捷路科技-SCADA自动化系统方案PPT格式课件下载.ppt

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第二章供水管网监测管理；

第三章总调度室SCADA系统；

前言n随着科学技术的发展和社会的进步，我国各大城市的自来水厂正逐步向“安全供水、科学管理、优质服务”的方向发展。

因此如何提高供水质量、达到节能降耗、实现高效管理，是当前自来水厂所面临的首要问题。

另外，提高自动化、信息化水平对自来水厂来说也越来越重要。

n随着自动化控制技术的迅猛发展，自来水厂纷纷建立起SCADA系统来实现水厂从取水到制水、配水的全过程监控，供水系统自动化控制技术在分散控制、集中管理系统上日益成熟。

水厂自动化改造将成为必然趋势。

本方案的目的是从设计、实施到后期维护进行统一规划，为用户提供一个具有先进技术的、易于开发维护且易于扩展及分步实施的解决方案。

第一章水厂自动化控制系统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，直到九十年代，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建立起来。

PLC具有可靠性高、编程简单、使用方便以及通讯联网功能强的特点。

水厂以PLC为主控设备建立的控制系统一般模式为：

由设在中控室的上位监控计算机及若干现场PLC联网组成集散型监控系统。

开始建立的系统，各分站以功能划分，站内设有监控计算机，这是针对当时PLC的通讯能力不够强大，控制系统可靠性不高所采取的措施，即一旦其它分站出现故障或网络中断后，未出故障的分站还可以在局部区域内实现自动控制。

近几年随着PLC网络通讯能力的增强和控制及电气执行机构可靠性的提高，这一模式逐渐被打破，取消了各分站内的监控计算机，各分站的控制区域由功能划分改为以距离划分，可在中控室内监视水厂运行的全过程。

1.1河流型水厂采用工艺流程：

主要分为以下几个工艺过程如图1所示：

药剂的制备和投加取水混凝平流沉淀过滤清水池二级泵房前加氯混凝剂原水供水管网滤后加氯图1*水厂工艺流程图1.2水厂的控制要求：

（1）出厂水浊度小于1NTU、余氯保持在0.5mg/L左右，在保证水质水量的同时，要求低药耗、低氯耗和低电耗；

（2）滤池要求采用恒水位运行，水位偏差不能大于2.5cm，要能根据水头损失或运行周期自动进行反冲洗，且同一时间内只能有一个进行反冲洗；

（1）取水：

将江河水抽入净水厂；

（2）药剂的制备与投加：

按工艺要求制备合适的混凝剂，并投入混凝剂及氯气，达到混凝和消毒的目的；

（3）混凝：

包括混合与絮凝，即江河水投入混凝剂后进行反应，并排出反应后沉淀的污泥；

（4）平流沉淀：

与混凝剂反应后的水低速流过平流沉淀池，以便悬浮颗粒沉淀，并排出沉淀的污泥；

（5）过滤：

沉淀水通过颗粒介质（石英砂）以去除其中悬浮杂质使水澄清，并定时反冲洗石英砂；

（6）送水：

通过多台离心泵将自来水以一定的压力和流量送入供水管网；

1.集中监控、分散控制自来水厂的监控系统通常分为控制层及管理层两层结构。

控制层完成具体的取水、混凝、沉淀、过滤、送水等环节的测控；

管理层主要负责状态监控、数据采集、故障报警处理等工作。

控制层的各工艺环节位置分散，位于中控室的控制中心将进行统一监控，因此自来水厂具有集中监控、分散控制的特点。

基于该特点，自来水厂往往在控制环节少配或不配工作人员，仅在中控室配备有经验的工作人员，目标是实现“无人或少人值守”。

这对SCADA系统的性能要求很高的，采集、分析、控制若不够快速或者数据传输不够安全，控制中心的作用便会大打折扣，就会造成工艺流程执行的错误，严重的还会影响供水及水质。

因此，高效的性能是集中监控的关键。

2.高集成性自来水厂通常在控制中心实现统一的状态监控、数据采集、故障报警，为便于控制中心了解所有有价值的数据，它会要求将所有的信息及数据集成到控制中心，如，测点数据、报警状态、历史数据、视频信息等。

控制中心需通过一整套完整的平台体系实现所有信息的观察及联动。

这对SCADA系统的集成性是一个很大的考验。

3.管理及调度除了完成正常的制水、配水工作外，自来水厂作为一个企业，同样具有成本管理、资源调配的要求。

这要求计算机监控系统除了对各工艺环节有控制功能外，还需要考虑如何控制最节约成本，对资源的浪费最小。

为了实现这些上层的管理及调度功能，需要SCADA系统能够汇总大量的过程数据，针对这些数据结合优化算法实现专业的分析，最终做出指导性的决策。

1.3水厂的系统需求：

1.4自动化控制系统的设计由于自来水生产工艺主要具有以下特点：

（1）各生产工艺段相对独立，单体设备多。

（2）采集的数据量大，整个系统共有数字量输入、输出超过3000路，模拟量输入、输出超过1000路，且工艺参数种类多，包括压力、流量、温度、差压、液位、电流、电压、功率等，但上下游相关联的生产参数少。

（3）自来水生产具有连续性、不可替代性和不间断性。

（4）各工艺段距离远，设备分散，组网相对复杂。

根据以上特点，本系统选用法国施耐德的中小型莫迪康M340PLC对各工艺段生产设备分散控制，利用目前世界上最流行的GPRS和TCP/IP组成网络，在各工艺段控制室和中控室设置上位机，构建人机界面进行生产管理和对生产数据进行后续处理。

通过PLC采集水厂现场设备及仪表数据，将数据上传到中控室；

通过中控室上位机将数据信息通过以太网传送到自来水总调度室，并且总调度室上位机可实时在线显示水生产数据、控制水厂机械设备（启/停）或调节水压等；

凡是水厂中控室有的数据或功能，在总调度室均能实现操作；

而且配有操作权限的高低和操作的冗余，避免操作出错。

全厂控制网络如下图示。

RTURTU管网压力流量管网压力流量阀门开度阀门开度1.5对药剂的制备与投加的控制1.5.1自动加药控制：

水厂在保证出厂水质的条件下降低药耗，是降低成本的手段之一。

但如何搞好理想的加药自动化控制，至今尚无行之有效的方法。

经过多年运行的经验，*水厂已得出了一系列适合自身加药控制重要参数，其中流量比例可作为加药控制的主要参考依据，基本可以达到在保证水质的同时降低药耗的目的。

Primus227Primus227系列系列机械隔膜计量泵机械隔膜计量泵1.5.2自动加氯控制：

利用液氯杀菌是目前生产自来水的主要消毒手段。

在工艺设计上，一般设前加氯（原水）和滤后加氯（滤池出水）两处加氯点。

目前的加氯量控制方法：

前加氯通常采用流量比例控制加氯量；

滤后加氯采用流量比例、余氯反馈“复合环路”控制加氯量；

滤后加氯是自来水消毒处理的主要环节，但由于在水中投加氯后，需要在清水池内至少有30分钟以上的接触时间，才能达到比较好的杀菌效果，也是一个滞后控制。

为了解决滞后控制问题，将滤后加氯检测取样点移到清水池前，一般距加氯点10D（D为管径）。

DEPOLOX3plus余氯分析仪gs1401加氯机1.6滤池自动控制系统：

滤池是水厂关键的组成部分，也是控制最集中的地方。

为了保证水厂净水工艺这一关键部位能正常运行，局部出现故障后不会因为某个阀门的损坏而影响整个滤池的自动运行及调节，我们在滤池上设置了多个PLC，每两格滤池由一个PLC控制。

这样，某一部位的阀门等设备出现故障后，只会影响一个PLC，仅会使两格滤池退出自动运行状态，等待维修，而其余大部分滤格仍可正常自动运行。

1720D低量程浊度控制仪1.7恒压供水系统：

恒压供水系统原理如图7所示，它主要是由PLC、变频器、PID调节器、TC时间控制器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及6台水泵等组成。

用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。

通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号变成4-20mA的标准信号送入PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出一调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上；

当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制器加泵。

根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。

当供水负载变化时，输入电机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。

同时系统配备的时间控制器和PID控制器，使其具有定时换泵运行功能（即钟控功能，由时间控制器实现）和双工作压力设定功能（PID控制器和时间控制器实现）。

此外，系统还设有多种保护功能，尤其是硬件/软件备用水泵功能，充分保证了水泵的及时维修和系统的正常供水。

正常情况（无泵检修）时，各泵的运行顺序为1#，2#，3#，4#、5#、6#。

PID压力传感给定压力变频器I/OI/OI/OI/OI/OI/OPLC控制器I/OI/O变频/工频备用选择液位变换钟控允许自动/手动TC时间控制器报警液位电极池底下限复位供水管网1#泵1#电机2#泵3#泵4#泵5#泵6#泵2#电机3#电机4#电机5#电机6#电机图7恒压供水系统原理图1.7.1工作原理

（1）运行方式该系统有手动和自动两种运行方式：

A、手动运行。

按下按钮启动或停止水泵，可根据需要分别控制1#-6#泵的启停。

该方式主要供检修及变频器故障时用。

B、自动运行。

合上自动开关后，1#泵电机通电，变频器输出频率从0Hz上升，同时PID调节器接收到自压力传感器的标准信号，经运算与给定压力参数进行比较，将调节参数送给变频器，如压力不够，则频率上升到50Hz，1#泵由变频切换为工频，启2#变频，变频器逐渐上升频率至给定值，加泵依次类推；

如用水量减小，从先启的泵开始减，同时根据PID调节器给的调节参数使系统平稳运行。

（2）故障处理A、故障报警。

当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压、差压等情况时，系统皆能发出声响报警信号；

特别是当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压时，系统还会自动停机，并发出声响报警信号，通知维修人员前来维修。

此外，变频器故障时，系统自动停机，此时可切换至手动方式保证系统不间断供水。

B、水泵检修。

为维护和检修水泵，要求在系统正常供水状态下，在一段时间间隔内使某一台水泵停运，系统设有水泵强制备用功能（硬件备用），可随意备用某一台水泵，同时不影响系统正常运行；

为了使水泵进行轮休，系统还设有软件备用功能（钟控功能，由时间控制器实现），工作泵与备用N泵具有周期定时切换功能，周期间隔由时间控制器设定：

1小时每次96小时每次连续可调。

1.7.2PLC控制系统该系统采用的是施耐德可编程序控制器modicon系列，I/O点数为60点，PLC编程采用unityprov5.0，它是modiconPLC的32位视窗软件支持工具，提供完整的编程环境，可进行离线编程和在线连接和调试，能实现梯形图与语句表的相互转换,并且支持多语言编程方式。

为了提高整个系统的性价比，该系统采用开关量的输入/输出来控制电机的启停、定时切换、软起动、循环变频及故障的报警等，而电机转速、水压量等模拟量则由PID调节器和变频器来控制。

系统选用ABB风机水泵专用型变频器图9泵组切换示意图M1M1M2M2M2M3M3M4M3M4M5M4M5M5M6M6M6M1M6M1M2M1M2M3M2M3M4M3M4M5M4M5M6M5M6M1M5M6M1M2M6M1M2M3M1M2M3M4M4M5M6MIM3M4M5M6M2M3M4M51#泵启动：

2#泵启动：

3#泵启动：

4#泵启动：

5#泵启动：

6#泵启动：

图例：

N台泵运行切换到N-1台泵运行N台泵运行切换到N+1台泵运行M4M44#泵变频运行4#泵工频运行泵组的切换示意图如图9示。

开始时，若硬件