水廠自控制系統(tǒng)

農村飲用水自控項目

技術解決方案Ver：1.0.0河南碧波源電子科技有限公司2017年9月TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1. 概述 1.\o"CurrentDocument"2. 系統(tǒng)功能 1\o"CurrentDocument"3. 系統(tǒng)設計原則 2\o"CurrentDocument"3.1. 高可靠性 2\o"CurrentDocument"3.2. 先進性 2\o"CurrentDocument"3.3. 開放性 3\o"CurrentDocument"3.4. 實用性 3\o"CurrentDocument"3.5. 規(guī)范化 3\o"CurrentDocument"3.6. 網絡化 3\o"CurrentDocument"3.7. 可維護性 3\o"CurrentDocument"3.8. 可擴展性 3\o"CurrentDocument"4. 設備組成 4\o"CurrentDocument"4.1. 值班室計算機監(jiān)控中心 4\o"CurrentDocument"4.2. 廠區(qū)深井監(jiān)控站 5\o"CurrentDocument"4.3. 水廠監(jiān)控站 7\o"CurrentDocument"4.4. 視頻監(jiān)控 10\o"CurrentDocument"5. 軟件功能 12\o"CurrentDocument"5.1. 通信功能 12\o"CurrentDocument"5.2. 數據管理功能 12\o"CurrentDocument"5.3. 報表生成和打印功能 12\o"CurrentDocument"5.4. 檢測和報警功能 13\o"CurrentDocument"5.5. 事件處理功能 13\o"CurrentDocument"5.6. 系統(tǒng)用戶安全性設置 14\o"CurrentDocument"5.7. 系統(tǒng)調度指令功能 14\o"CurrentDocument"5.8. 部分功能截圖 141.概述村鎮(zhèn)集中供水廠自動化控制系統(tǒng)由值班室計算機監(jiān)控系統(tǒng)、水源井測控系統(tǒng)、二氧化氯消毒系統(tǒng)、二次變頻恒壓供水系統(tǒng)、水質在線監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)六部分組成。值班室計算機監(jiān)控中心是整個供水系統(tǒng)的監(jiān)測和控制中心，可以對整個供水過程進行全方位監(jiān)控和調度。水源井測控系統(tǒng)實現(xiàn)取水潛水泵的開?？刂?，井下水位的監(jiān)測，井泵電壓、電流的采集，并通過無線或有線方式與值班室計算機監(jiān)控中心進行通訊。二氧化氯消毒系統(tǒng)主要實現(xiàn)二氧化氯的生成和投加，并能依據供水出口的余氯數據自動調節(jié)投加量。二次變頻恒壓供水系統(tǒng)以變頻方式實現(xiàn)二次恒壓供水，根據反饋的壓力數據自動完成加壓泵的工頻、變頻、停止控制。水質在線監(jiān)測系統(tǒng)主要實現(xiàn)對PH值、余氯、濁度、電導率等水質參數的監(jiān)測。視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對重要區(qū)域的實時監(jiān)控，可以控制云臺的轉動和鏡頭的變焦，并能對圖像進行存儲和處理。2.系統(tǒng)功能通訊功能：系統(tǒng)支持有線（RS485、電話撥號、雙絞線以太網）和無線（230M無線、GPRS無線、微波）多種通訊方式，能用多種手段將水源取水系統(tǒng)、管網測壓系統(tǒng)、大用戶測流系統(tǒng)和水廠本地系統(tǒng)與值班室計算機監(jiān)控中心建立通訊。監(jiān)測功能：值班室能實時監(jiān)測水源井的動靜水位，井泵的電壓、電流、開停狀態(tài)，加壓泵的電壓、電流、開停狀態(tài)，清水池水位，出廠水壓力、余氯、流量、PH值等數據?？刂乒δ埽嚎赏ㄟ^值班室計算機控制水源井泵和加壓泵的啟停，也可控制二次變頻恒壓供水系統(tǒng)的啟停及管網運行壓力。變頻恒壓供水：將管網出口壓力與設定壓力進行PID運算，通過PID運算結果來調節(jié)變頻器的輸出頻率，以此實現(xiàn)對管網出口壓力的調節(jié)。軟啟控制：對加壓泵、井泵實現(xiàn)降壓啟動，以減小對電網的沖擊、干擾，延長泵和電機的使用壽命，保證整個供水系統(tǒng)安全運行。水質在線監(jiān)測：可通過值班室計算機實時觀察和記錄出廠水余氯、濁度、PH等水質數據。消毒處理：通過投加二氧化氯，對出廠水進行消毒處理，使水質達到飲用水標準。視頻監(jiān)視：對水廠廠區(qū)重要區(qū)域進行監(jiān)控，實時直觀的觀察供水設備現(xiàn)場運行情況，保障安全供水。必要時還可以翻看歷史影像信息，為尋找事故原因提供重要手段。井房防盜：有人闖入井房內，或突然掉電，系統(tǒng)將及時向值班室發(fā)送報警信息，提醒用戶某井房有異常情況。報警功能：對異常數據和異常事件進行記錄和報警，如：水位越限、壓力越限等。數據存儲：對系統(tǒng)采集到的所有數據進行保存，保存時間大于10年。數據顯示：對采集到的各種數據，按要求以不同的形式進行顯示，顯示方式為畫面、表格、圖像等不同形式，并可用顏色和符號表明數據性質。報表打?。簩Σ杉降臄祿凑沼脩粢蟮膱蟊砀袷缴蓤蟊?。3.系統(tǒng)設計原則高可靠性選用國際上可靠性商品化、符合工業(yè)級標準的成熟定型產品，如測量點RTU,通訊選用目前使用中認為質量、通訊速度和效果、功能等最好的GPRS模塊。無論從設備選型、系統(tǒng)設計、施工質量上，還是售后服務上我們都力求是本工程為免維護和少維護系統(tǒng)。先進性首先，我們從設備選型上，選用成熟且先進的產品，設備制造商有一定規(guī)模，如計算機選擇業(yè)界公認的研華工業(yè)計算機，組態(tài)軟件選擇已經經過多年用戶考驗過的調度軟件，不但組態(tài)全面豐富、配置靈活、報表功能強大，還支持各種數據庫、通訊方式、網絡查詢等；其次，我們從設計上采用目前國內（國際）上認為最先進、最好的手段和方法，如支持多種通訊的組網方法、軟件多種安全防護、組態(tài)功能畫面、優(yōu)化調度等等。我們保證系統(tǒng)采用國際上先進且成熟的技術，系統(tǒng)設計上考慮前瞻性。開放性本系統(tǒng)設計為開放式結構。首先硬件上選用國際國內規(guī)模很大的廠商，具有良好的擴展性，將來如有功能變化，無論是增加功能，還是改變功能都很容易實現(xiàn)。實用性生動、豐富的組態(tài)畫面和圖像控制技術，顯示直觀、名了，方便；事件（如報警，超界、斷電等）發(fā)生時，系統(tǒng)立即彈出報警窗口，并有提示或聲光報警。內嵌通用的標準通信軟件，如網絡通訊、串口通訊（如MODBUS）等；規(guī)范化系統(tǒng)全部采用并執(zhí)行了國際保準、國家保準和相應的規(guī)范。如：現(xiàn)場檢測控制柜采用IEC439《低壓開關設備和控制設備組件》和GS7251.1-1997《低壓開關成套設備》；壓力等傳感器的外殼防護執(zhí)行IEC529《外殼防護等級》等等。網絡化系統(tǒng)網絡組成機構采用目前廣泛應用的無線網、局域網和互聯(lián)網等成熟可靠的計算機網絡技術。所有網絡設備均采用國內外知名品牌，如GPRS模塊選用目前使用中認為質量、通訊效果、通訊速度、功能等做好的產品。可維護性上位機系統(tǒng)選擇開放的操作系統(tǒng)（Windows2000Server版），數據庫選用SQLServer和應用組態(tài)軟件，RTU采用通用芯片和嵌入式計算機系統(tǒng)及通用編程方法，一般技術人員通過培訓或自學都可以掌握，大大增加了系統(tǒng)的可維護性、可擴展性、易用性等?？蓴U展性擴展時對現(xiàn)行的設備及軟件重新設置的要求做??；擴展或修改時不降低系統(tǒng)的可靠性、可用性及安全性。系統(tǒng)的擴展性分硬件和軟件，一般來說軟硬件的可擴展性，取決于所選的設備、系統(tǒng)結構設計、軟件水平。3.8.1.系統(tǒng)硬件的可擴展性硬件設備包括RTU及儀表等設備，都必須要求具有可擴展，硬件設備不需要修改、增加擴展模塊或很少修改、增加擴展模塊，就能適應重設、功能變換等要求。對于RTU,我們預留30-50%以上的采集端口，將來現(xiàn)場采集量有變化或增加時，無需變動RTU硬件，只需修改上位機組態(tài)的配置即可，如檢壓終端，我們除了能后采集壓力、流量、水位等模擬量和防盜、報警等開關量的采集等。把目前能想到的都考慮到，并預留，大大地增加了硬件的擴展性。系統(tǒng)軟件的可擴展性軟件的可擴展性比硬件更難，要充分考慮將來可能會遇到的各種情況，預留接口或模塊形式，同時要考慮一旦預留接口或模塊被使用或修改，不能影響整個系統(tǒng)及其應用。對于調度中心的上位機組態(tài)軟件，我們采用經過多年使用、完善的具有網絡檢查和標準瀏覽器形式的自來水調度組態(tài)軟件，用戶可以進行簡單二次開發(fā)、報表制定、參數配置等用戶化，更能適應和貼切具體用戶的實際應用，具有極強的可擴展性。軟件系統(tǒng)都有多極權限和獨立的安全模塊。特別值得提出的是RTU,其軟件可擴展性一般不容易做到，我們采用和硬件預留點結合，全部編程，無需修改和增加投資，用戶自己都可以實現(xiàn)其擴展功能。支持多種通訊方式系統(tǒng)能采用各種通訊媒介和方式（包括RS485、超短波、擴頻微波、PSDN、GPRS、CDMA、光纖、局域網和公用數據網）。目前我們的調度軟件，已經具備多種通訊功能。網絡版就基于局域網、互聯(lián)網的結構，通訊方式支持有線（超短波、擴頻微波、GPRS、CDMAX、無線網橋等），而且可以多種通訊方式混用，例如網絡查詢采用局域網或互聯(lián)網，遠程測壓點、大戶計量等采用電臺通訊，電臺通訊受限制（飛機場、軍事基地附近）的可用GPRS、CDMAX或PSDN，需要實時視頻圖像監(jiān)控的重要地點可用光纖或無線網橋，水廠內部可以采用工業(yè)現(xiàn)場總線等等，這些通訊可以在同一個系統(tǒng)內同時使用。4.設備組成值班室計算機監(jiān)控中心值班室監(jiān)控中心是指揮整個供水系統(tǒng)有序、高效運行的職能部門，了解現(xiàn)場運行數據、設備運行狀態(tài)，對他們至關重要。主要有以下設備組成：調度操作計算機：視頻監(jiān)控計算機：打印機：大尺寸液晶顯示屏：UPS電源：4.2.廠區(qū)深井監(jiān)控站實現(xiàn)的功能：采集水井的動靜水位；采集水泵電機相關的電量參數(三相電壓、三相電流、電度);泵的運行、停止指示；控制水泵的啟動和停止；實現(xiàn)水泵工頻軟啟動；需要的設備：深井水位計：測量井下水位深度，輸出4~20mA信號連接到井房監(jiān)控終端的模擬量接口上。三相電能表：測量泵運行時三相電壓、三相電流、電量數據，輸出RS485信號連接到井房監(jiān)控終端上?？刂乒瘢嚎刂扑玫拈_啟或停止，有本地、遠程兩種控制方式，同時還可進行過載、斷相保護；遠程控制功能有遙信、遙控信號連接到井房監(jiān)控終端的相應接口。工頻軟啟動柜：具有控制柜的所有功能，同時還實現(xiàn)了水泵的軟啟動。井房監(jiān)控終端：采集與之相連的儀表數據，計算處理后通過遠程信道將數據傳輸到水廠監(jiān)控中心；接收水廠監(jiān)控中心通過遠程信道發(fā)來的控制指令，并轉化成控制信號。以下對井房監(jiān)控終端、工頻軟啟動柜、控制柜進行重點論述。4.2.1.井房監(jiān)控終端資源配置：1?模擬輸入：用于水位、壓力、瞬時流量等傳感信號檢測，4?20mA/0~5V,4路2.控制輸出：控制水泵開停，AC220V，5A，4路3?遙信輸入：用于檢測控制柜工作狀態(tài)，8路4.RS485接口：用于抄讀電表、電子流量計等設備數據，2路5.掉電檢測：檢測AC380V三相四線電源是否斷相、掉電，1路

6?防盜輸入：可接紅外微波雙鑒報警器、報警開關、門磁，2路后備電池：主電源掉電后供電10min遠程通訊方式：電臺、電話撥號、GPRS、CDMA、TCP/IP、光纖可選終端外觀：4.2.2.工頻軟啟動柜電氣圖：—二次原理接線—二次原理接線主回路圖二次回路圖主回路圖二次回路圖K蠶siS—SB1E—1SB2—K蠶siS—SB1E—1SB2—\L3QFKAS4;：521KMKArKH水泵工頻軟啟動控制系統(tǒng)圖水泵共計1臺，系統(tǒng)控制原則：1.三相電流單獨指示2?三相電壓由轉換開關選擇指示3.對電機進行熱過載保護4?使用軟起動器平滑啟動電機，減小對電網的沖擊，節(jié)省變壓器所需容量5?水泵監(jiān)控終端完成對水泵的遠程測控（RTU）功能

4?2?3?水泵控制柜電氣圖：水泵直接啟動控制系統(tǒng)圖水泵共計1臺，系統(tǒng)控制原則：1.三相電流單獨指示2?三相電壓由轉換開關選擇指示3.對電機進行熱過載保護4?或水泵監(jiān)控終端完成對水泵的遠程測控（RTU）功能4.3.水廠監(jiān)控站現(xiàn)場情況水源進入水廠后，經過加氯、加藥、沉淀、過濾等工藝處理后，再經加壓泵送入到管網。水處理工藝依據不同水源而改變，如：井水水源加氯后就可直接送入管網；地表水則需要復雜的處理工藝。水廠自控系統(tǒng)主要實現(xiàn)對重要生產工藝參數的采集與監(jiān)視，對加氯、加藥、過濾、加壓泵等設備的遠程啟停控制，及部分設備的閉環(huán)控制。實現(xiàn)的功能：遙測數據采集清水池水位、余氯、PH值、出廠水壓力、流量等數據；采集配電三相電壓、電流、電量數據；采集加壓泵運行三相電壓、電流數據；遙信遙控遠程手動控制加壓泵的啟停，及相應閥門的開閉；實現(xiàn)自動閉環(huán)橫壓供水控制；在手動狀態(tài)下實現(xiàn)加壓泵的工頻軟啟動；視頻監(jiān)控實現(xiàn)對清水池、加氯間、低壓配電間等重要位置的視頻監(jiān)控；需要的設備：水位計：測量清水池水位深度，輸出4~20mA信號連接到監(jiān)控終端的模擬量接口上。壓力變送器：測量管網出口壓力，輸出4~20mA信號連接到監(jiān)控終端的模擬量接口上。流量計：測量管網出口瞬時水量和累計水量，輸出RS485信號連接到監(jiān)控終端上。三相電能表：測量三相配電及泵運行時三相電壓、三相電流、電量數據，輸出RS485信號連接到監(jiān)控終端上。余氯儀：測量出廠水余氯含量，通過485線連接到監(jiān)控終端的接口上。PH儀：測量水酸堿度，通過485線連接到監(jiān)控終端的接口上。工頻軟啟動柜：實現(xiàn)水泵的軟啟動過程，控制水泵的開啟或停止，有本地、遠程兩種控制方式，同時還可進行過載、斷相保護；遠程控制功能有遙信、遙控信號連接到監(jiān)控終端的相應接口。變頻調速柜：實現(xiàn)水泵的軟啟動過程，控制水泵的開啟或停止，有本地、遠程兩種控制方式，同時還可進行過載、斷相保護；遠程控制功能有遙信、遙控信號連接到監(jiān)控終端的相應接口。PLC控制器：采集與之相連的儀表數據，計算處理后通過本地信道將數據傳輸到水廠監(jiān)控中心；接收水廠監(jiān)控中心發(fā)來的控制指令，并轉化成控制信號；實現(xiàn)加壓泵的閉環(huán)變頻控制。監(jiān)控軟件：見軟件系統(tǒng)功能。閉環(huán)控制主要實現(xiàn)以下功能：三臺二級加壓泵，配置變頻器及軟啟動器各一臺，正常供水時使用變頻器，變頻器一拖三運行，當變頻器出現(xiàn)問題時使用軟啟動器，軟啟動器一拖三運行，保證安全供水。水泵與出口電/手動閥門聯(lián)動，保證系統(tǒng)安全運行。應用PLC進行智能程序控制，控制柜中PLC根據管網出口壓力值與設定值進行比較，完成PID運算，實現(xiàn)恒壓供水。變頻器先啟動1#泵變頻運行，當出口壓力＜實際壓力時，變頻器提高轉速加大泵供水能力，保持出口壓力不變，當1#泵達到滿負荷，系統(tǒng)檢測2-3分鐘，還達不到出口設定壓力值時，自動把1#泵投到工頻，進行工頻運行，然后自動啟動2#泵作變頻運行，如壓力還不能滿足供水壓力，系統(tǒng)檢測2-3分鐘，系統(tǒng)把2#泵投到工頻，啟動3#泵作變頻運行……；當PLC檢測出口壓力＞設定值時，系統(tǒng)檢測2-3分鐘，系統(tǒng)根據先起先停的原則，把1#泵停下，以此類推，把2#泵停下，3#泵變頻運行維持壓力恒定……，泵投切無需值班人員干預。當變頻設備故障時，可方便的對水泵進行手動控制。晚間用水量小時，可采用一臺小泵供水，減少用電量。使用變頻及軟起動器可減少水泵及機械設備沖擊，延長水泵的壽命，減少水泵及管道維護量。加壓泵與清水池水位聯(lián)鎖，當水位低于設定的下限時停泵，避免泵在無水時空轉?？刂乒癜惭b在線壓力、水位顯示控制儀表。

4?3?1?變頻調速柜主控制電氣圖：I.-'|.'水泵變頻控制系統(tǒng)圖I.-'|.'水泵變頻控制系統(tǒng)圖4.4.視頻監(jiān)控每個需監(jiān)視場所為一個監(jiān)控點，配置一臺一體化日夜兩用型攝像機，可以通過變焦（值班室為廣角鏡頭）調節(jié)畫面，對任意局部進行放大，便于仔細觀察。配置一臺網絡視頻服務器，完成數據編碼、傳送。另外需配置相應的解碼器、攝像機防護罩、支架等。結構圖如下:

酸輪圭機監(jiān)控中七酸輪圭機監(jiān)控中七視頻監(jiān)控目標?系統(tǒng)能自動地通過攝像機進行攝錄，進行無終止監(jiān)視。系統(tǒng)平時的工作方式為各攝像機循環(huán)掃描全面監(jiān)控，監(jiān)控人員可以任意放大觀看任意攝像機的畫面。每天不同的時段、星期幾、每月的幾日到幾日，可以有不同的設置參數，即系統(tǒng)可以按時間劃分不同的工作模式。?通過調整攝像機，可以清楚地看到視場中的情況，分辨出進出物體。?錄入的圖像數字化壓縮存貯在計算機硬盤里，壓縮比可用軟件進行調整。存貯的圖像文件自動循環(huán)刪除，硬盤中圖像文件保留的時間取決于：硬盤空間大小、圖像分辨率、圖像壓縮比、掃描切換時間等，系統(tǒng)可以日復一日，年復一年地無休止工作。還可以根據用戶需要，加大硬盤以擴展存儲周期，或增加其他外存設備。?系統(tǒng)可以隨時方便、即時地檢索、回放記錄存貯的圖像，如可按時間、地點（鏡頭）或圖像文件進行檢索和回放?；胤艌D像穩(wěn)定、清晰，可反復讀寫，不存在傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中所存在的錄像帶的信號衰減和磨損問題。?系統(tǒng)利用計算機強大的圖像處理功能，可對采集的圖像進行處理，包括畫面修改、編輯、調節(jié)、放大、縮小以及打印等等；也可以將圖像保存為通用數據文件格式，用其他專業(yè)圖像處理軟件進行處理。?全數字智能監(jiān)控系統(tǒng)有安全密碼,沒有權限的人員將不能對監(jiān)控系統(tǒng)進行查詢、設置系統(tǒng)、刪除文件等操作。系統(tǒng)一旦遇到意外斷電時，可以自動恢復工作。?系統(tǒng)可以與其他計算機聯(lián)網。?計算機可以同時存儲并顯示來自1-16個攝像機所捕獲的全部動態(tài)畫面。?該系統(tǒng)克服傳統(tǒng)系統(tǒng)的不足，具有良好的人機界面，使操作更加簡單易學，更加直觀，日常維護更加容易。系統(tǒng)設置簡單直觀，可以根據時間、日期及報警輸入等的具體要求，對每一個攝像機的記錄情況進行設定。5.軟件功能通信功能系統(tǒng)通過有線和無線通信方式，水廠中控室與監(jiān)控站之間采用RS485工業(yè)現(xiàn)場總線。中控室與深井監(jiān)控站、用戶流量監(jiān)測站及管網末端監(jiān)測站之間采用GPRS/230M無線通訊方式。數據管理功能數據存檔功能中控室對采集到的水廠、各壓力、泵站監(jiān)測點的各種數據，按照類型、名稱、屬性、時序等特征分類，建立各種必須的數據庫。這些數據庫是開放性的平臺，支持大多數的軟件系統(tǒng)，例如：GIS系統(tǒng)、管網模型系統(tǒng)、調度支持決策系統(tǒng)等，并具有良好的與各種硬件的兼容性能。數據顯示功能數據顯示功能是調度中心站對采集到的各種數據，按要求以不同的形式進行顯示，顯示方式為畫面、表格、圖像等不同形式，并可用顏色和符號表明數據性質。如各種動態(tài)的組態(tài)畫面、報表、曲線、圖標等。數據處理功能數據處理功能是調度系統(tǒng)對存放在數據庫中的數據，進行最大值、最小值、平均值、前差值、積累值、和其它各種特殊的運算處理、統(tǒng)計分析。經過處理的數據給據需要，生成各類報表、趨勢曲線、使用圖表，包括即時報表、班報、月報、年報、各類趨勢曲線、棒狀圖等等。這些報表、曲線、圖表可根據需要隨時打印成操作日志。5.3.報表生成和打印功能調度系統(tǒng)的軟件具備報表自動生成和用戶定制功能，即操作人員利用系統(tǒng)提供的使用程序，以及WINDOWSEXCEL，通過簡單的人機對話，就可以完成報表的制作工作，并具有定時打印和是隨時打印的功能。5.4.檢測和報警功能5.4.1.檢測功能在調度系統(tǒng)的顯示屏上以組態(tài)畫面、報表、圖像的形式動態(tài)顯示調度系統(tǒng)的參數。顯示屏幕上可以顯示當前檢測數據，亦可查詢方式顯示歷史數據（趨勢曲線）。顯示畫面，可以通過不同數據量定義不同顏色或數據量值不同定義不同顏色，例如越界數據和報警定義紅色、正常數據定義綠色，管線水流定義淡藍色等等。通過顏色變化、百分比、色標填充等手段增強了畫面的可視性和用戶的個性化。5.4.2.檢測畫面檢測畫面包括水廠、各綜合檢測點、生活管網檢測點的相關參數圖、管網運行狀態(tài)圖、報警畫面、各類參數趨勢圖、棒狀圖等。調度系統(tǒng)在顯示屏上的監(jiān)視畫面上，還可以通過轉換設備將所有畫面?zhèn)魉偷紻LP、投