李靜瑜

供水廠自動監(jiān)控系統(tǒng)改造實例

李靜瑜

（承德市小水電技術開發(fā)服務中心，河北承德067000）

隨著縣城供水范圍不斷擴大，供水區(qū)域分散、新舊管網交錯等問題凸顯。為保障供水水源質量、穩(wěn)定性和安全性，提高供水效率，可以通過自動化改造建立全新的水廠運行控制管理模式，以實現(xiàn)上述目標。

供水廠；監(jiān)控系統(tǒng)；改造

隨著河北省隆化縣城規(guī)模的不斷擴大，縣城人口不斷增加。20世紀90年代中期全縣供水在5 000戶左右，現(xiàn)已超過2萬戶，由此在縣城供水方面出現(xiàn)了范圍不斷擴大、區(qū)域分散、新舊管網交錯等問題，同時人民生活水平的提高也對供水水源質量、穩(wěn)定性和安全性提出了更高的要求。因此，為滿足水廠建設運行的新要求，可以通過可靠的自動化改造建成全新的控制管理模式。

1　改造目標和任務

1.1改造目標

供水廠通過對水源地實現(xiàn)視頻監(jiān)控、對水源井以PLC介入抽水控制、對加壓泵房進行自動化升級、對凈水設備納入上位機監(jiān)控，實現(xiàn)供水的全過程控制。通過實時監(jiān)控水源地自然環(huán)境、水源井、凈水設備、水質監(jiān)測、加壓泵房和供水管網的運行參數(shù)，同時動態(tài)控制水源井、加壓泵房、凈水設備等的運行，使整個系統(tǒng)管網水壓保持最佳的分布和狀態(tài)，水質達到國家標準要求，水量滿足人民群眾生產生活需求，從而為居民提供高質量的供水服務、減少水源損失、延長管網壽命，最終提高整個供水服務的綜合效益。

1.2改造任務

本供水自動監(jiān)控系統(tǒng)的改造對象是隆化縣老水廠。自動監(jiān)控系統(tǒng)改造就是對4口水源井、1個供水泵站（包含6臺離心泵）、1個清水蓄水池及相應輸水管路組成的系統(tǒng)進行自動化改造。通過對整個系統(tǒng)進行自動化升級，實現(xiàn)水廠集中調度，最終建立高效運行的供水管理，形成少人值班、自動化智能控制為主、人為輔助控制應急為輔的現(xiàn)代水廠管理體系，以達到對水廠實現(xiàn)中心監(jiān)控、對故障智能分類、對事故分散處理、對供水網遠程監(jiān)測的目的。

2　改造主要內容

2.1數(shù)據采集方面

采用SIEMENS300系列PLC作為系統(tǒng)配置的基礎，對老水廠的繼電器控制方式進行改造。SIEMENS300系列包含電源模塊1塊，CPU模塊1塊，以太網模塊1塊，開關量輸入模塊2塊，開關量輸出模塊2塊，模擬量輸入模塊1塊，模擬量輸出模塊1塊。在電氣控制室增加一面PLC控制柜，將接觸器、繼電器、傳感器等的信號采集和接觸器控制全部重新布線，接入PLC系統(tǒng)。PLC是可編程的邏輯控制器，通過開關量和模擬量等進行數(shù)據采集，并通過事先設定好的程序在其內部進行邏輯運算，以開關量和模擬量輸出模塊控制各種類型設備的運行。它避免了繼電器控制復雜、故障率高、靈活性差的問題，同時具有微機的特點?，F(xiàn)場技術人員通過對PLC設定程序，直接對不同的工程現(xiàn)場進行靈活的控制。各個站點的PLC布置如下：開關量輸入模塊負責采集泵的運行狀態(tài)、閥門的開關情況、加氯設備的運行故障狀態(tài)等；開關量輸出模塊用來輸出控制命令，如水源地水源井水泵的投入和撤出、變頻的啟?？刂萍昂銐嚎刂?、泵房內集水坑水位的自動控制、閥門的自動控制等；模擬量輸入模塊用來采集模擬量數(shù)值等。本方案采集了系統(tǒng)管網壓力，出水流量，清水池液位，水源井水位，水泵的運行頻率，閥門的狀態(tài)，水泵電流等。

（1）水源井站點。老水廠是通過人工觀察水位的方式控制電氣設備實現(xiàn)水源井的投入和撤出。通過增加水源井PLC站點（包含電源模塊1塊、CPU模塊1塊、以太網模塊1塊、開關量輸入模塊2塊、模擬量輸入模塊1塊、開關量輸出模塊2塊）并重新布線改造后，可以將水源井運行狀態(tài)下的井內水位實際數(shù)值、流量實時數(shù)值、水泵的運行狀態(tài)、停止狀態(tài)、故障狀態(tài)等信息采集輸入PLC，通過PLC的邏輯程序對水源井進行遠程投入和撤出控制，這樣一來在減少人力成本的同時使設備設施運行更加安全可靠。

（2）加壓泵房站點。老水廠是以電接點壓力為基準，使管網壓力保證在某一個區(qū)間內；而定頻泵以壓力傳感器反饋的水廠壓力為準，使管網壓力保證在一個區(qū)間內。此次改造利用泵房PLC站點（包含電源模塊1塊、CPU模塊1塊、以太網模塊1塊、開關量輸入模塊2塊、模擬量輸入模塊1塊、開關量輸出模塊2塊、模擬量輸出模塊1塊）的PID閉環(huán)控制功能通過對水泵增設變頻器實現(xiàn)對供水廠出水的恒壓控制。與原來的電接點壓力控制方式相比，系統(tǒng)免去了設備的頻繁啟停，實現(xiàn)了供水的經濟性和安全性，提高了供水的質量；同時，可以統(tǒng)計水泵供水量，監(jiān)視各臺水泵運行狀態(tài)，并通過電壓、電流檢測及時發(fā)現(xiàn)解決水泵故障。

（3）壓力流量分站點。在縣城管網的多個數(shù)據采集點上，加裝了具有遠傳功能的GPRS通訊模塊，可以將管網壓力、流量等數(shù)據通過無線網絡傳輸?shù)阶詣涌刂浦行倪M行統(tǒng)一管理。

2.2數(shù)據傳輸方面

老水廠沒有數(shù)據傳輸功能，因此人工巡檢的工作量比較大，如水源地井水水位情況需要去現(xiàn)場才能看到，水泵運行和出水壓力狀況同樣需要到現(xiàn)場才能巡檢到。改造后，加裝了水源地和加壓泵站的PLC硬件系統(tǒng)，其信息通過轉換成光纖傳輸?shù)姆绞阶罱K反饋到監(jiān)控中心。以太網交換機實現(xiàn)終端光纖與上位機的轉換連接，而管網系統(tǒng)的信息傳遞采用具有GPRS無線通信技術標準的無線數(shù)據傳輸設備或數(shù)傳電臺，通過RS232、RS485或工業(yè)以太網接口相連，最終通過工控機的串口也反饋到上位機中。由于國家持續(xù)在無線通信領域的投入，數(shù)據傳輸?shù)目煽啃源蠓忍岣撸S著4G網絡的普及，無論是傳輸質量還是速率方面都有了質的飛躍。

2.3管理調度中心

老水廠沒有管理調度中心，所有的數(shù)據都是在紙質的巡查記錄中記載，而新增設的管理調度中心主要由計算機及以太網交換機設備組成。通過以太網的數(shù)據傳輸，自動控制中心實現(xiàn)對各個站點運行情況的監(jiān)控以及對各種數(shù)據的存儲分析。此次采用的是亞控集團的組態(tài)王軟件，該軟件便利性非常強，能夠輕松組態(tài)出水源井、凈水設備、加壓泵房和供水管網等的運行畫面，形象而準確地反映出水廠實際運行情況；兼具分析功能，可以生成各種運行曲線、日報表、月報表等。當發(fā)生水位、壓力、流量等數(shù)據的報警設置值時能夠及時準確、有效可靠地發(fā)出報警信息，為科學地分析設備的運行狀態(tài)提供良好的保障。為了確保生產過程的可靠性，系統(tǒng)通過實時監(jiān)控畫面對整個供水過程進行統(tǒng)一監(jiān)控，給用戶提供一個直觀、簡單的操作平臺。在實現(xiàn)上述功能的同時，系統(tǒng)還具備形象的實時監(jiān)控界面、強大的數(shù)據報表和歷史記錄查詢功能、方便的報警提示彈出與聲音管理等一整套保護機制。

3　改造效果

隆化縣2座老水廠經過改造后，拋棄了過去通過人力去巡查水源地、人為觀察清水池蓄水深度和電接點壓力表控制壓力狀態(tài)的人工控制方式，實現(xiàn)了自動化升級，優(yōu)化了對設備的管理，把大量現(xiàn)場實時數(shù)據簡潔地呈現(xiàn)到上位機上，不僅避免了人力巡查繁重的工作量，而且把整個生產過程緊密聯(lián)系在一起，形成一個完整的綜合管理系統(tǒng)。

通過對整個系統(tǒng)的整合改造，2個水廠系統(tǒng)具有良好的接口擴展性，為將來擴建水廠的控制接入提供了接口。由于縣城規(guī)模的持續(xù)擴張，水源地及水廠的管理已經不局限在一個地方，它可能是幾個區(qū)域。因此，信息化擴展能力強大的特點可以使縣城供水管理的多個水源地、供水廠及全部管網進行級聯(lián)，建立縣城供水廠的上一級總的監(jiān)控調度中心和更為強大的數(shù)據庫管理系統(tǒng)。

通過監(jiān)控系統(tǒng)的改造，供水廠節(jié)省了大量的人力成本，如原來的3個人值班減少為一人值守即可完成。經過1個供水年度的考驗，自動化系統(tǒng)整體運轉良好，得到運行管理部門的充分肯定。

［1］胡學林.可編程控制器教程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

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1004-7328（2016）04-0063-02

10.3969/j.issn.1004-7328.2016.04.020

2016—04—20

李靜瑜（1982—），女，工程師，主要從事水利水電工程管理工作。