當代自來水廠自動化控制系統(tǒng)的研究報告與實現(xiàn)

1、-. z現(xiàn)代自來水廠自動化控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)第1 章緒論1.1 水廠自控系統(tǒng)簡介1.1.1 水廠制水工藝流程各個水廠根據(jù)實際情況，其工藝流程千差萬別，設(shè)備有增有減，但根本的流程相似，如圖1.1 所示。圖中主要分為以下幾個工藝過程：1取水：通過多臺大型離心泵將江、河、地表等處的水抽入凈水廠。2藥劑的制備與投加：按工藝要求制備適宜的混凝劑，并投入混凝劑及氯氣，到達混凝和消毒的目的。3混凝：包括混合與絮凝，即源水投入混凝劑后進展反響，并排出反響后沉淀的污泥。4平流沉淀：與混凝劑反響后的水低速流過平流沉淀池，以便懸浮顆粒沉淀，并排出沉淀的污泥。5過濾沉淀：水通過顆粒介質(zhì)石英砂以去除其中懸浮雜質(zhì)使水澄

2、清，并定時反沖洗石英砂。6送水：多臺大型離心泵將自來水以一定的壓力和流量送入供水管網(wǎng)。1.1.2 水廠自控系統(tǒng)組成自來水廠的工藝特點是各工藝單元既相對獨立，同時各單元之間又存在一定的聯(lián)系。正因為各工藝單元相對獨立，因此通常將整個工藝按控制單元劃分，主要包括：取水泵房自動控制系統(tǒng)、送水泵房自動控制系統(tǒng)、加礬自動控制系統(tǒng)、加氯自動控制系統(tǒng)、格柵配水池控制系統(tǒng)、反響沉淀池控制系統(tǒng)、濾池氣水反沖洗控制系統(tǒng)、配電控制系統(tǒng)、水廠中央控制室自動化調(diào)度系統(tǒng)，這些工藝單元設(shè)備相對集中。根據(jù)這些特點，自控系統(tǒng)較多采用PLCIPC的集散控制系統(tǒng)(DCS)模式。采用PLC+IPC 系統(tǒng)的水廠自動化控制設(shè)計一般采用多主

3、站加多從站構(gòu)造，能夠較好的滿足國水廠自動化的監(jiān)控、保護要求。控制點分布在水廠不同的位置，采用就近控制原則，在設(shè)備集中區(qū)分別設(shè)置不同的PLC 站對該區(qū)域設(shè)備進展監(jiān)控，再通過通訊網(wǎng)絡(luò)，各PLC 站之間進展數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)整個水廠的自動化控制。在控制單元，PLC 站實現(xiàn)對該單元設(shè)備的自動控制。這樣的優(yōu)點是使控制系統(tǒng)更加可靠，當*一控制單元發(fā)生故障時不會嚴重影響其它單元的自動運行，同時由于單元控制設(shè)備、檢測儀表就近相連，減少了布線本錢。一般根據(jù)土建立計，將水廠自動化控制系統(tǒng)按設(shè)備位置情況及功能進展組織，分為如下一些控制站點。1中央控制室站點：對整個系統(tǒng)進展監(jiān)控和調(diào)度，同時留有四遙遙測、遙信、遙調(diào)、遙控系

4、統(tǒng)接口，與上層管理系統(tǒng)進展通訊。2配電室控制站點：對高壓及低壓配電系統(tǒng)進展監(jiān)控。3取水泵房控制站點：取水泵、真空泵、潛污泵及軸流風機等進展監(jiān)控。4送水泵房控制站點：對送水泵、潛污泵等進展監(jiān)控。5格柵配水池控制站點：對快開排泥閥、格柵液位、格柵除污機、螺旋輸送機等進展監(jiān)控。6反響沉淀池控制站點：對快開排泥閥、刮泥機進展監(jiān)控。7濾池公共局部控制站點：對反沖洗公共局部反沖洗泵、鼓風機、枯燥機及相關(guān)閥門進展監(jiān)控。8濾池控制站點：根據(jù)單格濾池數(shù)量進展配置，每格濾池一個，對單個濾池設(shè)備進展監(jiān)控。9加礬控制站點：對加礬、自動配礬系統(tǒng)進展監(jiān)控。10加氯控制站點：對加氯系統(tǒng)進展監(jiān)控。在實際工程當中，當控制站點較

5、近時，可以將*些站點合在一起，根據(jù)功能及控制規(guī)模大小，有些站點可以設(shè)為從站或遠程站點。例如榔梨水廠自控系統(tǒng)中，根據(jù)實際情況，按照功能分為5 大塊：即取水泵房控制系統(tǒng)，加礬、加氯和格柵配水控制系統(tǒng)，濾池及反沖洗設(shè)備控制系統(tǒng)，送水泵及設(shè)備控制系統(tǒng)，中央控制室等。1.2 我國自來水廠自動控制的現(xiàn)狀我國自來水廠的自動化工作起步較晚，但開展很快。從六十年代簡單的水位自動控制開展到七十年代采用熱工儀表和集中巡檢裝置，八十年代以后隨著國家工業(yè)水平的整體提高，使水廠進入了大規(guī)模的開展年代，特別是隨著外資的引入，大量國外先進的自動化控制技術(shù)與設(shè)備進入我國，建成了一批全引進的水廠，使我國水廠自動化進程大大加快，自

6、動化水平也快速提高。由于歷史和現(xiàn)實的原因，我國水廠自動化的總體開展水平還不高，開展也不平衡。大中城市水廠，特別是興旺地區(qū)大型水廠的自動化程度很高，而小城市和城鎮(zhèn)水廠，特別是落后地區(qū)小型水廠的自動化程度較低，甚至還是空白。在一些已實現(xiàn)自動化的水廠中，雖然自動化系統(tǒng)和設(shè)備與其他行業(yè)，如化工、電力等相比并不差，甚至更先進，但是，其功能并未充分發(fā)揮出來。有的自控系統(tǒng)從未運行過，一直處于閑置狀態(tài)；有的運行一段時間后變?yōu)榱耸謩?，甚至處于癱瘓狀態(tài)，造成了自動化系統(tǒng)和設(shè)備的極大浪費。國實現(xiàn)水廠自動化控制的方法主要是新建和擴建工程。大型水廠建立工程依靠引進外資和全套技術(shù)設(shè)備，水廠工藝自動化水平高，但設(shè)備和控制系

7、統(tǒng)投資很大。中小水廠自動化的設(shè)計、工程效勞以國為主，但系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備仍以引進國外產(chǎn)品為主，在設(shè)備選型及工程效勞上采取土洋結(jié)合的方法。這種土洋結(jié)合的方法不但大大降低了水廠在自控系統(tǒng)中的投資，而且實現(xiàn)了工程售后效勞的本地化，有利于該行業(yè)的長遠開展。1.3 現(xiàn)代自來水廠自控系統(tǒng)的主要容我國水廠自動化控制系統(tǒng)的開展過程可分為三個階段：第一階段是分散控制階段，該時期水廠各局部分別進展自動控制，各獨立系統(tǒng)互不相關(guān)；第二階段是水廠綜合自動化階段，在該時期整個水廠作為一個綜合自動化控制系統(tǒng)進展生產(chǎn)，同時各個獨立子系統(tǒng)又可以獨立工作，該系統(tǒng)共享整個水廠的信息，同時又有分散控制的可靠性?，F(xiàn)階段大局部水廠處于

8、此階段；第三階段是供水系統(tǒng)的綜合自動化階段，該階段要求在一個區(qū)域的供水企業(yè)共享信息，實現(xiàn)整個城市或地區(qū)供水系統(tǒng)的自動控制。目前我國的中小型水廠大局部處于第一或第二階段，只有很少大型水廠到達了第三階段。在國外，如加拿大、美國等興旺國家根本實現(xiàn)了供水系統(tǒng)的全自動化，而且開場進展分質(zhì)供水，同時對水廠部的自控系統(tǒng)也在不斷地進展改良和提高。當前水廠采用的自動控制系統(tǒng)的構(gòu)造形式，從自控的角度可以劃分為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)系統(tǒng)Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA、集散型控制系統(tǒng)(Distributed Control System，DCS)、IPC+

9、PLCIndustrial Personalputer & Programmable Logic Controller系統(tǒng)，即工業(yè)個人計算機與可編程邏輯控制器構(gòu)成的系統(tǒng)等。SCADA 系統(tǒng)組網(wǎng)圍大，通訊方式靈活，但實時性較低，對大規(guī)模和復雜的控制實現(xiàn)較為困難。DCS 系統(tǒng)則采用分級分布式控制，在物理上實現(xiàn)了真正的分散控制，且實時性較好，但應(yīng)用軟件的編程工作量較大，對開發(fā)和維護人員要求較高，開發(fā)周期較長。IPC+PLC 系統(tǒng)既可實現(xiàn)分級分布控制，又可實現(xiàn)集中管理分散控制。而且PLC 本身可靠性高，組網(wǎng)、編程和維護很方便，開發(fā)周期很短，系統(tǒng)的配置和調(diào)整又非常靈活，可與工業(yè)現(xiàn)場信號直接相連，易于實現(xiàn)

10、機電一體化。因此，IPC+PLC 系統(tǒng)成為了當今水廠自動控制系統(tǒng)的主要構(gòu)造形式。綜合分析國際和國水廠開展的各個階段的特點以及現(xiàn)有的水廠自動控制系統(tǒng)可知，自來水廠主要的控制技術(shù)與核心組成根本一樣，主要有水質(zhì)檢測技術(shù)、水處理控制技術(shù)、變頻節(jié)能技術(shù)與綜合自動化系統(tǒng)四個方面，可用圖1.2 描述。1.3.1 水質(zhì)檢測技術(shù)水處理中的自動檢測技術(shù)，即水質(zhì)檢測技術(shù)是保證供水和排水水質(zhì)的重要手段，也是指導水處理工藝運行過程的重要依據(jù)，隨著自動化技術(shù)、機械制造技術(shù)等方面的開展，出現(xiàn)了越來越多的新型自動化檢測儀表。目前使用的水處理自動化儀表包括流量、水位、溫度、壓力儀表以及水質(zhì)測量分析儀表，如pH測量儀、流動電流檢

11、測儀、漏氯報警儀、余氯分析儀、上下濁度在線檢測儀等。在流量測量方面，除了傳統(tǒng)的電磁流量計外，還出現(xiàn)了大量非接觸式儀表。水位測量儀表是水處理中另一類使用廣泛的檢測儀表，濾池、清水池、格柵配水井、配礬等處都要用到，主要有差壓式、靜壓式、吹氣式、浮子式、靜電電容式、以及超聲波等類型。檢測儀表是實現(xiàn)水廠自動化的根底，在日本等興旺國家不僅大面積使用現(xiàn)有成熟儀表外，還不斷開發(fā)出新的檢測儀表并開展相關(guān)的檢測技術(shù)，不斷擴大檢測圍，提高檢測精度。1.3.2 水處理控制技術(shù)隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)以及光電技術(shù)等相關(guān)學科的開展，近十年來工業(yè)自動化在各個方面都發(fā)生了深刻的變化，包括自動化感應(yīng)部件、各種檢測傳感器、變送

12、器、各種間接測量設(shè)備、各種執(zhí)行機構(gòu)等底層設(shè)備，以及自動回路調(diào)節(jié)器、自動控制單元、各種大小型裝置控制系統(tǒng)乃至綜合優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)等。有關(guān)控制系統(tǒng)的研究和應(yīng)用也一直是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重點工作之一，并且已經(jīng)在控制理論和自動控制系統(tǒng)水平方面都發(fā)生了極大的變化。表1.1 給出了近三十年來水廠自控技術(shù)的開展變化。隨著水處理技術(shù)的不斷開展，對于水質(zhì)指標的控制與水處理效率的要求也在不斷提高。新工藝、新設(shè)備的廣泛應(yīng)用一方面提高了水處理能力，另一方面也對整個系統(tǒng)的控制、協(xié)調(diào)提出了更加嚴格復雜的要求。常規(guī)控制手段已經(jīng)成為水處理行業(yè)中的薄弱環(huán)節(jié)之一，需要在現(xiàn)有工業(yè)自動化已經(jīng)取得的成果根底上研究、設(shè)計、投用適合于水處理行業(yè)的

13、先進控制系統(tǒng)。由于水處理系統(tǒng)特別是混凝投藥和加氯控制過程是一個大遲滯、非線性、時變的復雜系統(tǒng)，系統(tǒng)建模困難，很難控制好。因此各種先進的控制算法不斷提了出來。文獻就設(shè)計了一種基于圖像處理的自動加礬系統(tǒng)，文獻則采用智能控制，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制、遺傳算法等來進展加礬或加氯控制，亦取得了較好的控制效果。雖然各種先進的控制理論和算法不斷被提了出來，但是在實際的應(yīng)用過程中，尤其是中小型水廠自動化控制系統(tǒng)中，經(jīng)典的控制理論仍有著廣泛的應(yīng)用空間。因此本文在研究水廠自動控制理論方面，側(cè)重于經(jīng)典控制理論及其應(yīng)用。1.3.3 變頻節(jié)能技術(shù)在水處理行業(yè)中，普遍存在著用水量變化較大的問題，在不同的季節(jié)、不同的時段，用

14、戶用水的需求量有很大的差異，存在著明顯的用水頂峰特征，因此水處理廠供水系統(tǒng)的給水壓力需要隨用戶的用水需求量變化而變化。在低峰時，如果水泵機組按頂峰期的用水量運行，雖可通過調(diào)節(jié)閥門來滿足用水需求，但供水能量損耗大，而且還會影響機組的正常運行。因此，根據(jù)用水需求自動控制水泵機組運行，且實現(xiàn)節(jié)能，是水廠自動化技術(shù)的一項重要容。變頻調(diào)速是一項有效的節(jié)能降耗技術(shù)，其節(jié)電效率很高，幾乎能將因設(shè)計冗余和用水量變化而浪費的電能全部節(jié)省下來。變頻調(diào)速控制技術(shù)，是指以變頻調(diào)整原理為根底，在保證供水可靠性的前提下，根據(jù)供水系統(tǒng)用水量的變化情況，自動調(diào)整水泵工況，使之始終盡可能地在高效區(qū)間運行，以到達降低能耗、提高效

15、率的目的。這一技術(shù)是比擬科學，可靠性較高的一種調(diào)節(jié)水泵工況的方式。它具有調(diào)速精度高、功率因數(shù)高等特點，使用它可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量，并降低物料和設(shè)備的損耗，同時也能減少機械磨損和噪音，改善車間勞動條件，滿足生產(chǎn)工藝要求。變頻器是一種以變頻調(diào)速技術(shù)為根底通過改變頻率來調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的工業(yè)裝置。作為一種先進的調(diào)速裝置，變頻器不但調(diào)速圍廣、可靠性高、操作與維護方便，而且節(jié)電效果明顯。在水處理行業(yè)變頻器具有廣闊的開展前景，有關(guān)其應(yīng)用研究也一直得到相關(guān)工程領(lǐng)域的重視。應(yīng)用變頻器來實現(xiàn)變頻節(jié)能供水，可以采用恒壓變量或變壓變量兩種方式來實現(xiàn)。恒壓變量供水系統(tǒng)通過調(diào)整變頻器轉(zhuǎn)速即供水流量來保證供水壓力不變，該系

16、統(tǒng)技術(shù)比擬成熟，應(yīng)用廣泛。變壓變量供水系統(tǒng)則根據(jù)用戶用水量的變化同時調(diào)整變頻器轉(zhuǎn)速即供水流量和供水壓力，很明顯該方案節(jié)能效果更好。但是由于水頭損失等受各種因素影響，難以準確確定，實際應(yīng)用的很少。1.3.4 供水綜合自動化系統(tǒng)在市場經(jīng)濟與信息時代的飛速開展中,企業(yè)部之間以及與外部交換信息的需求不斷擴大，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)對生產(chǎn)的管理要求不斷提高，這種要求已不局限于通常意義上的對生產(chǎn)現(xiàn)場狀態(tài)的監(jiān)視和控制，同時還要求把現(xiàn)場信息和管理信息結(jié)合起來。迫切需要建立一個全集成的、開放的、全廠乃至整個供水系統(tǒng)的綜合自動化信息系統(tǒng)，把企業(yè)的橫向通信(同一層不同節(jié)點的通信) 和縱向通信(上、下層之間的通信) 嚴密聯(lián)系在

17、一起，通過對經(jīng)營決策、管理、方案、調(diào)度、過程優(yōu)化、故障診斷、現(xiàn)場控制等信息的綜合處理，形成一個意義更廣泛的綜合管理系統(tǒng)。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進步，建立一個供水系統(tǒng)的綜合自動化系統(tǒng)成為可能。在現(xiàn)代化的大型水廠中，除了采用先進的設(shè)備和控制技術(shù)對廠區(qū)部進展有效控制和管理外，還要現(xiàn)對一個城市或地區(qū)整個供水系統(tǒng)的綜合自動化管理。對自來水公司而言，為了平安、穩(wěn)定、可靠地管理好遍布全城的供水系統(tǒng)，要有一個滿足企業(yè)特點的、現(xiàn)代化的、先進的的企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)(SAS)。在該系統(tǒng)中，要實現(xiàn)對整個供水系統(tǒng)的現(xiàn)代化企業(yè)管理。主要包括社會效勞系統(tǒng)，自來水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)GIS，自動抄表收費系統(tǒng)AMR、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)

18、采集與監(jiān)控系統(tǒng)SCADA，辦公自動化系統(tǒng)OAS，自來水管網(wǎng)優(yōu)化系統(tǒng)，數(shù)據(jù)倉庫中心數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，信息管理中心系統(tǒng)IMCS等。在美國和加拿大等興旺國家，已經(jīng)建立了不少現(xiàn)代化的水廠，實現(xiàn)了整個供水系統(tǒng)的自動化。1.4 水廠自動化開展趨勢利用改革開放的機遇，通過引進國外的先進技術(shù)，經(jīng)過近10 年的努力，以PLC 為根底的集散型控制系統(tǒng)已成為當今水工業(yè)自動化系統(tǒng)的主流，并具備了一定的技術(shù)和物質(zhì)根底。由于信息技術(shù)的飛速開展，網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化、管控一體化等概念向自動化領(lǐng)域的滲透，使得自動化系統(tǒng)的體系構(gòu)造面臨一場深刻的變革，這種變革也必將對水工業(yè)自動化產(chǎn)生重大影響。1.4.1 控制系統(tǒng)的智能化、分散化、

19、網(wǎng)絡(luò)化水廠的智能化包括智能設(shè)備、智能控制技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)等幾個主要方面。隨著智能傳感器、變送器、測量儀表、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器等智能設(shè)備，以及如專家系統(tǒng)、模糊控制、自適應(yīng)控制及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能控制技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)在水廠中的應(yīng)用，水廠自動化將會向智能化方向開展22。智能設(shè)備、智能控制技術(shù)很明顯是具有智能的?，F(xiàn)場總線技術(shù)則由于將專用的CPU 置入傳統(tǒng)的測控儀表，使它們各自都具有了數(shù)字計算和通信能力，亦即智能化?？刂葡到y(tǒng)的分散化和網(wǎng)絡(luò)化則主要表現(xiàn)在現(xiàn)場總線的應(yīng)用上?，F(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場的全數(shù)字化、實時、雙向、多節(jié)點的數(shù)字通信系統(tǒng)。采用可進展簡單連接的雙絞線、同軸電纜等作為聯(lián)系的紐帶，把掛接在總線上作

20、為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的多個現(xiàn)場級測控儀表連接成網(wǎng)絡(luò)，并按公開、規(guī)的通信協(xié)議，使現(xiàn)場測控儀表之間及其與遠程監(jiān)控計算機之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成多種適應(yīng)實際需要的控制系統(tǒng)，即所謂網(wǎng)絡(luò)化；由于這些網(wǎng)上的節(jié)點都是具備智能的可通信產(chǎn)品，因而它所需要的控制信息(如實時測量數(shù)據(jù)) 不采取向PLC 或計算機存取的方式，而可直接從處于同等層上的另一個節(jié)點上獲取，在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)( FCS) 的環(huán)境下，借助其計算和通信能力，在現(xiàn)場就可進展許多復雜計算，形成真正分散在現(xiàn)場的完整的控制系統(tǒng),提高了系統(tǒng)的自治性和可靠性。在水廠自動化系統(tǒng)中，通過采用開放式網(wǎng)絡(luò)，如現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)(Ethernet)等，把TCP/IP引

21、入水廠現(xiàn)場，使Internet延伸到現(xiàn)場設(shè)備，利用Web技術(shù)實現(xiàn)水廠遠程監(jiān)控、調(diào)試、維護和故障診斷等功能，從而建成基于Internet的水廠自動化系統(tǒng)。應(yīng)用Web技術(shù)實現(xiàn)綜合自動化功能，是信息時代的要求，也是當前水廠自動化網(wǎng)絡(luò)開展的主要方向。1.4.2 控制系統(tǒng)管控一體化水廠控制系統(tǒng)管控一體化就是要建立一個對生產(chǎn)現(xiàn)場狀態(tài)的監(jiān)視和控制，同時還把現(xiàn)場信息和水廠管理信息結(jié)合起來的具有水廠控制和企業(yè)管理功能的綜合自動化系統(tǒng)。一般水廠控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造如圖1.3 所示：企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)是管控信息集成的根本條件，沒有信息網(wǎng)絡(luò)就不可能實現(xiàn)企業(yè)橫向和縱向信息的溝通和聚集，建網(wǎng)的目標在于實現(xiàn)全企業(yè)圍的信息資源共享，以

22、及與外部世界的信息溝通。管控一體化解決方案中的企業(yè)管理層由各種效勞器和客戶機等組成，用于集成企業(yè)的各種信息，實現(xiàn)與Internet 的連接，完成管理、決策和商務(wù)應(yīng)用的各種功能。過程監(jiān)控層由局域網(wǎng)段以及連接在局域網(wǎng)段的擔任監(jiān)控任務(wù)的工作站或控制器組成，現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)通過現(xiàn)場總線接口與過程監(jiān)控層相連，或者監(jiān)控層直接由現(xiàn)場總線來擔當；監(jiān)控站可以完成對控制系統(tǒng)的組態(tài)，執(zhí)行對控制系統(tǒng)的監(jiān)控、報警、維護及人機交互等功能?，F(xiàn)場控制層由現(xiàn)場總線設(shè)備和控制網(wǎng)段構(gòu)成，把傳統(tǒng)的集散系統(tǒng)控制站(如水處理企業(yè)的PLC分站) 的功能分散到了現(xiàn)場總線設(shè)備，此時的控制站實際是一個虛擬的控制站。現(xiàn)場總線技術(shù)與產(chǎn)品所形成的底層網(wǎng)絡(luò)

23、，充分發(fā)揮其使測控設(shè)備具有通信能力的特點，為控制網(wǎng)絡(luò)與通用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連接提供了方便。企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)是管控一體化的根底，現(xiàn)場總線則為構(gòu)建管控一體化網(wǎng)絡(luò)鋪平了道路。現(xiàn)場總線為開放式網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)同類或不同類網(wǎng)絡(luò)的互連以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的共享，打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的封閉性，使系統(tǒng)的開放性大大增強，既可實現(xiàn)水廠控制網(wǎng)絡(luò)與其它網(wǎng)的無縫連接，也可把Internet引入水廠自動化，從而建成測控管一體化的綜合自動化系統(tǒng)。1.5 工程背景本課題來源于榔梨鎮(zhèn)10 萬噸水廠自動化系統(tǒng)新建工程。該水廠分二期建立。首期工程設(shè)計供水能力為5 萬噸，具體包括：配水池、絮凝池、平流沉淀池、疊合清水池、氣水反沖洗濾池、送水泵房、吸水井、

24、投藥間等自動化系統(tǒng)工程以及一套視頻監(jiān)控系統(tǒng)。本人主要負責上述工程軟件局部的設(shè)計和實施。根據(jù)榔梨水廠制水工藝的特點和土建實際，可以將該工程分為自動送水控制系統(tǒng)，濾池控制系統(tǒng)，加藥控制系統(tǒng)，取水控制系統(tǒng)等四個主要局部。針對榔梨水廠取水泵房遠離送水廠，而送水廠部各工藝的設(shè)備和檢測儀表相對集中，控制相對獨立的特點，實際采用目前廣泛使用的PLC+IPC 集散控制模式。該模式具有分散控制可靠性高的特點，又具有集中控制便于管理的優(yōu)點。每一個功能控制系統(tǒng)均由一個PLC 進展單獨控制，同時又連接到中央控制室的上位機上進展集中控制和管理。取水泵房設(shè)備信號和圖像信息通過數(shù)傳電臺送到中央控制室進展控制和顯示。廠區(qū)的加

25、礬、加氯、濾池、變頻供水系統(tǒng)分別通過光纖連接到上位機，組成水廠部工業(yè)以太網(wǎng)。中控室計算機通過水廠部局域網(wǎng)連接到水廠上級管理部門，構(gòu)成水廠主干網(wǎng)。在各分系統(tǒng)部采用現(xiàn)場總線進展控制。濾池控制系統(tǒng)由7 臺CJ1M PLC，用歐姆龍公司的controller link 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造組成，控制6 個濾池的過濾和反沖洗。6 個濾池的操作一樣，一個濾池由一臺PLC控制，6 個濾池反沖洗的公共局部：反沖洗水泵、鼓風機和相應(yīng)的閥門的控制單獨采用一臺PLC主PLC，安裝有以太網(wǎng)模塊。通過controller link 網(wǎng)絡(luò)，6臺濾池PLC 實現(xiàn)與主PLC 的信息共享，并通過主PLC 將信息傳送到水廠中央控制室主機。中

26、央控制室命令也通過主PLC 傳送給濾池PLC。對沉淀池和格柵配水井的控制則是通過Device Net 網(wǎng)絡(luò)進展的。在控制現(xiàn)場安裝有數(shù)個DRT2-ID16，DRT2-AD04 模塊，負責現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集。在加藥加氯間也裝有一個PLC，它除了對加藥加氯系統(tǒng)進展控制外，還負責傳遞沉淀池和格柵配水井的數(shù)據(jù)到中央控制室。在它上面安裝有Device Net 的主站單元，負責從從站讀取和傳送數(shù)據(jù)。在送水泵房有4 臺大功率送水泵電機，通過送水PLC 控制ABB 公司的變頻器來實現(xiàn)循環(huán)變頻軟啟動。該方案不用再配制軟啟動器，節(jié)省了本錢。同時采用循環(huán)變頻的方式，有效的保護了水泵電機。送水泵房的設(shè)備，如潛水泵和排風機通

27、過Device Net 網(wǎng)絡(luò)進展控制，與沉淀池控制類似。上位機監(jiān)控軟件采用美國Wonderware 公司的InTouch 組態(tài)軟件。數(shù)據(jù)庫采用SQL Server2000，報表系統(tǒng)則用E*cel，通過VB 來編寫。1.6 本論文的主要容及創(chuàng)新點本論文研究了水廠部實現(xiàn)自動化的幾個主要方面，并針對當前我國大局部水廠只考慮廠而較少涉及管網(wǎng)的實際情況，提出了一種綜合廠與廠外、水廠與管網(wǎng)的供水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方案，設(shè)計了數(shù)據(jù)采集終端。結(jié)合榔梨水廠的工程實例，詳細講解了供水企業(yè)生產(chǎn)過程中幾個關(guān)鍵局部的自動控制系統(tǒng)構(gòu)成和自動控制策略，如送水泵站的自動控制、濾池的自動控制、加氯加礬自動控制等，并針對加氯加礬自動控制系

28、統(tǒng)中的問題，提出了一些改良方案。論文章節(jié)容包括：第1 章緒論，對國外供水自動控制系統(tǒng)的組成、現(xiàn)狀、開展趨勢以及工程背景進展了簡要的分析、綜述和討論。第2 章主要研究了水廠自動加藥控制系統(tǒng)的自動化實現(xiàn)。對自動配礬子系統(tǒng)進展了詳細的計算并繪制了流程圖。同時對自來水廠采用的幾種常規(guī)加礬控制方案進展了研究和分析，并針對實際情況提出了改良型自動加礬方案。第3 章主要研究了水廠自動加氯控制系統(tǒng)的自動化實現(xiàn)。研究了比例、反響、復合三種常規(guī)的自動加氯控制系統(tǒng)。針對水廠實際情況，將前饋+串級控制系統(tǒng)運用到濾后加氯控制系統(tǒng)中。在實現(xiàn)過程中，應(yīng)用采樣控制理論進展采樣控制，并對采樣控制進展了仿真研究。第4 章主要研究了水廠變頻供水的節(jié)能原理。簡述了恒壓供水的節(jié)能原理及實現(xiàn)框圖；詳細推導了變壓變量供水的工程模型，對其節(jié)能原理進展了深入分析和研究。同時對循環(huán)變頻軟啟動技術(shù)進展了分析和探討。第5 章對水廠綜合自動化系統(tǒng)進展了研究。深入研究了數(shù)據(jù)采集終端，設(shè)計了該數(shù)采終端的軟硬件圖和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造圖。第6 章結(jié)合榔梨水廠的工程實際，運用上述理論詳述了水廠各個局部自動化的實現(xiàn)。主要有水廠的工藝流程，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，加藥加氯自動化，濾池控制系統(tǒng)自動化，變頻供水自動化和上位機監(jiān)控等。本文主要工作及創(chuàng)新點如下：1設(shè)計了改良型加藥控制方案。該方案在前饋中考慮了取水量和濁度對投加量的影響，比只考慮取水量的