置中心控制室，使操作人员在控制室就能对远程的设备进行监控；（5）设置动态显示全厂工艺流程和设备运行状态的实时运行工况和实时运行数据等；（6）设置现场操作站，更好的指导生产；编制的监控软件具备良好的人机接口界面，方便操作人员了解生产过程，完成相关操作。

4　推动供水自动化系统应用建设的建议

（1）动态监测站的稳定性有待提升，分布太过分散，布局不够合理，不能形成集中统一的系统化管理，系统监测人员参差不齐，综合素质有待提高。加强人员培训学习，提升专业素质，将会大大提高监测站的综合效率。随着我国加工业和信息产业的发展以及水处理工艺的不断改进，将先进控制思想同新型处理工艺相结合，突破传统控制的方式，使水处理向智能化、无人化方向发展将是水处理自动化发展的一个主要方向。（2）对自动化水平较低的系统进行改造升级，也是具有现实意义的课题，我国目前许多中小型净水厂都需要自动化改造。以有限的资金改善生产控制系统，获得较高的性能价格比，既可以改善为用户服务的质量，也为企业本身提高了经济效益。本文利用软件网关等一系列技术解决了供水企业自动化系统改造中的一些难题。目前我国水工业的自动化水平虽然不高，但随着社会的发展，供水企业的自动控制和优化的研究将会变得越来越重要。（3）供水企业与人民生活直接相联系，其运转情况直接影响着人民生活的质量，意义十分重要。供水企业的自动控制系统，是监测、控制净化水水质的手段，也是保障可靠供水的方法，还是企业减低成本，提高经济效益的途径，具有很高的研究价值。

5　结语

甘河子水厂控制系统自投入使用后运行平稳，不但满足了甘河子地区生活用水的自动化控制，而且改善了水厂工作人员的操作环境，降低了劳动强度，减少了水厂运行的水耗和电耗，达到了预期效果。水处理是涉及生物、化学、物理等多门学科的综合性技术，其工艺机理较为复杂。计算机系统的设计既不能采取简单移植的方法，也不能完全趋附于工艺使之过分复杂化[2-3]。由于我国水处理业的快速发展，开发出既满足工艺要求又符合计算机控制规律的系列化控制模式和商品化控制软件将是水处理市场的迫切要求。

参考文献

[1]宋序彤.我国城市供水发展有关问题分析[[Jl.城镇供水. 2001（2）：22-27.

[2]赵钰，徐征和.龙口市地下水信息化管理系统的应用研究[J].地下水，2010（4）：91-93.

[3]杨忠山.北京市地下水监测示范工程的建设和应用[J].地下水，2005，27（5）：385-386.

收稿日期：2016—05—12

*通讯作者：胡萍（1968-），女，工程师，从事机械电子应用工作。E-mail：956787221@qq.com。