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基于無線傳輸的供水自動化控制系統方案

      某水廠按功能分為兩部分，一部分是水源地；另一部分是水廠區，二者距離 2000m.水源地的任務是通過15臺深井泵對水廠區的蓄水池進行供水；而水廠區的任務是對水池的水進行消毒處理，達標后，通過加壓泵向市區管路進行恒壓供水.

      該廠有15口水源井（不含后期擴容井）及1 個水廠，水源井潛水泵電動機容量為××KW，配水廠內有配水泵房×座、清水池×座、變電站×個、加氯間×座，配水泵房內有×臺配水泵，其中×臺為變頻調速泵，×臺工頻泵，加氯間有×臺加氯機，另外配水管網設有×個遠端壓力測量點.

 

      為了充分、合理和科學地利用及調配水資源，提高工作效率；同時考慮到此項目中的水源地與水廠調度中心有一定的距離（2 km），采用主、從站PLC＋數傳電臺的數據傳輸方式，并以此為基礎搭建整個自來水廠的監控系統.

 

      同時針對水廠制供水過程的特點和對控制系統的功能要求，并根據該廠的具體情況，決定采用西門子的S7－200和300系列PLC完成整個系統的現場數據檢測、數據處理及計量以及水源地現場數據的采集與深井泵的控制.上位機軟件采用紫金橋軟件技術公司的e爾組態軟件3.6，它具有設計起點高、適應性強，應用面廣的特點，已經在國家“九五”項目、國家“863”計劃、CIMS示范工程中發揮了 重要作用.軟件的安全性、穩定性和 先進性都達到或超過了國內外同類軟件的水平.價格與國內外同類軟件相比更是有絕對的優勢，目前已經廣泛應用于供水、石化、煉油、冶金、電力、化工、汽車、環保、時政、交通、智能樓宇、水利等諸多行業.

 

水廠對控制系統的要求：

　　1、分散性

　　此水廠最大的特點是地域分散.水源地距離廠區2公里，同時各取水井之間相距500米以上，此外還要考慮到供水管網的各取壓點，這樣就造成整個系統I/O點分散，因此需要分布式的具有SCADA功能的控制系統.此外，控制功能也具有分散性，如各配水泵、水源井能分別地，互不影響地進行起動或停止控制.

 

2小型化、集成化

　　以水源井為例，泵房內通常只有一口井，對一臺泵的控制點數很少，對于管網測壓點也很少.因此為了降低系統造價，控制系統需要小型化、低成本同時性能穩定的PLC控制器.我們選用西門子的S7－200系列，它可以充分滿足工程的需要.

 

3集中監控

　　為了節省人力，降低噸水成本，水源井常常是無人值守，操作人需要在主控室對整個水廠管網、取水泵站進行集中監控.　

 

4 自適應性

　 水源井泵房內環境溫度一年四季變化很大，對于北方地區更是如此，此外供水量隨著季節和白天、夜晚有很大變化，控制系統應能適應環境和供水量的變化，保持穩定供水.

 

5 可擴展性

　　系統應采用具有一定標準及應用較為廣泛的軟硬件產品，并考慮一定的余量，為將來水廠的擴建及系統的變更打下基礎.

系統構成：

 

控制系統硬件

　　在控制系統中，用于各水源井泵站及配水泵房監控的PLC采用西門子的S7－200系列（具體視點數規模而定），主控室PLC采用西門子的S7－300系列，各泵房的變頻器、配電柜、傳感器、儀表不在此方案列舉.主控室操作站計算機選用研華P4工控機，推薦配置見下表 

　　 

控制系統監控組態軟件

　　水廠的人機監控系統由位于水廠主控室的兩套裝有E爾組態軟件的計算機操作站（一用一備）組成.同時可以在廠內各控制室、站或辦公室安裝客戶端，進行遠程、分布式監控.操作站安裝Windows2000操作系統作為E爾運行平臺.它可以提供監視、控制及數據采集等全部功能，是一個使用方便、可擴展性強、監控性能高的監控組態軟件.具有以下特點

1．網絡化體系結構 

2．高效性：具體體現在采集速度10ms以下、歷史精度為1ms、畫面刷新小于100ms、網絡通信延遲小于10ms 

3．獨有的畫面導航樹功能 

4．組件式結構，易于為用戶定制開發 

5．適用于大規模網絡化應用 

6．單機版便宜，網絡版客戶端價格低 

7．功能分層，可以在點一級、數據庫腳本、畫面腳本三個層面上實現你的計算式邏輯，前兩級計算可被多個用戶共享，后一級可以實現客戶端特有邏輯（一般用于畫面）

 

通過組態可以方便地由主站PLC中獲取整個監控系統的狀態參數及運行數據.可以實時監測水廠及水源地的各個現場數據、報警狀態；顯示與打印電流、壓力及流量等各種曲線及報表，并將數據存入實時數據庫中.此外，通過紫金橋強大的繪圖功能，可以使界面更友好、生動，且操作方便.通過人機交互，可以方便地控制整個系統的運行.

 

3．通訊

主、從站PLC的通信主要是完成水源地深井泵的控制及現場數據的采集.由于水源與水廠有一定的距離（2KM），采用無線數傳電臺進行數據傳輸具有費用較低、組網方便、數據量大、實時性要求高、覆蓋范圍在50公里以內建專網方式合算且不受制于人,十分適合城市供水的控制要求. 

控制系統功能

　　1.就地和遠程控制方式.各配水泵、輸水泵通過電氣控制柜上的選擇開關,可以選擇就地控制方式和遠程控制方式.遠程控制是通過主控室計算機操作站由主站PLC控制泵啟停，就地控制是用控制柜或現場操作箱上的按鈕控制泵的啟停.當PLC處于編程狀態或出現故障時可以采用就在控制方式.就地和遠程控制方式相互切換不會影響同時到泵的運行

 

2.互為備用.在控制系統的功能設計上，各配水泵、輸水泵都具有獨立的控制功能互為備用，相互之間既可以在自動控制方式下實現任意組合聯鎖控制，也可以地手動控制方式下獨立控制.同時中控室的兩臺操作站具有同等的功能且互為熱備，當一臺出現故障時也不會影響水廠的操作.

 

3. 出水壓力自動設定

　　配水管網的壓力損失大小隨著供水量的變化而不同，供水量越大壓力損失也越大.力了達到既滿足用戶對水壓穩定的要求又能實現節能降耗的目標，根據出水量、出水壓力及各測壓點壓力測量值，采用模糊控制的方法對出水壓力進行自動設定.

 

4. 豐富的畫面顯示功能

　　在主控室計算機操作站顯示的監控畫面有工藝流程主畫面、工藝流程分畫面、高低壓供電監控畫面、設備操作畫面、趨勢圖、調用菜單畫面、報警畫面、報表畫面、防盜報警畫面.操作人員通過調用這些畫面可以全面地了解水廠的運行情況，并且很方便地對設備操作.

 

5. 故障診斷與報警處理功能

　　在各設備的操作畫面中都列出其起動條件狀態，如：上電情況、通訊狀態、故障狀態、就地/遠程狀態、熱繼狀態等.記錄報警發生時的有關信息，如：故障標簽名稱、報警信息、故障報警時間、確認報警時間等，并對報警信息進行管理.

 

6. 報表功能

　　本系統輸出的報表有以下若干種，如輸水工藝參數日報表、配水工藝參數日報表、輸水工藝參數月報表、配水工藝參數月報表、水廠工藝參數年報表等等.

 

7. 遠程監控功能

　　 采用基于C/S(客戶/服務器)架構的組態軟件E爾3.6，可以實現了對水廠的遠程監控.操作人員可在中央控制室對生產過程進行監控，同時公司經理、廠長、工程師也可以在辦公室甚至家里監控水廠的運行情況.