基于龙江水厂农村饮水安全工程自动化监控系统改造的研究

2022-08-25房媛王铭铭

科学与信息化 2022年16期

房媛王铭铭

安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院安徽合肥 2300888

引言

安全饮用水是指个人终身饮用，也不会对健康产生明显危害的饮用水[1]。农村饮水安全工程对保障农村人民群众的生活质量和健康安全具有重要意义[2]，是巩固提升实现乡村振兴战略，实现城乡基本公共服务均等化的重要工作，也是提升农村群众生活质量的重要基础保障[3]。信息化技术在农村饮水安全监管中的应用是解决农村饮水安全问题的必要手段[4]，是提升净水厂运维管控的智能化水平和可靠程度，辅助提升物理水厂的高效、科学决策，进而进一步达到节约高效、安全稳定供水的目的[5]。为进一步提升龙江水厂供水监管能力，做好示范作用，保障供水安全，特开展水厂自动化系统监控升级改造，用信息化技术促进水厂监管自动化、信息化与智能化。

1 现状与需求

龙江供水公司供应东至县经济开发区和香隅镇村等生产、生活用水，设计供水能力为4万t/d，2019年投资1.47亿元，新建6万t/d生活用水水厂。

1.1 水厂概况

厂区包括长江口取水泵房、沉淀池、滤池、反冲洗水塔、加药间、加氯间、清水库和送水泵房，远程泵站包括茅屋浏增压站和东至配水站。水厂水源为长江，取水点位于距水厂约700m处的长江岸边，已建固定泵房，建有4台取水泵，分别配有PLC控制柜，均为软启方式，未进行远程控制建设。制水工程包括加药、沉淀池、滤池、净水池、加氯、供水泵房等部分，其中加药泵为软启动方式，PLC自动控制柜已失效；8组滤池原水阀、清水阀、冲洗阀、排水阀等已建有状态监测，但数据未接入中控室，阀为手动控制；加氯泵已建启停监测与漏氯报警，数据未计入中控室；送水泵房共有6台供水泵，其中2台为变频控制，PLC控制柜故障，供水汇总管道已建出水流量监控。水厂加压泵站位于8km外的茅屋浏加压泵房，共有7台泵，其中4台泵（变频控制）负责香隅镇供水，3台泵用于东至县补水。水厂已建视频监控，目前仅3个探头可用，分别为水厂厂区大门、加药大门、加氯大门。水厂信息化系统建设起步较早，2007年已做组态系统，并经过多次改造。软件功能主要包括：水质、取水泵房水位、电流；开关机启停（目前已无法使用）；反冲洗泵控制等。因应用时间较长，目前已难以高效稳定运行。

1.2 存在问题

龙江水厂建成较早，并经过多次局部改造，已具备了良好的基础，但前期多注重基础建设，对于自动化监测体系而言，仍然有些地方需要进一步改进与完善。

1.2.1 取水工程方面。取水泵房水泵控制部分设备运行时间已到生命周期，PLC控制系统无法长期稳定工作，未开展远程控制建设，流量、压力等信息未进行监测，无法实现取水泵房运行监视、监测与控制。

1.2.2 制水/送水工程信息化建设方面。沉淀池、滤池、清水库等视频、水位缺少监测，加药设备未实现远程控制，加药、加氯、送水泵房等未进行视频监控建设，供水水泵、滤池阀、加药泵等未实现远程控制。

1.2.3 加压泵站信息化建设方面。加压泵站水泵控制部分使用周期长，自动化程度不足，未开展远程控制建设，流量、压力等信息监测不足，无法实现对加压泵房运行的监视、监测与控制。

1.2.4 中控室建设方面。中控室存在已做组态系统部分内容不全、停用、失效、废弃等问题。

1.3 需求分析

1.3.1 取水工程需求。取水泵房需要增加水泵运行电流、电压监测功能模块和远传接口；增加安装水泵出口压力变送器；根据需要增加取水泵房PLC模块，实现所有取水泵运行状态的监控和设备的启停功能；由于取水泵房近期新建，考虑对现有PLC模块进行扩容。

1.3.2 制水/送水工程信息化建设需求。滤池控制系统建设年久失修，产品配件缺失，需要将现有滤池控制柜废除，更换控制柜，将原有的8台控制柜整合成1台PLC控制柜。进水总管流量计、加氯加药设备、平流沉淀池设备等的控制信号全部纳入滤池控制柜。在每座滤池增加超声波液位计，采集反冲洗水塔液位，滤池控制柜根据滤池液位、反冲洗水塔液位实现滤池自动反冲洗功能。

送水泵房控制系统需要安装贴服式流量计，并做好流量计井，流量计信号接入滤池PLC控制柜，增加水泵运行电流、电压监测功能模块和远传接口；需要增加安装水泵出口压力变送器；根据需要增加送水泵房PLC模块，实现所有送水泵运行状态的监控和设备的启停。

水厂进水装置需要增加安装进水流量，在厂区内总管安装贴服式流量计，并做好流量计井，流量计信号接入滤池PLC控制柜。出水利用现有出厂流量计，将现有流量计信号传输至水厂控制中心。

1.3.3 加压泵站信息化建设需求。加压泵站需要增加水泵运行电流、电压监测功能模块及远传接口；增加安装水泵出口压力变送器；由于增压泵站水泵现有PLC为老旧淘汰设备，考虑重新设计PLC柜完成泵站的监控功能，实现所有增压泵站水泵运行状态的监控和设备的启停功能。需要开通加压泵站有线网络，水泵控制系统通过有线公网和监控中心进行通信。

1.3.4 中控室建设需求。需要搭建一个高速、稳定的通信网络，根据目前水厂主流的控制网络技术，计划选择光纤以太网为全厂自控网络。水厂流程全过程监控需要对厂内工艺设备的电气控制柜进行改造，增加电气远程监控接口，进而完成PLC站的修复、IO模块的增加及监控信号的接入，实现生产工艺设备的运行状态的监控。

2 水厂自动化监控体系建设

基于饮水厂安全管控需求，采用物联网、自动化等先进技术，对整个厂区的取水、制水、配水工艺流程的实时监控，提供给工作人员一个简单直接的展示界面。同时监控系统还对设备的运行状态进行实时的监测与分析，设备的工况参数、运行状态、故障信息等以图表的方式展示给工作人员，为监管人员科学管控提供决策支撑。健全水厂自动控制系统，实现水厂集中远程控制，打造水厂一体化智能监控体系。

2.1 水厂取水自动化监控组网架构

水厂信息监控由信息采集模块、控制单元、传输模块、存储展示模块等部分组成，其中信息采集包括水量、压力、水泵运行状态、视频等信息，数据传输根据监测对象可分为远程监测与现场监测，对于不在厂区内的取水口、加压站、分支管网等站点需采用无线传输的方式进行信息监测；对于厂区内的信息可通过光纤、屏蔽线直连的方式进行数据采集与监测。此外，水厂监测信息存储可由中控设备进行各类数据汇总采集，并由数据中转站统一上传至省级平台。视频监控数据落地于各水厂，省级平台通过流媒体点播服务的方式进行调看。

2.2 取水工程自动化监控

龙江水厂取水工程包括取水池、取水泵机组、积水井潜水泵、电气控制柜、PLC控制柜、取水管道等。已建自动化控制系统，4组取水泵已实现现地软启方式控制。取水工程监测与控制方案包括取水泵房电气控制柜改造、 PLC控制柜改造、感知设备增加、视频监控增加、网络通过光纤实现与水厂中控室的互联。

2.3 配水/供水工程自动化监控

水厂配水/供水工程自动化系统主要包括加药间、沉淀池、滤池、清水池、加氯间、送水泵房等区域设备的监测与控制，从而实现对水厂制水工艺的全流程监管。

2.3.1 加药设备监测与控制。加药间主要由加药泵（2组）及PLC控制柜、搅拌机（3组）及控制柜、加药池、搅拌池等部分组成。加药间监测与控制方案包括加药间PLC控制柜改造、视频监控、感知设备增加、网络通过光纤实现与水厂中控室的互联。

2.3.2 过滤设备监测与控制。过滤设施自动化控制系统由8个测控PLC分站、相关8个原水阀、8个清水阀、8个冲洗阀、8个排水阀等部分组成。实现进水、处理、反冲洗等操作过程，目前已实现4类阀门的远程控制。过滤设备监测与控制方案包括 PLC控制柜改造、滤格液位监测增加、视频监控增加、阀门开关状态监测、对加氯设备、平流沉淀池设备等的控制信号全部纳入滤池控制柜。

2.3.3 消毒设备监测与控制。加氯是最常见的消毒方式，龙江水厂采用带压自动加氯装置进行加氯消毒，有手动调节阀，可对加氯量进行调节。加氯设备监测与控制方案为将现有漏氯报警仪信号接入滤池控制柜，实现漏氯自动报警；在加氯间入口处增加人员进出红外报警器，将报警信号接入到滤池控制柜。

2.3.4 送水设备监测与控制。龙江水厂供水泵站由6台供水泵及相关自动化PLC控制柜组成，其中2台泵向香隅化工园供水，4台泵向茅屋浏加压泵房供水。送水设备监测与控制方案包括PLC控制柜改造、感知设备增加、视频监控增加、网络通过光纤实现与水厂中控室的互联。

2.4 茅屋浏加压泵站自动化监控

茅屋浏泵站共有7台泵，4台向东至配水泵站供水，3台向香隅镇供水，所有加压泵均为现地人工控制。加压站现场存在临时布线，需整改，PLC控制柜需要整改或更换。送水设备监测与控制方案为PLC控制柜改造、感知设备增加、排水设备增加、排气设备增加、视频监控增加、网络互联网实现与水厂中控室间的通讯与交互。

2.5 水厂中控室改造与提升

水厂中控室是汇总设备采集信息、显示水厂运行状态、实现远程集中控制的枢纽，是为水厂提供监视、控制、展示、会商为一体的多功能控制室。从硬件配备上来说，中控室包含工控机、信息显示大屏等主要设备。中控室改造因水厂原有中控室设备陈旧，已无法正常工作，本次拟对其进行改造，主要包括：原有旧机柜、吊顶、隔断等设施设备的拆除工程；水、电、网、防静电地板及墙面等基础工程完善；触控大屏、工控机、交换机等中控室信息化建设；数据采集、实时监控、实时报警、数据存储、实时画面编辑、统计分析、供水调度、报表管理等中控系统软件建设。