略谈水厂智能化控制系统的设计

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1、工业控制计算机 2011 年第 24 卷第 1 期1 水厂自动化系统现状当前自来水厂自动化控制系统传统形式为 ： 集散型 PCPLC 控制系统 ，即各个工艺单元分散控制 、在厂级调度室集中监测调度 。 该系统基本实现了对水厂主要设备运行工况的监测和远程控制 ，对部分工艺单元 ，如滤池 、加药加氯实现了有限度的自动控制 ，基本保证了出厂水水质的指标 。 另外 ，该系统还可以通过控制中心工作站自动统计日常生产报表 、 日常事件记录日志等文档材料 ， 可以自动记录报警情况和生成历史数据库和历史曲线 。图 1 是水厂集散型 PCPLC 控制系统典型网络结构图 。图 1 控制系统典型网络结构图当前 ，很

2、多自来水厂都建立了以下全部或部分系统 ：自动化控制系统 、综合布线系统 、闭路电视监控系统 、周界红外报警 、门禁系统 、设备管理系统 、化验室水质管理系统 、背景音乐与公共广播系统等等 。但各系统互相独立 ，数据不能共享 ，系统不能互相协作 ，甚至重复投资 ，不能发挥人流 、物流 、财流的最合理效益 。要解决这些问题 ，必须建立具有智能化 、信息化 、管控一体化的水厂智能化控制系统 。2 水厂智能化控制系统的目标水厂智能化控制系统的设计目标为 ：以自动化设备 、仪表为基础 ，以智能化前后终端和模块为辅 ，以水厂设备自动化控制和水厂工艺流程监测为中心 ，建立智能化 、信息化 、管制一体化的统一

3、管理平台 ，将传统的自动化控制系统 、大屏幕显示系统 、闭路电视监控系统 、报警系统 、楼宇智能 、设备管理 、水质管理等本来就相辅相成的系统统一到这个统一管理平台 ， 通过数据信息共享 、交换 ，在发挥各系统原有功能同时协同运行工作 ，实现水厂各个环节集中监测控制和管理的 “水厂智能化控制系统 ”为最终目标 。建设水厂智能化控制系统的目的之一是对全厂设备的工作情况 、仪表等工艺参数以及其它现场数据进行监视和自动调控 ，防止水厂生产过程运行在非正常的状态之下 ， 提高管理人员的事故处理能力和应变速度 ， 并且可以通过各种自动报警手段和紧急处理程序把事故隐患消灭于萌芽之中 ， 保障水厂供水的安全

4、可靠性和生产的连续性 。建设水厂智能化控制系统的另外一个主要目的是实现对水厂生产过程的全方位自动控制 ， 可以通过操作员工作站与全厂设备进行操作互动 ，控制现场设备的自动运行 、停止和自动进行参数调节 ，实现生产现场和过程的无人值守管理 。另外 ， 水厂智能化控制系统还可以实现日常生产调度和管理的自动化 ，可以通过工作站自动统计日常生产报表 、日常事件记录日志等文档材料 ， 可以自动记录报警情况和生成历史数据库和历史曲线 ，为生产状况的分析提供方便 。3 水厂智能化控制系统的总体设计31 系统总体构成图 2 是我们设计建立的智能化 、信息化 、管控一体化的 “水厂智能化控制系统 ”统一管理平台

5、总体构成示意图 。图 2 统一管理平台总体构成示意图整个系统包括了自动化系统配套设备 、综合布线 、传统的水厂自动化控制系统 、闭路电视监控系统 、周界红外报警系统 、门略谈水厂智能化控制系统的设计朱报开 漆青松 金 璐 林志辉 （东莞元创自控科技有限公司 ，广东 东莞 523808）摘 要介绍了具有智能化 、信息化 、管控一体化的水厂控制系统设计 ，对传统的水厂自控系统进行升级改造 ，以实现水厂各个环节集中监测控制和统一管理调度 。关键词 ：水厂 ，自动化控制 ，智能化控制系统AbstractThis paper introduces the design of an intellectua

6、lized,informationbased,management control of integration system forwaterworks,and upgrade and renovate traditional automatic control system,implement integration of management a control forwaterworksKeywords:waterworks,automation control,intelligent control system23略 谈水厂智能化控制系统的设计禁系统 、电子巡更系统 、程控电话系统

7、 、背景音乐与公共广播系统 、大屏幕多媒体显示系统 、水厂生产管理系统 、设备管理系统 、化验室及水质管理系统以及与公司调度 、网络 、互联网等接口 。以上各系统通过统一网络 、数据库后台 ，协同工作实现对水厂设备及各工艺流程的监测 、控制 、管理 ，为稳定 、安全 、优质供水提供智能化的控制及管理 ，完全超越以前传统的自动化控制系统 。以下是各子系统功能以及各子系统之间关系简介 。32 综合布线系统网络作为各种系统的连接桥梁和数据传输通道 ， 越来越多地受到重视 。 因为现场总线的速度太慢 ，而且是属于传统的受供应商限制的工业网络 ，因此 ，现场总线是与开放 、透明的系统方案相违背的 。 要

8、实现透明工厂 ，首先网络应该是透明的网络 ，而透明的网络首选就是工业以太网 。 通过标准开放的 TCPIP 协议 、百兆甚至千兆快速以太网 ，将各种弱电系统 、控制设备无缝连接起来 ，实现数据的高速传输和实时控制 。在整个厂区主干网采用千兆级工业以太网络作为主干络 ，采用光纤作为网络通信媒体并构成光纤环网 ， 使之具有冗余功能 ，采用全双工的光交换机 ，构成全双工光纤以太环网 。 智能化控制系统的所有单元 ，包括水厂需要控制和监视的设备 、工艺单元 、应用软件系统通过 “综合布线系统 ”建立在这个统一的网络平台 ，使得水厂设备及工艺流程与各系统之间 ，各子系统之间所有的数据信息通过该网络平台进

9、行高速的数据交换与共享 。图 3 是水厂智能化控制系统统一管理平台的网络结构图 。图 3 统一管理平台网络结构图33 水厂自动化控制系统水厂自动化控制系统是整个 “水厂智能化控制系统 ”的核心系统 ，其它子系统是辅助系统 ，为这个核心服务 ，从而实现整个水厂的智能化 、信息化控制和现代化管理 。水厂自动化控制水厂运行在统一的光纤以太网络平台上 ，实现取水泵的远程控制 ；实现加药 、加氯自动控制 ；实现送水泵的远程控制 ；实现排泥机无线通讯自动控制 、排泥阀自动控制 ；实现滤池自控过滤与自动反冲洗等功能 。水厂自动化控制系统实现对水厂设备及工艺流程监视与控制 ， 并将设备运行状态 、 时间等信息

10、记录到设备管理系统数据库 ，实现设备的有效管理 。控制系统监测到设备故障 ，通过网络传递给闭路电视系统 ，可以与摄像头实现联动 ， 对出现故障的设备进行实际画面监视和声音报警 ，同时进行录像 。 值班人员可以通过控制系统的提示进行检修 。对水厂自控系统实时或历史数据生产的生产数据自动进行统计生成各种生产报表 ， 同时根据权限可以输入值班人员记录数据生产报表与自动生产的报表进行比较 。 通过水厂生产报表管理系统可以对水厂生产数据进行各种查询 、分析 ，生成并打印各种报表 。34 自动化系统配套设备及设备管理系统设备 、仪器的管理是水厂智能控制系统的重要组成部分 ，本系统对水厂主要设备 、仪器从购

11、置 、安装 、使用 、维护到报废整个生命周期各个阶段的有关信息进行收集 、整理 、分析 ，为设备的科学管理提供依据 ，以达到保持设备完好率 、充分发挥其效能的目的 。控制系统能够将设备实时运行数据 （如 ：设备运行时间 、累计时间 、启停次数 ）存入与设备管理系统相关的数据库 。 因此 ，通过设备管理系统相关部门能实时了解设备的运行状态 ， 设备维修记录 ， 对设备发出定期保养预警 ， 生成维修表和设备检修报告 。针对设备情况制定相应的措施加强维修管理 。对不使用的设备封存和资产转移作详细记录 。 系统设立设备检修项目管理 、设备改造 、大修理的立项 ，实施进度实现信息化管理 ，及时掌握项目进

12、度 。35 安全防范系统水厂生产运行情况为中央控制自动操作 ， 仅个别岗位设专人值班 ， 因此对水厂设备的运转远程监视和防范恶意入侵监控显得特别重要 ， 其中还包括水厂公共场所的人性化声音等多媒体提醒等 ，因此要求安全防范子系统最少包含以下功能模块 ：（1）闭路电视监视系统主要设备的监视 ：水厂生产的主要设备 ，比如水泵 、阀门 、药泵 、加氯机 、配电开关柜等 ，要求能够与控制系统实现联动 ，即当控制系统监测到某设备出现故障报警时 ， 能实时将设备现场图像传回监视并录像 。厂区周边防范 ：厂区出入口 、围墙内侧等周边地带进行监控 。公共场所和重要设施的保安监控 ：主要道路 、公共花园 、停车

13、场等重要场所安装摄像机 。以上的监控都要求能与报警实现联动 ， 并可以实现多媒体的提醒或报警 。（2）电子巡更管理系统巡更管理要求水厂值班员持专门的巡更器按规定的巡更线路巡逻 ，每一个巡更点有一个唯一的标识物 ，值班员到达每一巡更点 ，有巡更器读取标识物的编号 ，记录编号和当前时间 。 回到管理中心时通过电脑读取所有记录 ，并能将记录生成巡更报表 。值班人员是否按规定 、 在规定的时间内巡查了规定需要巡查车间 、设备 ，管理人员很难对此进行严格有效的监督管理 。 电子巡更系统是实现这种监督管理最有效最科学的工具 。（3）周界防范系统当前 ，随着社会进步 、经济繁荣 ，社会治安问题也日趋严重 。

14、一个城市的所有居民每天生活都离不开自来水 ， 水厂作为自来水的生产重地 ，保证生产安全 、保证供水安全关系到千家万户的民生工程 。 为确保水厂生产 、供水安全 ，必须为水厂设计周界防越 、防盗报警系统 ，它主要有由探测器和控制单元组成 。 在水厂围墙上方采用主动红外对射式探测器进行防范 ， 若有不速之客非法入侵 ，将及时报警 ，并与闭路监控系统实现联动 、通知安保中心及时处理 。同时 ，在车间重地 、厂区危险地带 （如水井 、滤池 、沉淀池等深水处 ，阀门井等 ）、绿化地等区域设计安装探测器进行防范 ，并及时才有声音报警或提醒 ，保证人员安全 。36 背景音乐与系统水厂设计安装背景音乐系统平时

15、播放背景音乐 、各类信息 、新闻等 ，可自动回带循环播放 。 当发生事故时 ，则兼作事故紧急（下转第 27 页 ）24工业控制计算机 2011 年第 24 卷第 1 期（上接第 24 页 ）广播系统使用 ，指挥引导疏散 。 全套系统包括背景音乐及紧急广播系统 ，主要采用了专为智能大厦 、机场 、车站 、综合大楼等公共设施而设计的广播系统 。 该系统的各个构成单元以及各种安装件均采用模块化结构 ， 模块高度进制符合 IEC297 的有关规定 ，该系统由于采用模块化结构 ，所以可根据要求组合 ，扩展较为方便 。 该系统平时可向各区域提供背景音乐 、事务广播及紧急广播 。37 大屏幕多媒体显示系统在

16、厂区适当的位置安装多套大屏幕多媒体显示系统 ， 采用的是能处理多种信号的网络单屏 （或多屏 ）拼接控制器 ，是拼接大屏幕系统的信号处理核心 ，具有显示分割和叠加功能 。 能够将系统中的视频信号 、RGBDVI 等多种信号融合灵活显示 。38 水厂生产报表管理系统对水厂控制系统实时或历史数据生产的生产数据自动进行统计生成各种生产报表 ， 同时根据权限可以输入值班人员记录的数据报表与自动生产的报表进行比较 。 通过生产管理系统可以对水厂生产数据进行各种查询 、分析 ，生成并打印各种报表 。39 化验室及水质管理系统水厂供水水质的好坏更是直接影响到工业安全生产和人民的身体健康 ，为了保证供水水质符合国家标准 ，水厂都建有水质检验室 ，负责检验水源水 、净化构筑物出水 、出厂水和管网水的水质 。 化验室及水质管理系统一般分为两部分 ：一部分是连续自动监测系统 ，主要来自水厂控制系统的在线水质分析仪表 ，可进行连续的分析 、记录 ，这主要包括水的浊度 、pH 值 、余氯等常规水质项目 。 另一部分就是人工采样定期监测系统 ，包括各监测点