城鎮(zhèn)水廠智能監(jiān)控系統(tǒng)分析

黃衛(wèi)斌

（惠州市供水有限公司，廣東 惠州 516003）

城鎮(zhèn)水廠智能監(jiān)控系統(tǒng)分析

黃衛(wèi)斌

（惠州市供水有限公司，廣東 惠州 516003）

監(jiān)控系統(tǒng)是供水系統(tǒng)的重要組成部分，城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)只有掌握了供水環(huán)節(jié)中重要監(jiān)測點的實時數(shù)據(jù),才能進(jìn)一步提高供水的質(zhì)量。本文對城鎮(zhèn)水廠監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀、智能監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計以及系統(tǒng)組成進(jìn)行了分析，以期滿足人們對水資源的需求。

城鎮(zhèn)水廠；智能監(jiān)控系統(tǒng)；總體設(shè)計

1 引言

水是人們賴以生存的主要能源，對于一個地方而言首先要解決供水問題。隨著城鎮(zhèn)的發(fā)展越來越快，集中供水成為主要的方式，但是水廠的控制系統(tǒng)卻比較落后，設(shè)備簡單，控制水平低，這就需要加強城鎮(zhèn)水廠的控制系統(tǒng)發(fā)展，實現(xiàn)自動控制和智能監(jiān)控，促進(jìn)水廠的供水質(zhì)量，給人們提供生活上的方便。隨著我國控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，對城鎮(zhèn)水廠的監(jiān)控系統(tǒng)也要求實現(xiàn)智能化，這樣就能及時發(fā)現(xiàn)供水過程中出現(xiàn)的各種問題，并能及時進(jìn)行改正，以保證供水的安全性和高效性。本文主要分析了城鎮(zhèn)水廠的智能監(jiān)控系統(tǒng)，以確保城鎮(zhèn)居民正常的用水需求。

2 城鎮(zhèn)水廠監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國外水廠的發(fā)展相對比較成熟，而我國水廠自動化水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國外水廠，因此，加強開發(fā)和研究是重中之重。隨著對國外技術(shù)的不斷引進(jìn)，我國水廠的控制技術(shù)有了一定的發(fā)展，將先進(jìn)的控制技術(shù)運用到各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，不僅增強了我國水廠的規(guī)模，還大大提高了我國城鎮(zhèn)水廠的自動化水平。對于目前的城鎮(zhèn)水廠監(jiān)控系統(tǒng)有很多問題需要解決，比如水廠的監(jiān)控系統(tǒng)只是對生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，優(yōu)化生產(chǎn)需要靠操作人員的經(jīng)驗；操作人員不能充分利用自動化設(shè)備；企業(yè)沒有考慮節(jié)約用水等。這些都是城鎮(zhèn)水廠監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展過程中需要解決的重要問題。城鎮(zhèn)水廠的集中監(jiān)控技術(shù)主要通過集中控制、多種控制方式、先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和儀器等，以此促進(jìn)城鎮(zhèn)水廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展。

3 城鎮(zhèn)水廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的要求

城鎮(zhèn)水廠的智能監(jiān)控系統(tǒng)需要滿足下面幾個要求：首先，在提高城鎮(zhèn)水廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的自動化水平前提下，要盡量降低能耗；根據(jù)清水池的水位自動改變水泵的數(shù)量，保證水位穩(wěn)定。其次，要能夠智能檢測城鎮(zhèn)水廠中各種參數(shù)，并根據(jù)檢測值和設(shè)定值比較實現(xiàn)參數(shù)的自動調(diào)節(jié)，保證各設(shè)備都能被充分利用。第三，實現(xiàn)對工藝參數(shù)的自動記錄和調(diào)節(jié)，打印相關(guān)報表，并對數(shù)據(jù)的變化情況進(jìn)行分析，以保證及時發(fā)現(xiàn)各種故障。第四，實現(xiàn)城鎮(zhèn)水廠的信息化和網(wǎng)絡(luò)化。對監(jiān)測點進(jìn)行處理，實時查看各種數(shù)據(jù)，對各個工作站實現(xiàn)局域互聯(lián)。總之，對城鎮(zhèn)水廠的智能監(jiān)控系統(tǒng)需要不斷加強管理，使其真正實現(xiàn)對城鎮(zhèn)水廠的智能監(jiān)控。

4 城鎮(zhèn)水廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則

城鎮(zhèn)水廠的智能監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計時要遵循一定的原則：首先，要保證智能監(jiān)控系統(tǒng)的先進(jìn)性，合理設(shè)計控制方案，選用成熟的技術(shù)平臺，在良好的開發(fā)應(yīng)用環(huán)境中，保證監(jiān)控系統(tǒng)的不斷升級。其次，要保證智能監(jiān)控系統(tǒng)運行安全可靠，監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)各種故障，自動報警，保證系統(tǒng)的可靠性。對重要設(shè)備要考慮冗余和閉鎖，保證設(shè)備運行的穩(wěn)定性。第三，在設(shè)計時根據(jù)城鎮(zhèn)水廠的特點和共性，設(shè)計出具有通用性的智能監(jiān)控系統(tǒng)。第四，要保證設(shè)備的相容性、靈活性、節(jié)能型和便于維護(hù)性，以保證智能監(jiān)控系統(tǒng)性能良好，靈活配置各種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化設(shè)計方案，節(jié)約成本，操作簡單，便于維護(hù)，實現(xiàn)城鎮(zhèn)水廠的智能監(jiān)控。

5 城鎮(zhèn)水廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的主要設(shè)備組成

城鎮(zhèn)水廠的智能監(jiān)控系統(tǒng)由多個設(shè)備組成，包括可編程控制器PLC、安裝在遠(yuǎn)程測控單元RTU、軟啟動器、變頻器、智能型三相電參數(shù)綜合采集模塊、EDA檢測模塊、液位檢測、壓力檢測、流量檢測、空氣斷路器、接觸器、避雷器、熱繼電器等，需要對這些設(shè)備進(jìn)行合理的設(shè)計，以保證各個設(shè)備都能夠根據(jù)需要發(fā)揮應(yīng)有的功能，確保整個城鎮(zhèn)水廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的運行質(zhì)量。

6 城鎮(zhèn)水廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計

6.1 水處理工藝分析

城鎮(zhèn)水廠的水處理要求去除掉水中的懸浮物和水中的病原微生物，以降低水質(zhì)的渾濁度，達(dá)到消毒的目的。對于水處理工藝要根據(jù)國家對水質(zhì)的要求標(biāo)準(zhǔn)，將水中對人體有害的物質(zhì)全部清除，如致病的細(xì)菌、粘土膠體微粒等。對于采用地下水作為源水的，需要對水進(jìn)行必要的消毒，以前的消毒采用的是液氯，它存在于高壓鋼中，在突然發(fā)生提水時，會使水流入鋼瓶中，使水和液氯反應(yīng)，形成鹽酸，會對鋼瓶進(jìn)行腐蝕損壞，嚴(yán)重的會造成氯氣泄漏，危害到周圍的環(huán)境，甚至引起爆炸。為了保證供水的安全性，需要尋找更加安全高效的消毒方式。對于采用水庫里的水作為水源，則需要先對水進(jìn)行混凝、沉淀、過濾后，再進(jìn)行消毒處理，因此，需要提高消毒技術(shù)的研究及加強城鎮(zhèn)供水水質(zhì)的安全技術(shù)管理，選擇合理的消毒劑和絮凝劑，力爭將水中的污染物含量降到最低，總之消毒這個過程是不可缺少的。

6.2 控制對象分析

隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)水廠的控制系統(tǒng)也實現(xiàn)自動化。在水廠的控制室實現(xiàn)了無人值班，智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)ΜF(xiàn)場進(jìn)行實時監(jiān)控，還能實現(xiàn)遠(yuǎn)端監(jiān)控中心的檢測和管理。控制系統(tǒng)的對象是取水和供水控制站，要不斷提高它們的自動化水平，保證人們對用水的需求量。取水控制系統(tǒng)是采用電機的直接啟動來代替原來的手動控制，實現(xiàn)自動化控制，保證各個水源井都能夠充分合理地利用。常用的方法是利用PLC實現(xiàn)電機的變頻啟動，利用恒液位方式控制深井泵，保證取水量的控制。供水系統(tǒng)是采用變頻變壓的供水方式來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的變頻恒壓的供水，以保證能及時地根據(jù)水壓的變化進(jìn)行供水量的調(diào)整，可以采用模糊控制和PID控制來實現(xiàn)供水系統(tǒng)的多變量、時滯、非線性的變化，保證智能監(jiān)控系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性。總之，在供水系統(tǒng)中，要根據(jù)系統(tǒng)的運行情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，爭取使系統(tǒng)在最合理、最高效、最節(jié)能的狀態(tài)下進(jìn)行供水，保證供水的質(zhì)量。

7 城鎮(zhèn)水廠智能監(jiān)控系統(tǒng)分析

7.1 井群監(jiān)控系統(tǒng)的分析

城鎮(zhèn)水廠的水井有很多，針對井群的監(jiān)控系統(tǒng)主要從兩個方面進(jìn)行分析，分別是單水井的控制和水源地值班室的控制。單水井控制是對提水水泵的控制，以保證其正常工作，它檢測的參數(shù)有水泵的電壓、電流、出水壓力、水流量等，可以在井群的周圍建設(shè)值班室，及時提取水井的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲，以提升系統(tǒng)的通訊和升級管理。對調(diào)度中心需要數(shù)據(jù)時，可以通過RTU通信將數(shù)據(jù)傳輸給調(diào)度中心，這樣大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免各種通訊的延時。對于不能正常控制的井群，可以在值班室進(jìn)行調(diào)試，這樣就保證了調(diào)度中心的正常工作。對于水源地值班室則可以設(shè)置一個操作員站，利用監(jiān)控軟件及時地監(jiān)測水井中的數(shù)據(jù)，并通過通信技術(shù)轉(zhuǎn)發(fā)給調(diào)度中心。井群可以采用遠(yuǎn)程或者就地的控制方式，監(jiān)測水泵的工作狀態(tài)，對系統(tǒng)進(jìn)行啟動和停止，保證系統(tǒng)能夠正常運行。

7.2 水廠監(jiān)控系統(tǒng)的分析

對于水廠中的水泵，可以通過控制柜分別進(jìn)行控制，變頻器拉動控制柜進(jìn)行工作。控制柜中的PLC程序是整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心，它通過RS485和上位機連接，接收控制信號，根據(jù)設(shè)備的情況進(jìn)行變頻調(diào)速。通過PLC實現(xiàn)電機的啟動、停止和復(fù)位，實現(xiàn)電機頻率、電流、壓力等數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)電機的過電壓保護(hù)和過電流保護(hù)。水廠的智能監(jiān)控系統(tǒng)要實現(xiàn)恒壓供水，就是管網(wǎng)中的水壓不隨用戶用水量的大小而變化，始終保持水壓的恒定，這樣就能實現(xiàn)用戶對需求，還能保證電機不運行在空轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，避免電能浪費。對系統(tǒng)中管網(wǎng)的水壓可以通過水泵的啟動和停止以及變頻調(diào)節(jié)實現(xiàn)其數(shù)值的穩(wěn)定，保證用戶水量和輸水泵中的水量一致，實現(xiàn)變頻恒壓供水。比如，在白天用水量大時保證水泵的工作，在晚上不用水時，可以停止水泵，既能保證供水質(zhì)量，又能實現(xiàn)節(jié)約的目的。

圖1 水廠監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

7.3 通訊系統(tǒng)

在供水系統(tǒng)中，起連接作用的主要是通訊網(wǎng)絡(luò)，需要保證通訊系統(tǒng)的質(zhì)量，才能將供水系統(tǒng)中的各項參數(shù)發(fā)送給調(diào)度中心，對整個供水系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。目前常用的供水系統(tǒng)通訊方式有有線和無線兩種網(wǎng)絡(luò)，可以單獨使用也可以將這兩種網(wǎng)絡(luò)混合使用，以保證通訊的順暢。在通訊過程中各個設(shè)備之間要使用正確的通訊協(xié)議，以保證設(shè)備正常工作。水廠的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備和信息的控制主要是通過網(wǎng)絡(luò)通信來實現(xiàn)的，它包括取水、水處理和供水三個控制站，這三個控制站可以通過通訊網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)水廠監(jiān)控中的集中監(jiān)控，由于水廠中的數(shù)據(jù)比較多，需要保證系統(tǒng)通訊的連續(xù)不間斷。控制器和PC機之間也要通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)系，要實現(xiàn)快速的傳輸和交互，保證系統(tǒng)的正常運行，這就需要通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性。對于廠區(qū)內(nèi)的水處理和供水兩個控制站，由兩層網(wǎng)絡(luò)連接，廠區(qū)外是PLC設(shè)備，由三層網(wǎng)絡(luò)連接，通過這些網(wǎng)絡(luò)保證了整個城鎮(zhèn)水廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

8 結(jié)束語

綜上所述，隨著人們對水質(zhì)要求越來越高，需要加強城鎮(zhèn)水廠的集中供水控制，實現(xiàn)對城鎮(zhèn)水廠水質(zhì)和流量的控制，滿足人們對水資源的需求。智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)Τ擎?zhèn)水廠的供水進(jìn)行監(jiān)控，能及時發(fā)現(xiàn)供水過程中出現(xiàn)的各種問題，保證水廠供水的質(zhì)量。

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Analysis on the Intelligent Monitoring System of Urban Water Plant

Huang Weibin
(Huizhou Water Supply Co.,Ltd.,Huizhou 516003,Guangdong)

The monitoring system is an important component of the water supply system.Only to grasp the real-time data of important monitoring points,urban water supply system can improve the quality of the water supply.This paper analyzes the development status,overall design and the system composition of the intelligent monitoring system of urban water plant,hoping to meet with the demands of people for water resources.

urban water plant;intelligent monitoring system;overall design

TP277

A

1008-6609(2016)10-0079-03

黃衛(wèi)斌(19 8 2-)，男，廣東興寧人，本科，計算機助理工程師，研究方向為計算機。