基于無線傳輸?shù)墓┧詣?dòng)化控制系統(tǒng)方案
基于無線傳輸?shù)墓┧詣?dòng)化控制系統(tǒng)方案
某水廠按功能分為兩部分，一部分是水源地；另一部分是水廠區(qū)，二者距離 2000m.水源地的任務(wù)是通過15臺深井泵對水廠區(qū)的蓄水池進(jìn)行供水；而水廠區(qū)的任務(wù)是對水池的水進(jìn)行消毒處理，達(dá)標(biāo)后，通過加壓泵向市區(qū)管路進(jìn)行恒壓供水.
該廠有15口水源井（不含后期擴(kuò)容井）及1 個(gè)水廠，水源井潛水泵電動(dòng)機(jī)容量為××KW，配水廠內(nèi)有配水泵房×座、清水池×座、變電站×個(gè)、加氯間×座，配水泵房內(nèi)有×臺配水泵，其中×臺為變頻調(diào)速泵，×臺工頻泵，加氯間有×臺加氯機(jī)，另外配水管網(wǎng)設(shè)有×個(gè)遠(yuǎn)端壓力測量點(diǎn).
為了充分、合理和科學(xué)地利用及調(diào)配水資源，提高工作效率；同時(shí)考慮到此項(xiàng)目中的水源地與水廠調(diào)度中心有一定的距離（2 km），采用主、從站PLC＋數(shù)傳電臺的數(shù)據(jù)傳輸方式，并以此為基礎(chǔ)搭建整個(gè)自來水廠的監(jiān)控系統(tǒng).
同時(shí)針對水廠制供水過程的特點(diǎn)和對控制系統(tǒng)的功能要求，并根據(jù)該廠的具體情況，決定采用西門子的S7－200和300系列PLC完成整個(gè)系統(tǒng)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢測、數(shù)據(jù)處理及計(jì)量以及水源地現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與深井泵的控制.上位機(jī)軟件采用紫金橋軟件技術(shù)公司的e爾組態(tài)軟件3.6，它具有設(shè)計(jì)起點(diǎn)高、適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用面廣的特點(diǎn)，已經(jīng)在國家“九五”項(xiàng)目、國家“863”計(jì)劃、CIMS示范工程中發(fā)揮了 重要作用.軟件的安全性、穩(wěn)定性和 先進(jìn)性都達(dá)到或超過了國內(nèi)外同類軟件的水平.價(jià)格與國內(nèi)外同類軟件相比更是有絕對的優(yōu)勢，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于供水、石化、煉油、冶金、電力、化工、汽車、環(huán)保、時(shí)政、交通、智能樓宇、水利等諸多行業(yè).
水廠對控制系統(tǒng)的要求：
1、分散性
此水廠最大的特點(diǎn)是地域分散.水源地距離廠區(qū)2公里，同時(shí)各取水井之間相距500米以上，此外還要考慮到供水管網(wǎng)的各取壓點(diǎn)，這樣就造成整個(gè)系統(tǒng)I/O點(diǎn)分散，因此需要分布式的具有SCADA功能的控制系統(tǒng).此外，控制功能也具有分散性，如各配水泵、水源井能分別地，互不影響地進(jìn)行起動(dòng)或停止控制.
2小型化、集成化
以水源井為例，泵房內(nèi)通常只有一口井，對一臺泵的控制點(diǎn)數(shù)很少，對于管網(wǎng)測壓點(diǎn)也很少.因此為了降低系統(tǒng)造價(jià)，控制系統(tǒng)需要小型化、低成本同時(shí)性能穩(wěn)定的PLC控制器.我們選用西門子的S7－200系列，它可以充分滿足工程的需要.
3集中監(jiān)控
為了節(jié)省人力，降低噸水成本，水源井常常是無人值守，操作人需要在主控室對整個(gè)水廠管網(wǎng)、取水泵站進(jìn)行集中監(jiān)控.
4 自適應(yīng)性
水源井泵房內(nèi)環(huán)境溫度一年四季變化很大，對于北方地區(qū)更是如此，此外供水量隨著季節(jié)和白天、夜晚有很大變化，控制系統(tǒng)應(yīng)能適應(yīng)環(huán)境和供水量的變化，保持穩(wěn)定供水.
5 可擴(kuò)展性
系統(tǒng)應(yīng)采用具有一定標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用較為廣泛的軟硬件產(chǎn)品，并考慮一定的余量，為將來水廠的擴(kuò)建及系統(tǒng)的變更打下基礎(chǔ).
系統(tǒng)構(gòu)成：
控制系統(tǒng)硬件
在控制系統(tǒng)中，用于各水源井泵站及配水泵房監(jiān)控的PLC采用西門子的S7－200系列（具體視點(diǎn)數(shù)規(guī)模而定），主控室PLC采用西門子的S7－300系列，各泵房的變頻器、配電柜、傳感器、儀表不在此方案列舉.主控室操作站計(jì)算機(jī)選用研華P4工控機(jī)，推薦配置見下表
控制系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)軟件
水廠的人機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由位于水廠主控室的兩套裝有E爾組態(tài)軟件的計(jì)算機(jī)操作站（一用一備）組成.同時(shí)可以在廠內(nèi)各控制室、站或辦公室安裝客戶端，進(jìn)行遠(yuǎn)程、分布式監(jiān)控.操作站安裝Windows2000操作系統(tǒng)作為E爾運(yùn)行平臺.它可以提供監(jiān)視、控制及數(shù)據(jù)采集等全部功能，是一個(gè)使用方便、可擴(kuò)展性強(qiáng)、監(jiān)控性能高的監(jiān)控組態(tài)軟件.具有以下特點(diǎn)
1．網(wǎng)絡(luò)化體系結(jié)構(gòu)
2．高效性：具體體現(xiàn)在采集速度10ms以下、歷史精度為1ms、畫面刷新小于100ms、網(wǎng)絡(luò)通信延遲小于10ms
3．獨(dú)有的畫面導(dǎo)航樹功能
4．組件式結(jié)構(gòu)，易于為用戶定制開發(fā)
5．適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用
6．單機(jī)版便宜，網(wǎng)絡(luò)版客戶端價(jià)格低
7．功能分層，可以在點(diǎn)一級、數(shù)據(jù)庫腳本、畫面腳本三個(gè)層面上實(shí)現(xiàn)你的計(jì)算式邏輯，前兩級計(jì)算可被多個(gè)用戶共享，后一級可以實(shí)現(xiàn)客戶端特有邏輯（一般用于畫面）
通過組態(tài)可以方便地由主站PLC中獲取整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)及運(yùn)行數(shù)據(jù).可以實(shí)時(shí)監(jiān)測水廠及水源地的各個(gè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)、報(bào)警狀態(tài)；顯示與打印電流、壓力及流量等各種曲線及報(bào)表，并將數(shù)據(jù)存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中.此外，通過紫金橋強(qiáng)大的繪圖功能，可以使界面更友好、生動(dòng)，且操作方便.通過人機(jī)交互，可以方便地控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行.
3．通訊
主、從站PLC的通信主要是完成水源地深井泵的控制及現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集.由于水源與水廠有一定的距離（2KM），采用無線數(shù)傳電臺進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸具有費(fèi)用較低、組網(wǎng)方便、數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性要求高、覆蓋范圍在50公里以內(nèi)建專網(wǎng)方式合算且不受制于人,十分適合城市供水的控制要求.
控制系統(tǒng)功能
1.就地和遠(yuǎn)程控制方式.各配水泵、輸水泵通過電氣控制柜上的選擇開關(guān),可以選擇就地控制方式和遠(yuǎn)程控制方式.遠(yuǎn)程控制是通過主控室計(jì)算機(jī)操作站由主站PLC控制泵啟停，就地控制是用控制柜或現(xiàn)場操作箱上的按鈕控制泵的啟停.當(dāng)PLC處于編程狀態(tài)或出現(xiàn)故障時(shí)可以采用就在控制方式.就地和遠(yuǎn)程控制方式相互切換不會(huì)影響同時(shí)到泵的運(yùn)行
2.互為備用.在控制系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)上，各配水泵、輸水泵都具有獨(dú)立的控制功能互為備用，相互之間既可以在自動(dòng)控制方式下實(shí)現(xiàn)任意組合聯(lián)鎖控制，也可以地手動(dòng)控制方式下獨(dú)立控制.同時(shí)中控室的兩臺操作站具有同等的功能且互為熱備，當(dāng)一臺出現(xiàn)故障時(shí)也不會(huì)影響水廠的操作.
3. 出水壓力自動(dòng)設(shè)定
配水管網(wǎng)的壓力損失大小隨著供水量的變化而不同，供水量越大壓力損失也越大.力了達(dá)到既滿足用戶對水壓穩(wěn)定的要求又能實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，根據(jù)出水量、出水壓力及各測壓點(diǎn)壓力測量值，采用模糊控制的方法對出水壓力進(jìn)行自動(dòng)設(shè)定.
4. 豐富的畫面顯示功能
在主控室計(jì)算機(jī)操作站顯示的監(jiān)控畫面有工藝流程主畫面、工藝流程分畫面、高低壓供電監(jiān)控畫面、設(shè)備操作畫面、趨勢圖、調(diào)用菜單畫面、報(bào)警畫面、報(bào)表畫面、防盜報(bào)警畫面.操作人員通過調(diào)用這些畫面可以全面地了解水廠的運(yùn)行情況，并且很方便地對設(shè)備操作.
5. 故障診斷與報(bào)警處理功能
在各設(shè)備的操作畫面中都列出其起動(dòng)條件狀態(tài)，如：上電情況、通訊狀態(tài)、故障狀態(tài)、就地/遠(yuǎn)程狀態(tài)、熱繼狀態(tài)等.記錄報(bào)警發(fā)生時(shí)的有關(guān)信息，如：故障標(biāo)簽名稱、報(bào)警信息、故障報(bào)警時(shí)間、確認(rèn)報(bào)警時(shí)間等，并對報(bào)警信息進(jìn)行管理.
6. 報(bào)表功能
本系統(tǒng)輸出的報(bào)表有以下若干種，如輸水工藝參數(shù)日報(bào)表、配水工藝參數(shù)日報(bào)表、輸水工藝參數(shù)月報(bào)表、配水工藝參數(shù)月報(bào)表、水廠工藝參數(shù)年報(bào)表等等.
7. 遠(yuǎn)程監(jiān)控功能
采用基于C/S(客戶/服務(wù)器)架構(gòu)的組態(tài)軟件E爾3.6，可以實(shí)現(xiàn)了對水廠的遠(yuǎn)程監(jiān)控.操作人員可在中央控制室對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)公司經(jīng)理、廠長、工程師也可以在辦公室甚至家里監(jiān)控水廠的運(yùn)行情況.
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