供水厂自动监控系统改造实例

李静瑜

供水厂自动监控系统改造实例

李静瑜

（承德市小水电技术开发服务中心，河北承德067000）

随着县城供水范围不断扩大，供水区域分散、新旧管网交错等问题凸显。为保障供水水源质量、稳定性和安全性，提高供水效率，可以通过自动化改造建立全新的水厂运行控制管理模式，以实现上述目标。

供水厂；监控系统；改造

随着河北省隆化县城规模的不断扩大，县城人口不断增加。20世纪90年代中期全县供水在5 000户左右，现已超过2万户，由此在县城供水方面出现了范围不断扩大、区域分散、新旧管网交错等问题，同时人民生活水平的提高也对供水水源质量、稳定性和安全性提出了更高的要求。因此，为满足水厂建设运行的新要求，可以通过可靠的自动化改造建成全新的控制管理模式。

1　改造目标和任务

1.1改造目标

供水厂通过对水源地实现视频监控、对水源井以PLC介入抽水控制、对加压泵房进行自动化升级、对净水设备纳入上位机监控，实现供水的全过程控制。通过实时监控水源地自然环境、水源井、净水设备、水质监测、加压泵房和供水管网的运行参数，同时动态控制水源井、加压泵房、净水设备等的运行，使整个系统管网水压保持最佳的分布和状态，水质达到国家标准要求，水量满足人民群众生产生活需求，从而为居民提供高质量的供水服务、减少水源损失、延长管网寿命，最终提高整个供水服务的综合效益。

1.2改造任务

本供水自动监控系统的改造对象是隆化县老水厂。自动监控系统改造就是对4口水源井、1个供水泵站（包含6台离心泵）、1个清水蓄水池及相应输水管路组成的系统进行自动化改造。通过对整个系统进行自动化升级，实现水厂集中调度，最终建立高效运行的供水管理，形成少人值班、自动化智能控制为主、人为辅助控制应急为辅的现代水厂管理体系，以达到对水厂实现中心监控、对故障智能分类、对事故分散处理、对供水网远程监测的目的。

2　改造主要内容

2.1数据采集方面

采用SIEMENS300系列PLC作为系统配置的基础，对老水厂的继电器控制方式进行改造。SIEMENS300系列包含电源模块1块，CPU模块1块，以太网模块1块，开关量输入模块2块，开关量输出模块2块，模拟量输入模块1块，模拟量输出模块1块。在电气控制室增加一面PLC控制柜，将接触器、继电器、传感器等的信号采集和接触器控制全部重新布线，接入PLC系统。PLC是可编程的逻辑控制器，通过开关量和模拟量等进行数据采集，并通过事先设定好的程序在其内部进行逻辑运算，以开关量和模拟量输出模块控制各种类型设备的运行。它避免了继电器控制复杂、故障率高、灵活性差的问题，同时具有微机的特点。现场技术人员通过对PLC设定程序，直接对不同的工程现场进行灵活的控制。各个站点的PLC布置如下：开关量输入模块负责采集泵的运行状态、阀门的开关情况、加氯设备的运行故障状态等；开关量输出模块用来输出控制命令，如水源地水源井水泵的投入和撤出、变频的启停控制及恒压控制、泵房内集水坑水位的自动控制、阀门的自动控制等；模拟量输入模块用来采集模拟量数值等。本方案采集了系统管网压力，出水流量，清水池液位，水源井水位，水泵的运行频率，阀门的状态，水泵电流等。

（1）水源井站点。老水厂是通过人工观察水位的方式控制电气设备实现水源井的投入和撤出。通过增加水源井PLC站点（包含电源模块1块、CPU模块1块、以太网模块1块、开关量输入模块2块、模拟量输入模块1块、开关量输出模块2块）并重新布线改造后，可以将水源井运行状态下的井内水位实际数值、流量实时数值、水泵的运行状态、停止状态、故障状态等信息采集输入PLC，通过PLC的逻辑程序对水源井进行远程投入和撤出控制，这样一来在减少人力成本的同时使设备设施运行更加安全可靠。

（2）加压泵房站点。老水厂是以电接点压力为基准，使管网压力保证在某一个区间内；而定频泵以压力传感器反馈的水厂压力为准，使管网压力保证在一个区间内。此次改造利用泵房PLC站点（包含电源模块1块、CPU模块1块、以太网模块1块、开关量输入模块2块、模拟量输入模块1块、开关量输出模块2块、模拟量输出模块1块）的PID闭环控制功能通过对水泵增设变频器实现对供水厂出水的恒压控制。与原来的电接点压力控制方式相比，系统免去了设备的频繁启停，实现了供水的经济性和安全性，提高了供水的质量；同时，可以统计水泵供水量，监视各台水泵运行状态，并通过电压、电流检测及时发现解决水泵故障。

（3）压力流量分站点。在县城管网的多个数据采集点上，加装了具有远传功能的GPRS通讯模块，可以将管网压力、流量等数据通过无线网络传输到自动控制中心进行统一管理。

2.2数据传输方面

老水厂没有数据传输功能，因此人工巡检的工作量比较大，如水源地井水水位情况需要去现场才能看到，水泵运行和出水压力状况同样需要到现场才能巡检到。改造后，加装了水源地和加压泵站的PLC硬件系统，其信息通过转换成光纤传输的方式最终反馈到监控中心。以太网交换机实现终端光纤与上位机的转换连接，而管网系统的信息传递采用具有GPRS无线通信技术标准的无线数据传输设备或数传电台，通过RS232、RS485或工业以太网接口相连，最终通过工控机的串口也反馈到上位机中。由于国家持续在无线通信领域的投入，数据传输的可靠性大幅度提高，随着4G网络的普及，无论是传输质量还是速率方面都有了质的飞跃。

2.3管理调度中心

老水厂没有管理调度中心，所有的数据都是在纸质的巡查记录中记载，而新增设的管理调度中心主要由计算机及以太网交换机设备组成。通过以太网的数据传输，自动控制中心实现对各个站点运行情况的监控以及对各种数据的存储分析。此次采用的是亚控集团的组态王软件，该软件便利性非常强，能够轻松组态出水源井、净水设备、加压泵房和供水管网等的运行画面，形象而准确地反映出水厂实际运行情况；兼具分析功能，可以生成各种运行曲线、日报表、月报表等。当发生水位、压力、流量等数据的报警设置值时能够及时准确、有效可靠地发出报警信息，为科学地分析设备的运行状态提供良好的保障。为了确保生产过程的可靠性，系统通过实时监控画面对整个供水过程进行统一监控，给用户提供一个直观、简单的操作平台。在实现上述功能的同时，系统还具备形象的实时监控界面、强大的数据报表和历史记录查询功能、方便的报警提示弹出与声音管理等一整套保护机制。

3　改造效果

隆化县2座老水厂经过改造后，抛弃了过去通过人力去巡查水源地、人为观察清水池蓄水深度和电接点压力表控制压力状态的人工控制方式，实现了自动化升级，优化了对设备的管理，把大量现场实时数据简洁地呈现到上位机上，不仅避免了人力巡查繁重的工作量，而且把整个生产过程紧密联系在一起，形成一个完整的综合管理系统。

通过对整个系统的整合改造，2个水厂系统具有良好的接口扩展性，为将来扩建水厂的控制接入提供了接口。由于县城规模的持续扩张，水源地及水厂的管理已经不局限在一个地方，它可能是几个区域。因此，信息化扩展能力强大的特点可以使县城供水管理的多个水源地、供水厂及全部管网进行级联，建立县城供水厂的上一级总的监控调度中心和更为强大的数据库管理系统。

通过监控系统的改造，供水厂节省了大量的人力成本，如原来的3个人值班减少为一人值守即可完成。经过1个供水年度的考验，自动化系统整体运转良好，得到运行管理部门的充分肯定。

［1］胡学林.可编程控制器教程［M］.北京：电子工业出版社，2005.

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1004-7328（2016）04-0063-02

10.3969/j.issn.1004-7328.2016.04.020

2016—04—20

李静瑜（1982—），女，工程师，主要从事水利水电工程管理工作。