基于工業(yè)以太網(wǎng)的水廠自控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

韓興連 馮立

摘要：介紹了重慶市井口水廠的自控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)了全廠基于工業(yè)以太網(wǎng)的控制、通訊網(wǎng)絡(luò)，將全廠生產(chǎn)過程控制自動(dòng)化系統(tǒng)、管理自動(dòng)化系統(tǒng)、視頻監(jiān)控和安防報(bào)警系統(tǒng)三大系統(tǒng)進(jìn)行了整合。運(yùn)行實(shí)踐表明，該網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期控制目標(biāo)。

關(guān)鍵詞:凈水廠；自動(dòng)控制；工業(yè)以太網(wǎng)

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

為滿足重慶市西部新城和雙碑組團(tuán)的用水需要，2011年重慶市建設(shè)了井口水廠，該水廠是重慶市重大基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目之一，工程建設(shè)總投資6.56億元。工程總設(shè)計(jì)規(guī)模55X104m3/d，一期設(shè)計(jì)規(guī)模20X104m3/d。分為廠內(nèi)和廠外兩大部分。廠內(nèi)分為凈水處理（含取水、預(yù)沉）、廢水處理（含泥處理）和深度處理三個(gè)系統(tǒng)，廠外分為輸配水管網(wǎng)和加壓站。

凈水廠采用嘉陵江為水源，水量充沛、區(qū)段水質(zhì)較好，原水最高濁度達(dá)5000NTU。供水水質(zhì)的目標(biāo)達(dá)到出廠水濁度不超過0.5NTU。水廠直接供水范圍為雙碑組團(tuán)及往西永和蔡家送水的加壓站。

重慶井口水廠工藝流程如圖1所示。

圖1 凈水工藝流程圖

2 控制設(shè)計(jì)

2.1控制目標(biāo)

重慶井口水廠自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以安全、經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用為原則，設(shè)計(jì)遵循"集中管理、分散控制、資源共享、無人職守"的原則[1]，滿足水廠實(shí)現(xiàn)“生產(chǎn)運(yùn)行巡檢制”的要求；在線檢測(cè)儀表系統(tǒng)遵循"工藝必需、計(jì)量達(dá)標(biāo)、實(shí)用可靠、維護(hù)簡(jiǎn)便" 的原則。

全廠分為生產(chǎn)過程控制自動(dòng)化系統(tǒng)、管理自動(dòng)化系統(tǒng)、視頻監(jiān)控和安防報(bào)警系統(tǒng)三大系統(tǒng)。

1）生產(chǎn)過程控制自動(dòng)化系統(tǒng)。主要功能包括：①生產(chǎn)過程各種主要工藝參數(shù)、過程設(shè)備的采集（檢測(cè)儀表、設(shè)備工況、電氣運(yùn)行參數(shù)）。②各種能耗、物耗和進(jìn)、出廠水、生產(chǎn)過程用水流量的計(jì)量和累計(jì)。③生產(chǎn)過程設(shè)備工況和工藝流程狀況的實(shí)時(shí)畫面監(jiān)測(cè)顯示。④生產(chǎn)過程設(shè)備的自動(dòng)控制：實(shí)現(xiàn)機(jī)泵一步化開/?？刂?；根據(jù)排泥時(shí)間設(shè)定或水質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)沉池、沉淀池的自動(dòng)排泥；自動(dòng)配藥、根據(jù)原水流量配比及沉水濁度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加藥；根據(jù)原水流量配比及濾后水余氯反饋實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加氯、氯源自動(dòng)切換、漏氯自動(dòng)報(bào)警與聯(lián)動(dòng)中和系統(tǒng)運(yùn)行；濾池自動(dòng)恒水位過濾、自動(dòng)反沖洗。⑤生產(chǎn)過程參數(shù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和歷史趨勢(shì)分析。⑥生產(chǎn)報(bào)表的自動(dòng)形成和打?。喝?、月、年報(bào)表。⑦自動(dòng)生成主要運(yùn)行設(shè)備維修保養(yǎng)報(bào)告⑧事故報(bào)警處理與打印：包括對(duì)運(yùn)行設(shè)備、檢測(cè)儀表超限值的故障自動(dòng)記錄、聲光報(bào)警、自動(dòng)打印。

2）管理自動(dòng)化系統(tǒng)。水廠管理計(jì)算機(jī)通過WEB方式，可查看生產(chǎn)運(yùn)行、視頻監(jiān)視情況[2]：①生產(chǎn)過程的全面查詢：包括廠內(nèi)監(jiān)控畫面、流程、過程參數(shù)、各種能耗、物耗、進(jìn)、出廠水流量以及歷史數(shù)據(jù)。②生產(chǎn)過程分析報(bào)告、報(bào)表和圖形。③視頻監(jiān)視系統(tǒng)的查詢。

3）視頻監(jiān)控和安防報(bào)警系統(tǒng)。凈水廠地理位置偏僻，為保證生產(chǎn)安全，專門增設(shè)32路視頻監(jiān)控以及安防報(bào)警系統(tǒng)。

①全廠閉路監(jiān)控系統(tǒng)采用高清晰云臺(tái)彩色攝象機(jī)，對(duì)生產(chǎn)區(qū)域重要設(shè)備和重要區(qū)域全天候監(jiān)視，可以采用實(shí)時(shí)記錄、報(bào)警聯(lián)動(dòng)以及人工隨機(jī)錄像多種相結(jié)合方式來進(jìn)行錄像。②能夠同時(shí)對(duì)32路視頻信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視、回放、錄像和存檔。提供至少15天以上報(bào)警和圖像資料記錄。③微機(jī)模塊化、高密度矩陣設(shè)計(jì)，視頻切換、報(bào)警控制于一體。操作員可自由選擇多種方式進(jìn)行畫面切換、錄像控制、畫面放大縮小旋轉(zhuǎn)。

2.2控制實(shí)現(xiàn)

考慮到現(xiàn)場(chǎng)儀表及設(shè)備較為分散，因此利用分散集中的原則，對(duì)整個(gè)凈水廠工藝進(jìn)行功能劃分，分別為送水泵房、濾池反沖洗泵房、加氯加藥間和取水泵房、廠外加壓站部分。在每個(gè)部分均設(shè)置了獨(dú)立的控制站。

凈水廠部分。分別在送水泵房、濾池反沖洗泵房、加氯加藥間和取水泵房設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)控制站，并在各現(xiàn)場(chǎng)控制站配置操作顯示終端（反沖洗泵房除外），現(xiàn)場(chǎng)控制站通過光纖網(wǎng)絡(luò)與中控室以太網(wǎng)交換機(jī)相連。在兩組濾池上還設(shè)有10個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制分站（CD01--CD08），通過普通標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)與反沖洗泵房控制站的以太網(wǎng)交換機(jī)相連。在濾池反沖洗泵房設(shè)置6個(gè)一體化的PLC，用于3臺(tái)反沖洗泵與3臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)的控制，通過普通標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)與反沖洗泵房控制站的以太網(wǎng)交換機(jī)相連；同時(shí)6個(gè)一體化PLC通過控制層控制總線與濾池反沖洗PLC通訊。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備集中的預(yù)沉、沉淀池，采用作為加氯加藥站的I/O分站，通過控制層控制總線與相應(yīng)的控制分站PLC通訊。

中控室網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。在中央控制室設(shè)置C/S（客戶端/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)形式的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，以兩臺(tái)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器和一臺(tái)數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器為核心，構(gòu)成100M交換式局域網(wǎng)絡(luò)。中控室和廠內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)控制站采用以太網(wǎng)交換機(jī)為中心的環(huán)狀光纖網(wǎng)連接，網(wǎng)絡(luò)形式為工業(yè)以太網(wǎng)，傳輸速度為10/100M。

3）凈水廠電氣參數(shù)采集。凈水廠送水泵站、取水泵站以及加壓站的高/低壓電力自動(dòng)化系統(tǒng)由電氣廠配套提供，帶以太網(wǎng)接口，直接進(jìn)入自控系統(tǒng)的交換機(jī)；各個(gè)控制站內(nèi)的電氣設(shè)備綜合保護(hù)器由電氣設(shè)備配套提供，帶Modbus通訊接口，直接進(jìn)入自控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站。

廠外加壓站部分。在加壓站泵房設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)控制站，并在現(xiàn)場(chǎng)控制站配置操作顯示終端，該站主要用于對(duì)加壓站機(jī)泵的控制和加壓站補(bǔ)氯系統(tǒng)的控制。現(xiàn)場(chǎng)控制站通過無線傳輸GPRS網(wǎng)絡(luò)與凈水廠中控室的通訊管理機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)加壓站與中控室的數(shù)據(jù)通信。

全廠自動(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

圖2 凈水廠自控網(wǎng)絡(luò)圖

3結(jié)束語

重慶市井口水廠在工程設(shè)計(jì)中大量采用了自動(dòng)控制技術(shù)，全廠通過工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)建了控制網(wǎng)。經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行表明，控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期控制目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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[2].賀惠珍, 周孟建. 城市自來水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)建及設(shè)計(jì)[J]. 電氣傳動(dòng)自動(dòng)化,2011(4):35-37.

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)用PDF形式查看。