CN103576635A - 水厂无人值守控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水厂无人值守控制系统，是由控制系统EasyControl(即水厂信息化系统)和SCADA系统相结合，由中央监控站，主站控制柜，一级泵站、加药系统、消毒系统、净水设备、二次供水、反洗、水质检测等现场控制柜组成。采用本发明的技术方案可以节约劳动力，提高净水质量、生产效率和反应速度，降低药耗和能耗。工作人员可以随时在中央控制室全面了解工艺流程中各个阶段的水质参数，工艺参数及水厂工艺设备、取水供水设备、配电设备的运行参数及状态、故障报警，及时查询监控范围历史数据。本发明的控制系统具有登陆程序，可以限制人员的随意访问，具有很好的安全性。本发明还具有网络传输的功能。

Description

水厂无人值守控制系统

技术领域

本发明涉及一种水厂无人值守控制系统，主要应用于水厂的生产控制、运行操作、监视管理。 

背景技术

水厂自动化控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的过程。从一开始仅有常规仪表检测，到加药、加氯的局部自动控制，直至目前，随着可编程序控制器(PLC)的大量推广使用，水厂自动化控制系统才真正的建立起来。在这基础上，对水厂自动化又提出了新要求：即厂内仅配备少量管理、维修人员，生产过程实现完全自动化。 

发明内容

为了保证自来水厂控制过程的安全可靠性和生产的连续性，提高自动化水平，实现真正的无人值守，本公司采用了根据自来水厂的实际需要开发的控制系统EasyControl，即水厂信息化系统，并结合了当今国际流行的SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统，用于自来水厂的生产控制、运行操作、监视管理。 

为达到上述目的，本发明采取以下技术方案予以实现： 

整个SCADA控制系统由中央监控站、主控制站、现场控制站组成。 

中央控制站由两台中央监控计算机(互为备用)、视频服务器构成。主控制站采用LK系列人型PLC，协调各个现场控制站的控制。现场控制站采用LM系列小型PLC，对工艺系统各过程进行分散控制，分别设于净水车间分站、一级提升泵房、加药消毒间、二级供水泵房、水质检测站(PLC4)。如附图所示。 

中央监控计算机与视频服务器之间通过交换器、集线器(HUB)、路由器构成100Mbps工业以太网。主控制站PLC与现场控制站PLC，净水设备PLC分站之间采用工业以太网。网络为光纤环网，通讯波特率为100Mbp，两个光纤链路模块之间的通讯使用多模光纤，最长距离可达3km；水质监测点，一级提升泵房与中央控制站监控计算机之间采用GPRS DTU通讯网络进行数据通信；变电站监控系统通过MODBUS协议将变电站监控系统连按到自控系统中。 

水厂信息化系统(EasyControl)有着功能强大和方便快捷的特点： 

一、用户管理系统： 

1、水厂信息化系统提供完备的安全保护机制，以保证生产过程的安全可靠，用户管理具备多个级别，并可根据级别限制对重要工艺参数进行修改，以有效避免生产过程中的误操作； 

2、水厂信息化系统提供安全区的概念，同级别，不同安全区的数据不可以互相操作，保证了数据的分布管理，提供基于远程的用户管理，增加更多的用户级别及安全区，管理用户的远程登录信息： 

3、支持工程加密，用户可以通过加密锁自己定义工程密码，没有此加密锁任何非法用户无法侵入，保证了自己的工程结构； 

4、开机自动运行设置，有效的屏蔽系统键盘，可以防止非法用户入侵； 

5、水厂信息化系统提供完备的日志记录功能和事件记录软件模块，完整记录系统运行状况以及操作人员的操作信息 

二、报警通知系统： 

水厂信息化系统提供多种报警检查方式，支持传统的颜色显示报警，声光报警，语言文件报警，支持操作人员报警确认管理机制，使您轻松构建报警系统，同时支持电话语音报警，E-mail通知方式报警，支持GSM方式短信报警，生产出现问题的时侯，通过移动网络可以将报警信息及时的发送到管理者的手机上，当不同水质类别及超限，超警戒流量等情况出现时都可以以上述形式提供报警。 

二、WFB网络发布系统 

水厂信息化系统的通讯链路是由水厂集控中心将数据通过公共网转达送到服务器该系统应用 ASP技术通过WEB后台维护操作数据库使用户方便访问数据库，实现交互式，动态的数据库查询和信息发布，采用Browser/Server结构，通过管理中心授权，用户无论在什么地方，只要具备上网条件，都可以通过Internet查看供水系统综合信息，浏览查询相关数据，运行状况和指标。 

四、流量监测分析系统 

水厂信息化系统提供复合的趋势曲线组件，可查询水质监测站，流量监测站任意时间段内的监测数据，并可输出和打印；可显示时间范围内的监测指标或水质流量变化过程曲线。能进行日报、月报、季报、年报的生成，对数据存储的时间范围、间隔、起始时间可进行任意指定，并可以根据存储的事件进行历史数据查询，同时可生成相应的报表，提供报表打印，导出等功能；根据统计结果，结合当地实际水费征收标准，核算出水费，还可以以数据报表形式展现水质，水流量等实时历史数据，与关系数据库数据SQLserver2008配合使用完成复杂的分析等功能。 

五、泵站监控系统 

水厂信息化系统是以计算机、网络、智能、自控等技术为基础，能够远程、及时、连续、准确地实现对饮水过程中监测数据信息和水厂内各个设备的运行状况信息实时采集、传输、控制、处理和分析，并根据获得的实时水位、流量、水质等数据信息进行科学合理的分析与决策，从而实现水厂自动化供水安全管理的目标。 

六、遥测信息管理系统 

水厂信息化系统软件能够实现： 

1、测站管理功能：增加、删除监测点，修改监测点工作参数。 

2、自报数据采集：按设定的时间间隔自动进行测量，测量完毕后将数据存储，并定时或事件触发将存储数据按系统设定的通信信道传输到系统中心计算机内。 

4、数据处理：将经过校核的数据，按照规范，自动保存入中心数据库相应的库表结构内。 

4、超标或未来报警：遥测数据超出预先设定的阀值或者系统发生故障，系统将以图表等不同的信息表示形式，以闪烁标示、特殊颜色、报警声光等手段将监测到的警告信息尽快通知值班员，管理员和领导。 

七、水质监测系统 

水质评价功能：可按照有关标准进行水质评价，进行水质评价时配置参与评价的指标后重新评价；整个水质评价基于多因子评价法来进行。根据水质业务，提供以表格形式为主的评价结果，并同时提供察看参评详细数据，评价后统计图表支持，评价结果入库等功能。 

水厂水质检测包括：余氯、浊度、PH值、电导率、颗粒物计数仪、紫外可见光普仪、藻类测定仪、重金属测定仪、生物毒性测定仪、离子浓度分析仪、氨氮分析仪、氰化物分析仪、COD检测仪、TOC分析仪、污泥检测仪、气体监控仪、分光光度计、溶解氧分析仪等等。 

八、大屏幕显示系统 

大屏幕显示系统由8块60时拼按大屏幕组成，其中4块可以用来监视水厂生产情况，包括水厂运行画面，报警信息画面，历史趋势画面，报表查询画面等等，其余4块可以在视频监控和管网监控之间切换，视频监控包括厂区内各个监控点的影像信息，可以放大，缩小，录像，回放等；管网监控利用GIS控制平台，显示整个供水管线的分布图，监测点的信息查询等信息。 

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是： 

1、节约了动力，提高了净水质量和生产效率以及调度反应速度，降低了药耗和能耗。 

2、值班人员可以在中央控制室全面了解工艺流程中各个阶段的水质参数，工艺参数及水厂工艺设备、取水供水设备、配电设备的运行参数及状态、故障报警、增加了监控范围历史数据可及时查询。 

3、工艺设备实现远程控制，水资源设备远程调度功能。 

4、遇上爆管或火灾等突发事件时，反应快，损失小。 

附图说明

附图是本发明的无人值守控制系统的结构图。 

图中，1、100M以太网(环网)；2、中央控制站；3、水厂中央监控计算机；4、视频服务器；5、主站控制柜；6、厂区大门视频监控；7、厂区内视频监控；8、净水车间视频监控；9、加药、消毒视频监控；10、二级泵站视频监控；11、一级泵站控制柜；12、加药系统控制柜；13、消毒系统控制柜；14、净水设备控制柜1；15、净水设备控制柜N；16、二次供水控制柜；17、反洗控制柜；18、水质检测柜。 

具体实施方式

以一个6万吨水厂为例，整个SCADA控制系统由1个中央监控站、1个主控制站、4个现场控制站(PLC1～PLC4)、12个净水设备PLC分站(PLC2-1～PLC2-12)和20个供水监测点组成。中央控制站由两台中央监控计算机(互为备用)、视频服务器、数据服务器、大屏幕投影系统、GPRS DTU系统、厂长计算机、工程师计算机、生产部门计算机等构成。主控制站采用LK系列大型PLC，协调各个现场控制站的控制。 

现场控制站采用LM系列小型PLC，对工艺系统各过程进行分散控制，分别设于净水车间分站(PLC2-1～PLC2-12)、一级提升泵房(PLC1)、加药消毒间(PLC2)、二级供水泵房(PLC3)、水质检测站(PLC4)。中央监控室与视频服务器、数据服务器、大屏幕投影系统、厂长计算机、工程师计算机、生产部门计算机之间通过交换器、集线器(HUB)、路由器构成100Mbps工业以太网。 

主控制站PLC与现场控制站PLC，净水设备PLC分站之间采用工业以太网。网络为光纤环网，通讯波特率为100Mbp，两个光纤链路模块之间的通讯使用多模光纤，最长距离可达3km；供水监测点，一级提升泵房与中央控制室监控计算机之间采用GPRS DTU通讯网络进行数据通信；变电站监控系统通过MODBUS协议将变电站监控系统(变电站设备厂家提供)连接到自控系统中。 

一级提升泵房采集取水泵电机，电动蝶阀及现场仪表的状态信号及数据信号并对以上设备发送控制信号，通过预装PID调节程序自动调节水泵运行频率和电动调节阀开度。 

加药消毒间采集加药设备和消毒设备的状态信号和数据信号，并对其发送控制信号，通过对净水设备工作状态的读取来实现加药和消毒设备的自动运行控制。 

净水设备分站PLC按受主站PLC的控制，同时把设备的运行状态和数据信息发送给主站PLC。工具上位机设定的进水流量自动调节进水电动阀的开度；控制加药泵的运行；根据设定的排泥时间定时排泥；根据滤池的水头损失自动执行反洗程序；工具设定的清水池液位控制净水设备的启停。 

反洗与二级供水泵站采集泵站现场设备和仪表的运行状态和电量，流量，压力等数据信息，上传给上位机。同时按收主站PLC发来的信号，控制反洗泵的启动；根据用户实际用水情况，通过PLC预装PID调节程序自动调节供水泵频率，达到恒压供水目的。 

Claims (10)

1.一种水厂无人值守控制系统，其特征在于，包括：

一处中央监控站，由两台中央监控计算机(互为备用)、视频服务器构成；

一处主站控制柜，采用LK系列大型PLC，协调各个现场控制站的控制；

数个现场控制站，现场控制站采用LM系列小型PLC，对工艺系统各过程进行分散控制。

2.如权利1所述的水厂无人值守控制系统中的现场控制站，其特征在于，包括：

一个一级泵站控制柜，采集取水泵电机，电动蝶阀及现场仪表的状态信号及数据信号并对以上设备发送控制信号，通过预装PID调节程序自动调节水泵运行频率和电动调节阀开度；

一个或数个净水设备控制柜，净水设备控制柜分站PLC接受主站PLC的控制，同时把设备的运行状态和数据信息发送给主站PLC，工具上位机设定的进水流量自动调节进水电动阀的开度，控制加药泵的运行，根据设定的排泥时间定时排泥，根据滤池的水头损失自动执行反洗程序，工具设定的清水池液位控制净水设备的启停；

一个加药系统控制柜，采集加药设备的状态信号利数据信号，并对其发送控制信号，通过对净水设备工作状态的读取来实现加药设备的自动运行控制；

一个消毒系统控制柜，采集消毒设备的状态信号和数据信号，并对其发送控制信号，通过对净水设备工作状态的读取来实现消毒设备的自动运行控制；

一个反洗控制柜，采集泵站现场设备利仪表的运行状态和电量，流量，压力等数据信息，上传给上位机，同时接收主站PLC发来的信号，控制反洗泵的启动；

一个二次供水控制柜，采集泵站现场设备和仪表的运行状态和电量，流量，压力等数据信息，上传给上位机，同时接收主站PLC发来的信号，以及反洗泵的启动信号，根据用户实际用水情况，通过PLC预装PID调节程序自动调节供水泵频率，达到恒压供水目的；

一个水质检测柜，按设定的时间间隔自动进行测量，测量完毕后将数据存储，并定时或事件触发将存储数据按系统设定的通信信道传输到系统中心计算机内，根据水质业务，提供以表格形式为主的评价结果，并同时提供察看参评详细数据，评价后统计图表支持，评价结果入库等功能。

3.如权利1所述的水厂无人值守控制系统，其特征在于，中央监控计算机与视频服务器之间通过交换器、集线器(HUB)、路由器构成100Mbps工业以太网；主控制站PLC与现场控制站PLC，净水设备PLC分站之间采用工业以太网，网络为光纤环网，通讯波特率为100Mbp，两个光纤链路模块之间的通讯使用多模光纤，最长距离可达3km；一级提升泵房与中央控制室监控计算机之间采用GPRS DTU通讯网络进行数据通信；变电站监控系统通过MODBUS协议将变电站监控系统连接到自控系统中。

4.如权利1所述的水厂无人值守控制系统，其特征在于，包括：

数个视频监控装置，采集音视频信号；

一处厂区大门视频监控，监控进出水厂的人员及车辆，将视频信息传送到视频服务器。

一处厂区内视频监控，监控净水车间外围，监控人员出入，将视频信息传送到视频服务器；

一处净水车间视频监控，净水车间四角设摄像头，监控车间内部，将视频信息传送到视频服务器，监控进水设备的正常运行，防止人为或其他原因的破坏，保障净水设备安全；

一处加药、消毒视频监控，将视频信息传送到视频服务器，监控加药、消毒设备的正常运转，处理报警信号；

一处二级泵站视频监控，将视频信息传送到视频服务器，监控报警信号，保障供水安全。

5.如权利4所述的整个视频监控装置置，其特征在于，所述厂区内视频监控装置为安装在云台上的摄像头，所述摄像头可采集音频及视频信号并可随所述云台一起转动；所述其他视频监控装置为安装固定的摄像头，所述摄像头可采集音频及视频信号。

6.如权利1所述的水厂无人值控制系统，其特征在于，水厂信息化系统(EasyContol)的用户管理具备多个级别，根据级别限制对重要工艺参数进行修改；划分安全区，同级别，不同安全区的数据

以互相操作；设置开机自动运行，屏蔽系统键盘，防止非法用户入侵；提供完备的日志记录功能利事件记录软件模块，完整记录系统运行状况以及操作人员的操作信息。

7.一种网络化的视频监控系统，其特征在于，水厂信息化系统(EasyControl)的通讯链路是由水厂集控中心将数据通过公共网传送到服务器，该系统应用ASP技术，通过WEB后台维护操作数据库使用户方便访问数据库，实现交互式、动态的数据库查询和信息发布，采用Browser/Server结构，通过管理中心授权，用户无论在什么地方，只要具备上网条件，都可以通过Internet查看供水系统综合信息，浏览查询相关数据，运行状况和指标。

8.如权利7所述的水厂无人值守控制系统，其特征在于，水厂信息化系统(EasyControl)提供基于远程的用户管理，设定用户级别及安全区，管理用户的远程登录信息；支持工程加密，用户可以通过加密锁自己定义工程密码，只有使用此加密锁的工程密码才能登陆使用所述的控制系统。

9.如权利1所述的水厂无人值守控制系统，其特征在于，包括：

数个报警处理装置，支持传统的颜色显示报警，声光报警，语言文件报警，支持操作人员报警确认管理机制，同时支持电话语音报警，E-mail通知方式报警，支持GSM方式短信报警，生产出现问题的时候，通过移动网络可以将报警信息及时的发送到管理者的手机上，当不同水质类别及超限，超警戒流量等情况出现时都可以以上述形式提供报警；

遥测数据超出预先设定的阀值或者系统发生故障，系统将以图表等不同的信息表示形式，以闪烁标示、特殊颜色、报警声光等手段将监测到得警告信息尽快通知值班员，管理员和领导。

10.如权利1所述的水厂无人值守控制系统，其特征在于，水厂信息化系统(EasyControl)提供复合的趋势曲线组件，可查询水质测站，流量测站任意时间段内的监测数据，并可输出和打印；可显示时间范围内的监测指标或水质流量变化过程曲线；能进行日报、月报、季报、年报的生成，对数据存储的时间范围、间隔、起始时间可进行任意指定，并可以根据存储的事件进行历史数据查询，同时可生成相应的报表，提供报表打印，导出等功能；根据统计结果，结合当地实际水费征收标准，核算出水费，还可以以数据报表形式展现水质，水流量等实时历史数据，与关系数据库数据SQLserver2008配合使用完成复杂的分析等功能。