水廠自動化工程完整介紹課件

威遠縣糧豐水廠綜合自動化系統(tǒng)CS成都賽深科技有限責任公司簡介

成都賽深科技有限責任公司是一家以工業(yè)自動化控制技術應用和工業(yè)自動化產品推廣為核心的企業(yè)，致力于推廣國際先進的工業(yè)現(xiàn)場總線控制技術，結合現(xiàn)代計算機技術進行網絡化應用的專業(yè)公司。公司擁有一批長期在行業(yè)內從事技術工作的專業(yè)人才，具有從系統(tǒng)設計、安裝調試到項目管理的豐富實踐經驗。公司可以為您提供基于DCS、現(xiàn)場總線以及PLC的各種系統(tǒng)解決方案，通過各種信息網絡的連接，實現(xiàn)企業(yè)信息網的三層構架設計，具有高可靠、低成本、智能化、網絡化的特點。公司設計開發(fā)力量雄厚，可承接各種工程項目，提供基于現(xiàn)場總線的全套解決方案?？赏瓿筛鞣N工業(yè)自動化控制系統(tǒng)、樓宇中央空調控制系統(tǒng)，完成從系統(tǒng)設計、硬件配套、軟件開發(fā)到現(xiàn)場安裝調試的交鑰匙工程，可為您的工程師及系統(tǒng)應用提供培訓與技術支持，是您改擴建工程的理想合作伙伴。特別是在變頻器應用、城市給排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)、空調控制系統(tǒng)等方面，本公司有眾多的業(yè)績和豐富的經驗。

我公司的主要應用領域是水處理方面的自動化系統(tǒng)設計、集成和施工，本公司從事過自來水廠的恒壓供水系統(tǒng)（5萬噸/天）、全廠的綜合自動化系統(tǒng)（3萬噸/天）、基于CASS工藝的污水處理控制系統(tǒng)（食用酒精廢水處理）、鍋爐用純水制備的自動化系統(tǒng)（750噸/小時，采用西門子S7-400H冗余控制）....等。我公司在業(yè)務的開展過程中，與各個設備、元件、儀表公司進行了良好的合作，也為一些公司提供了優(yōu)質的專業(yè)技術服務。在各種機械設備的自動化工作提供配套方面，我們用PLC設計、改造過汽車廠汽車底盤液壓翻轉系統(tǒng)、油漆車間自動小車運輸系統(tǒng)，發(fā)電機系統(tǒng)、中央空調控制系統(tǒng)、螺桿壓縮機控制、垃圾焚燒系統(tǒng)、油加熱系統(tǒng)、紙機自動控制系統(tǒng)。。。

糧豐自來水廠建設工程是威遠縣的重點工程之一，位于威遠城外兩公里涼風坳。工程建設一期供水2.5萬噸/日，二期供水5萬噸/日。系統(tǒng)總共分為安防系統(tǒng)、自控系統(tǒng)及中控室三部分。其中,自控系統(tǒng)主要分為加氯加藥系統(tǒng)、濾池系統(tǒng)、泵房系統(tǒng)三部分，分別采用PROFIBUS與中控室通訊，系統(tǒng)采用變頻變壓變流控制，根據流量的變化采用專用算法自動選擇合適泵型變頻供水確保出廠壓力，自動彌補因為流量變化而產生的壓力管道損失，真正確保用戶終端壓力恒定，真正做到根據用戶的用水情況自動優(yōu)質供水。將生產成本降至最低。安防系統(tǒng)主要包含廠區(qū)攝像頭及附屬云臺，和周圍圍墻的紅外周界，并在中控室集中顯示和控制。中控室作為整個廠區(qū)的核心和大腦，集中控制顯示整個廠區(qū)的所有設備運行情況，具有以下功能：一、直觀顯示所有設備運行狀況；二、所有設備的遠程控制和監(jiān)視；三，整個廠區(qū)數據的記錄；四、所有安防設備的顯示控制和記錄；五、提供良好的人機界面，以利于業(yè)主根據實際情況做修改，確保整個系統(tǒng)的最佳運行狀態(tài)。六、提供各種聲音報警，以確保操作員注意。水廠概況電視墻莊重氣派，整個中央控制室簡潔、大方可自由操作的監(jiān)控畫面

監(jiān)控系統(tǒng)設備選用國外先進的監(jiān)控產品，并應具有標準化、高性能、高可靠性、可擴展性、安全性、安裝操作維護簡單、智能化網絡管理的特點。監(jiān)控系統(tǒng)設計的主要目的是實現(xiàn)整個水廠重點區(qū)域的實時監(jiān)控功能，并根據用戶的要求力求做到經濟、可靠、合理、先進。在日常運作中，電視監(jiān)控系統(tǒng)是企業(yè)現(xiàn)代化管理必不可少的手段之一，它像一雙雙永不疲倦的眼睛忠實地監(jiān)視著整個受控區(qū)域，為管理人員送去重要的圖像信息資料。避免人為的失誤和破壞。本自動控制系統(tǒng)對水廠內的送水泵房系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)和與加氯系統(tǒng)通訊、氣水濾池實施獨立的運行控制。每套系統(tǒng)設置一套基于可編程序邏輯控制器（PLC）的控制站，在中央控制室建立一套統(tǒng)一的過程監(jiān)控HMI并為水廠配備一套電視監(jiān)控和紅外周界系統(tǒng)。電視電控系統(tǒng)由一臺工控機統(tǒng)一管理，自動化系統(tǒng)則由兩臺軟件配置一樣的兩臺工控機并立運行，提高可靠性。即可熱備也可后備。一體化球形攝像機采用旋轉球配置，內置1/4”彩色CCD，水平分辨率為470線，低照度為0.01Lux，內置28倍光學變焦鏡頭，可0－355°水平，0～90°向下連續(xù)無盲點監(jiān)視，通過變焦，最遠可視距離不小于200m，RS485通訊，64個預置點，云臺內置解碼器支持Pelco-P協(xié)議。設備為智能型，集攝像機、變焦鏡頭、云臺、解碼器于一體的設備?？刂葡到y(tǒng)的過程監(jiān)控HMI（2臺式工業(yè)PC）1、過程監(jiān)控HMI的主要功能有：過程數據處理，報表生成(屏幕顯示)，過程顯示，過程的指令界面2、過程監(jiān)控HMI的數據處理功能包括以下內容：過程變量的歷史趨勢初級信號的處理，例如：狀態(tài)信息(開/停、開/關等)，報警信號和擾動信號模擬變量監(jiān)視3、報表生成功能提供如下功能：日報表、月報表、年報表、報警4、過程顯示功能提供如下內容：動態(tài)的流程畫面、歷史數據的顯示、實時趨勢顯示、信息的顯示5、指令由操作員輸入并具有以下功能：控制系統(tǒng)的設定點、啟停設備、故障/錯誤和干擾信息的確認6、系統(tǒng)提供密碼功能，具有不同的權限功能。送水泵房系統(tǒng)概述

送水泵房是自來水廠最重要的設備，也是能耗最高的地方。先進、合理、可靠的系統(tǒng)設計可保證安全、正常的生產過程，和最佳的經濟效益。送水泵房包括5臺水泵及配套的出水電動蝶閥（2臺90KW、2臺75KW、1臺75KW），由1臺90KW的變頻器和1臺軟啟動器帶動實現(xiàn)變流變壓組合投切、從而滿足用戶末端的恒壓供水。該系統(tǒng)是水廠系統(tǒng)構成的主要部分，送水泵消耗的電能占生產成本的很大比例，因此精心配置送水設備、設計合理有效的控制策略是十分必要的。本系統(tǒng)設置一個PLC站并作為控制中心站與中央控制室連接。為了提高系統(tǒng)的可靠性，本PLC站采用了雙控制器模式。S3-300控制器是一種適合于大中型自動化系統(tǒng)的西門子產品，其杰出的性能完全勝任了變流變壓供水系統(tǒng)的要求。同時系統(tǒng)提供了一套S7-200控制器作為后備，當主控制系統(tǒng)故障時，通過人工干預S7-200系統(tǒng)，保證正常供水。水是人們生活的基本需求，提供優(yōu)質的生活用水關系到人民的身體健康，是一個必須高度重視的問題。隨著市場經濟的深化,自來水公司不僅要滿足人們的用水要求，而且必須充分考慮企業(yè)自身的利益，因此，為企業(yè)建立優(yōu)質、高效、合理的管理體系，提高企業(yè)的經濟效益是十分必要的。利用自動化控制技術、計算機網絡化管理功能對水廠進行現(xiàn)代化改造，是實現(xiàn)這一目的的物質前提。一般的自來水廠都采用多個PLC控制站檢測完成前端的檢測與控制，通過各種形式的現(xiàn)場網絡同中央控制室連接起來，完成對水處理的綜合控制管理。主要監(jiān)測的參數有:入出廠水流量、管網供水壓力、水位、原水和清水濁度、聯(lián)絡自動加氯和自動加藥系統(tǒng)、余氯、PH值等，也可以根據用戶的要求監(jiān)測其他參數。系統(tǒng)安全的各種保障措施-----操作安全重要參數的修改必須有授權許可

送水泵房發(fā)生嚴重故障時，在中央控制室可以遠程屏蔽系統(tǒng)的自動運行功能，防止事故擴展。操作的二次選擇性則防止誤操作。可選擇的變流變壓控制方式和自動恒壓控制方式增強了系統(tǒng)的可用性。系統(tǒng)安全的各種保障措施-----控制策略除保證完整的工藝目的實現(xiàn)外，控制程序還涵蓋完備的故障處理機制和故障提示功能。一旦變頻器故障，系統(tǒng)自動退出“自動運行”狀態(tài)，并鎖定故障信息（即使故障消失），防止系統(tǒng)震蕩。排除故障后，必須按復位按鈕才能恢復自動，保證萬無一失?？刂瞥绦蛞恢北O(jiān)視每臺水泵的狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)設備故障（包括熱過載、人為拉斷對應的空氣開關、對應的電動閥故障），系統(tǒng)自動把故障水泵解列并給出報警信息。如果此設備本身沒有運行，系統(tǒng)不再試圖啟動它，如果設備正在運行則立即停止它。故障解除后從新入列等待控制程序的指令。系統(tǒng)安全的各種保障措施-----防雷和接地閃電是自然界強大的脈沖放電現(xiàn)象。地球上每天約有800萬次云對地的閃電，平均每秒鐘有100次。它已成為十大自然災害之一，給人類帶來巨大的損失。除用戶供電系統(tǒng)本身已有的防雷措施，為了保證控制系統(tǒng)的安全，增設了專門的弱電接地裝置、信號防雷模塊，增強弱電信號傳輸的安全性。添加了降阻劑的專用接地裝置

西門子產品強大的通訊能力，使得不僅泵房主站能按需要進行擴展，還能夠通過總線連接，擴充近百個子系統(tǒng)，完全滿足一個中型企業(yè)的需要。S7-300通過通訊處理器，或通過集成在CPU上的PROFIBUS-DP接口連接到PROFIBUS-DP網絡上。帶有PROFIBUS-DP主站/從站接口的CPU能夠實現(xiàn)高速的、用戶方便的分布式自動化組態(tài)。通過PROFIBUS-DP分布式I/O就像處理集中的I/O一樣，具有相同的組態(tài)、地址和編程。下列設備可以作為主站：?SIMATICS7-300(通過帶PROFIBUS-DP接口CPU或通過PROFIBUS-DP)下列設備可以作為從站：?通過CP342-5的S7-300?CPU315-2DP，?ET200B/L/M/S/X分布式I/O設備?S7-200PLC?雖然帶有STEP7的編程器/PC或OP在總線中是作為主站，但它們只使用部分通過PROFIBUSDP運行的MPI功能。S7-300的CP專用通訊模塊早已用固件（HardwareandSoftware）的方式實現(xiàn)通訊功能，它減輕了數據終端設備（DTE）的負擔，如數據流控制，成組等通訊任務，為工業(yè)現(xiàn)場的快速數據通訊提供了基礎。CP5611DP卡用于把PC機連接到PROFIBUS總線或者S7的MPI口，符合如下通訊：①有SOFTNET-DP的類型1PROFIBUSDP主站；②包括有SOFTNET-DP的非循環(huán)DP擴展在內的類型2PROFIBUSDP主站；③有SOFTNET-DP從站的PROFIBUSDP從站；④PG/OP通訊；⑤有SOFTNET-S7的S7通訊；⑥有SOFTNET-DP或SOFTNET-S7的S5兼容通訊（基于FDL接口的發(fā)送/接收）。簡潔、快速的通訊連接系統(tǒng)正常運行時，可以在線修改程序。下載修改了程序前后，系統(tǒng)數據完全無縫，大大地增加了系統(tǒng)的靈活性，適應性。用戶隨時提出的工藝調整、運行模式變化，在不影響正常生產的前提下，都可以得到滿足。模塊化的程序結構和高級語言的引入，使程序編制可以滿足任意的工藝要求。從工藝到算法，現(xiàn)在很簡單。高效率的編程環(huán)境性能卓越的執(zhí)行設備

不僅選擇了卓越的西門子控制器，系統(tǒng)也配置了品質不凡的ABB傳動設備，通過合理的程序控制，實現(xiàn)系統(tǒng)性能的最佳。PSS18...300通用型系列軟啟動器，適合電機電流從18至515A應用，并提供靈活的方案，且安裝和設置簡單。?高靈活性：兩種不同的接線方式(內接或外接)可供選擇，更可配置限流功能。?容易設定：僅用三個旋旋便可在大部分應用中設定軟起動器。?固態(tài)電路：甚至在頻繁起起和停止的應用場合，也可確保最高的穩(wěn)定性和最大程度減少維護。ACS510變頻器傳動應用于廣泛的工業(yè)領域，適用各類型負載。還針對風機、水泵應用做了特別的優(yōu)化，典型的應用包括恒壓供水，冷卻風機，地鐵和隧道通風機等等?！昝赖娘L機水泵應用▲高級控制盤▲用于降低諧波的專利技術：變感式電抗器▲循環(huán)軟起▲用戶自定義U/F曲線▲超越模式▲內置RFI濾波器作為標準配置，適用于第一和第二環(huán)境對用戶開放的恒壓調節(jié)功能模式

通過近十年在供水行業(yè)的工程實踐，我公司自己開發(fā)了一套針對恒壓（以及我們新近實現(xiàn)的變流變壓）供水的專用PID控制算法，取得了良好的效果。

應用于供水系統(tǒng)的變頻器都自己帶有PID控制器，象ABB這樣的產品，我們在工程中也驗證過其PID調節(jié)性能非常優(yōu)秀。但是好的部件不一定就能組合成優(yōu)秀的系統(tǒng)。由于變頻器的PID是內置的，一旦參數設定好后，對用戶是不可見的，也不能隨系統(tǒng)狀態(tài)的變化而修正。我們的“用戶PID控制模型”運行于PLC之中，在工控機界面上對用戶開放。因此可以實現(xiàn)人為設定啟動初始頻率、任意指定運行頻率、加泵下限跟蹤、減泵上限跟蹤等輔助功能，以及用戶希望增加的功能。

參數自適應則保證了調節(jié)高效由于供水工況（用戶負荷）是隨時變化的，導致供水壓力會不斷變化。在不同的特性段要求的調節(jié)器性能是有差異的，我們設計了一個“參數自適應模型”來專門滿足這一要求。變流變壓：用戶的恒壓供水！三二表決技術：供水安全的新保證！

在供水系統(tǒng)中，變頻恒壓供水技術已經獲得了廣泛而成功的應用，并取得了良好的經濟效益。由于技術上的限制，目前主要的實現(xiàn)方案是水廠出口恒壓，這種控制方法不能補償管網損失以及調整不同流量狀態(tài)下的管阻特性，因此在用戶末端并沒有實現(xiàn)恒壓供水，系統(tǒng)也沒有達到最好的節(jié)能降耗。為把管網特性對供水質量的影響納入可控的范圍，我們在糧豐水廠（的水廠出口）實現(xiàn)變流變壓供水。實際運行的變流變壓曲線，豎紅線（流量）與橫紅線（壓力）在管網特性（分段彩色曲線）的交叉點即為變流變壓的撲捉點。

壓力傳感器實時地監(jiān)視著管網壓力，系統(tǒng)PID不斷修正變頻器的工作，確保實際壓力在線跟蹤變流變壓的撲捉點。如果傳感器出現(xiàn)誤差，在線跟蹤就不可實現(xiàn)，特別是傳感器損壞時，系統(tǒng)會錯誤地全力加壓，可能造成爆管等嚴重后果。我們采用自主開發(fā)的三二表決模型，跟蹤變流變壓的撲捉點的浮動基，把三個壓力的平均値作為表決壓力。只要任一傳感器的測量值偏差超過指定的表決誤差，系統(tǒng)自動語音報警、準確指定元件編號，提示維修人員檢查。同時系統(tǒng)自動排除故障點，采用另外兩個傳感器的平均値作為表決壓力。如果出現(xiàn)兩個以上不能跟蹤變流變壓的撲捉點的浮動基的極端情況，系統(tǒng)采用最大值作為表決壓力，至少防止管網過壓。特別容易被忽視的問題---壓力傳感器特性發(fā)生漂移時系統(tǒng)指示不是真實工作點也得到解決。系統(tǒng)預置了恒壓供水和變流變壓兩種控制模式供用戶選擇。

由于城市管網的復雜性，實際的管阻特性是難以建立準確的數學模型的。系統(tǒng)提供了“自動恒壓控制方式”，開始采用恒壓模式，在城市管網中選擇參考點，通過觀察不同流量下的管道壓力損失，可以人為建立變流變壓阻抗特性。人工內建流量、壓力特性表。自動計算出實測的變流變壓曲線合理分配泵組合與流量段的關系

為了盡可能地優(yōu)化系統(tǒng)，充分挖掘潛力，供水泵房應采用多種功率的多泵組合方式。如下表，在不同的流量段指定不同的泵組組合，使系統(tǒng)效率最佳。用戶通過對管網特性的摸索，隨時可以修改邊界參數，使系統(tǒng)性能盡可能地優(yōu)化；用戶對管網改造后，也可以通過參數的修改以適應性新特性。流量段的邊界點是按工藝可調的

只要用戶指定了基準壓力P1和流量段分界點F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7，系統(tǒng)將自動根據管網長度、管徑和管道材質給出變流變壓特性上的特性點壓力P2、P3、P4、P5、P6、P7。也可以通過人工內置表建立特性曲線。通過一個特定的“矩陣式內置表”，用戶可以自由安排每個流量段的組合關系，變頻器的選擇按泵功率由低到高內涵排他性，從原理上排除用戶同時指定兩臺水泵變頻工作的可能性。隨心所欲地分配泵組合與流量段的關系您需要，您就可以選擇!用戶可以隨時需要更改工藝模式，不再依賴系統(tǒng)集成商。

在任意流量段，指定55KW變頻，系統(tǒng)自動屏蔽75KW、90KW水泵變頻的可性；指定75KW變頻系統(tǒng)自動屏蔽90KW水泵變頻的可能性；

通用排查程序，對于任何數目的水泵數量都是適用的。任意一臺水泵退出運行指令發(fā)出，系統(tǒng)自動關閉該泵。當系統(tǒng)同時發(fā)出多臺水泵工頻運行指令，由于只有一臺軟啟動器，排查程序

循環(huán)、按指定時間（包括軟啟動需要的啟動時間加適當間隙）依次予以啟動，不存在任何沖突。在供水系統(tǒng)常用單泵投切適應不同的流量段，排查程序為多泵投切提供了技術上的可行性。可以是任意值，具有通用性可人為指定的時間間隔改善變流量變壓控制技術安全性的又一措施

流量測量的準確性會系統(tǒng)的控制指標，可以從多個方面改善流量因素。首先采用排除干擾，嚴格按照流量傳感器的安裝、使用說明的要求，保證傳感器的測量精度和穩(wěn)定性，同時做好屏蔽和接地，嚴防信號在傳輸過程中被干擾。在控制器的輸入口，加裝LC信號濾波器，在控制器內編制數字濾波程序，確保測量值能夠準確地反映實際流量信號，使系統(tǒng)能計算出最佳的壓力給定值。其次，如果由于管路系統(tǒng)等其它原因造成流量信號突然變化時，為防止壓力給定信號的突變給系統(tǒng)帶來的沖擊，在流量----壓力的轉換算法中增加斜坡因子，使壓力給定信號以一種漸進的方式接近計算值，如下圖所示，保證系統(tǒng)平穩(wěn)地過度。盡管系統(tǒng)的反應會變慢一些，其性能仍然優(yōu)于恒壓供水系統(tǒng)。變流變壓的效果

用戶在城內的自來水公司監(jiān)測點連續(xù)觀察了一周，無論24小時內供水的峰、谷變化，監(jiān)測點的壓力始終為4Kg，而以前的恒壓供水系統(tǒng)在3.5---4.8Kg之間變化（盡管出廠點恒了壓，無奈何管損變化。）

濾池反沖洗是恢復和繼續(xù)發(fā)揮濾池過濾功能的重要手段，濾池的效率主要依靠有效的清洗來實現(xiàn)。反沖強度不足，導致濾池清洗不干凈，濾池堵塞較快，產生泥球以至影響過濾性能；反沖強度太太，出現(xiàn)濾料層、承托層翻動，膨脹太高，造成跑砂、配水系統(tǒng)故障或漏砂等現(xiàn)象。因此，只有選擇合適的反沖強度才能滿足濾池反沖洗工藝的要求。氣水反沖洗濾池是九十年代引進的一種新