供水廠自動監控系統改造實例

李靜瑜

供水廠自動監控系統改造實例

李靜瑜

（承德市小水電技術開發服務中心，河北承德067000）

隨著縣城供水范圍不斷擴大，供水區域分散、新舊管網交錯等問題凸顯。為保障供水水源質量、穩定性和安全性，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，以實現上述目標。

供水廠；監控系統；改造

隨著河北省隆化縣城規模的不斷擴大，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，現已超過2萬戶，由此在縣城供水方面出現了范圍不斷擴大、區域分散、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視頻監控、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控，實現供水的全過程控制。通過實時監控水源地自然環境、水源井、凈水設備、水質監測、加壓泵房和供水管網的運行參數，同時動態控制水源井、加壓泵房、凈水設備等的運行，使整個系統管網水壓保持最佳的分布和狀態，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

本供水自動監控系統的改造對象是隆化縣老水廠。自動監控系統改造就是對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進行自動化改造。通過對整個系統進行自動化升級，實現水廠集中調度，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代水廠管理體系，以達到對水廠實現中心監控、對故障智能分類、對事故分散處理、對供水網遠程監測的目的。

2　改造主要內容

2.1數據采集方面

采用SIEMENS300系列PLC作為系統配置的基礎，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。PLC是可編程的邏輯控制器，通過開關量和模擬量等進行數據采集，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。現場技術人員通過對PLC設定程序，直接對不同的工程現場進行靈活的控制。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、閥門的開關情況、加氯設備的運行故障狀態等；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、變頻的啟停控制及恒壓控制、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值等。本方案采集了系統管網壓力，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，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下的井內水位實際數值、流量實時數值、水泵的運行狀態、停止狀態、故障狀態等信息采集輸入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閉環控制功能通過對水泵增設變頻器實現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，系統免去了設備的頻繁啟停，實現了供水的經濟性和安全性，提高了供水的質量；同時，可以統計水泵供水量，監視各臺水泵運行狀態，并通過電壓、電流檢測及時發現解決水泵故障。

（3）壓力流量分站點。在縣城管網的多個數據采集點上，加裝了具有遠傳功能的GPRS通訊模塊，可以將管網壓力、流量等數據通過無線網絡傳輸到自動控制中心進行統一管理。

2.2數據傳輸方面

老水廠沒有數據傳輸功能，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場才能看到，水泵運行和出水壓力狀況同樣需要到現場才能巡檢到。改造后，加裝了水源地和加壓泵站的PLC硬件系統，其信息通過轉換成光纖傳輸的方式最終反饋到監控中心。以太網交換機實現終端光纖與上位機的轉換連接，而管網系統的信息傳遞采用具有GPRS無線通信技術標準的無線數據傳輸設備或數傳電臺，通過RS232、RS485或工業以太網接口相連，最終通過工控機的串口也反饋到上位機中。由于國家持續在無線通信領域的投入，數據傳輸的可靠性大幅度提高，隨著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。通過以太網的數據傳輸，自動控制中心實現對各個站點運行情況的監控以及對各種數據的存儲分析。此次采用的是亞控集團的組態王軟件，該軟件便利性非常強，能夠輕松組態出水源井、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。當發生水位、壓力、流量等數據的報警設置值時能夠及時準確、有效可靠地發出報警信息，為科學地分析設備的運行狀態提供良好的保障。為了確保生產過程的可靠性，系統通過實時監控畫面對整個供水過程進行統一監控，給用戶提供一個直觀、簡單的操作平臺。在實現上述功能的同時，系統還具備形象的實時監控界面、強大的數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的人工控制方式，實現了自動化升級，優化了對設備的管理，把大量現場實時數據簡潔地呈現到上位機上，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系在一起，形成一個完整的綜合管理系統。

通過對整個系統的整合改造，2個水廠系統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。由于縣城規模的持續擴張，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，建立縣城供水廠的上一級總的監控調度中心和更為強大的數據庫管理系統。

通過監控系統的改造，供水廠節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。