计算机自动化控制系统在城市供水工程中的设计及实现

刘晓蕾

摘要：文章详细介绍了城市供水工程计算机自动化控制系统的设计思想、工作原理、功能结构及运行特点，最后阐述供水系统实现计算机自动化监控的作用和意义。

关键词：计算机 自动化控制 应急工程 应用

1 计算机自动化控制系统的设计

1.1 设计思想

采用新材料、新技术和新工艺，实现烟台市城市供水应急工程水体置换及供水的自动化管理。设计采用PLC+计算机方式，对30台潜水泵通过智能管控器进行集中远程监控；采用PLC与变频技术相结合，对潜水泵实行变频恒压控制。

1.2 系统的结构及功能

1.2.1 系统的结构

烟台市城市供水应急工程计算机自动化控制系统共分为三个系统[1]：中控室系统、现场测控系统、智能仪表和设备系统。

（1）中控室系统 。中控室系统配有1台工控机、1台工业以太环网交换机、1套打印机系统及组态软件等，形成一套综合的数据业务平台。主要实现与现场测控系统的数据传送和通讯。

（2）现场测控系统。烟台市城市供水应急工程共有30眼抽水置换井，分布比较分散，故在每眼抽水置换井均设置一个现场测控系统。

（3）智能仪表和设备系统。智能仪表和设备主要包括电磁流量计、压力变送器和投入式液位计等，仪表和设备布置在30眼抽水置换井井室内，监测潜水泵的流量、压力及置换井周围的水位等，并通过智能管控器将数据采集到现场测控系统[2]。系统图见图1。

1.2.2 系统的功能

本次应急供水工程的远程监控系统是基于工业以太环网交换机和光纤通信网络的专业监控系统，实现大规模的远程监控，通过多线程的完全并发通信，采用高性能的服务器以及远程测控终端，实现远距离遥测、遥信、遥控、遥调的需要，可以在几秒钟时间内获取各个子站的各种数据，并完成遥控、遥调功能，同时具有许多系统无法比拟的实时响应速度以及接近于零故障和零维护的高可靠性。

（1）数据采集功能

1）定时采集数据：中控室可定时向所有现场测控单元发出监测命令，实现对抽水置换井的定时数据监测，水泵的电压、电流、压力、流量、水位观测井内的水位等。

2）按需采集数据：中控室可在任何时刻请求召唤一眼或多眼抽水置换井的数据，并修改抽水置换井终端的通讯参数及报警限值等。

（2）数据处理功能：中控室对采集到的各种数据，按照其不同类型、名称、属性、时序进行分类，建立数据库。对采集到的各种数据，按要求以不同的形式进行显示。如数据、画面、表格、曲线等，并可用颜色和符号表明数据的性质。

（3）人机界面：在显示屏上显示细腻的图像和逼真的动画，能够生成各采集数据的时间曲线，根据需要生成各类报表，定时或者随机打印，进行历史数据的综合查询及实时数据的显示，故障发生时，可自动推出报警画面，显示故障点和故障状态，并按报警等级做出相应的反应。

（4）防盗报警功能：由于30眼抽水置换井布置较分散，各井现场控制站配套安装防盗报警装置，当有人进入井室时，现场发出警报声响，并立即将报警信息发回中控室，进而可以远程快速布防。

（5）软件功能：具有强大的数据库支持和存储能力，系统支持SQL Server和其他可以通过ODBC接口进行访问的数据库系统，其中对于Sybase数据库服务器，可以选用UNIX或Windows Xp操作系统。客户端可以使用哦Open Client和ODBC两种接口。

1.2.3 计算机自动化控制系统的特点

（1）管理方便

在工控机上可以显示每台水泵的运行参数，当水泵发生故障时报警画面自动弹出，具有专家报表功能。

（2）功能齐全：具有手动/自动功能

手动：在工控机上可以手动启动每一台水泵的运行与停止，也可以设定水泵的出水流量。

自动：可以根据中控室的调度流量启动水泵的运行台数，调节水泵的出水流量，使系统按照调度流量自动运行。

（3）稳定可靠

智能管控器以西门子作为核心元件，以太网交换机和光线作为系统的通讯工具和介质具有抗干扰能力强的优势，传输速度快，运行稳定。

（4）保护齐全

系统具有过滤、漏电、短路、缺相、水井水位过低等保护功能，我们将水泵的出水流量作为参考保护点，如水泵运转频率达到50Hz，流量为0，此时观察水泵其他故障点若没动作，即水明水井也为过低。此时水泵自动停止运行、同时报警。

（5）自动网络管理

本自动控制系统通讯采用工业以太网，在日常运行中可能发生光纤跳线松动接触不良、光纤断掉等故障，若人工检查判断故障点将是一个很大的工作量，因此具有智能网管具有很大的优势。本工程的自动网络管理功能，不管是交换机的跳线脱落还是交换机故障，中控室的工控机均会显示相应的水源井的位置，同时报警。

2供水系统实现计算机自动化监控的作用和意义

本系統自安装调试成功，投入运行以来，工作正常，性能稳定，在一定程度产生了明显的经济效益和社会效益，同时实现计算机自动化监控对供水系统具有重要的作用和意义。

（1）实现三遥，节省人力资源

计算机自动化监控系统实现三遥（遥测、遥控、遥调）后，当无人值守时，通过发送设定物理量的上下限值命令，可以让控制中心进入自动控制状态，自动调节各处管网压力并保持在一定范围内。当有人值守时，可以进入半自动或人工控制状态。

（2）优化调度分析，实现节能降耗

调度的目的就是在最经济的运行方式下满足用户的需要。通过对管网压力及流量的实时监控，了解供水压力的变化，及时的调度生产。将出水压力、流量与水泵特性曲线进行分析比较，选择最佳方案，达到节能降耗和提高管理水平的目的。

（3）有利于管网故障的快速定位及报警抢修

通过对压力监测点设定报警线，当压力除险异常时及时报警，使管理人员能第一时间发现管网故障。综合压力及流量等相关信息的变化及对比分析，识别管网漏失。结合地理信息系统（GIS），对管网故障进行快速、准确定位，便于迅速组织人力到现场抢修，最大限度的降低损失，并迅速保障重点用户的用水需求。