自来水厂计算机控制系统(DCS)

工程实物图片

一、引言：

    随着我国经济建设飞速发展，综合国力一天一天增强，标志着我国各行各业必须以最快的速度与国际接轨，对我国中小城市自来水公司而言，采用现代电子信息技术及综合自动化技术来改造生产各个部门和进行企业管理是极其重要的，这是改变目前我国中小城市自来 水企业被动局面的最有效的办法之一。

1、自来水厂生产工艺流程简介

    自来水的生产过程是：由水源取水送到自来水厂，在自来水厂经过消毒、沉淀、过滤等过程后送入城市供水管网，提供给城市居民或工业用户等使用。水源可来自水源井，也可来自地表水；在城市供水管道中途还设有中途加压站。在城市管网中还设有许多测压点；其结构如下图所示。

2、自来水水厂计算机控制系统(DCS)介绍

3、自来水厂系统 检测及控制功能

3.1、取水泵房

主要检测参数：

源水  pH、流 量、温度、浊度、前加氯余氯；源水进水阀开度 、源水进水

阀超限位报警、源水进水阀限位开关、源水进水阀故障报警。

主要控制功能

根据源水流量控制源水阀开度，流量可调，可画面设置。

3.2、加药间

主要检测参数

溶解池、溶液池液位连续检测、高低位、超高位报警；计量泵开停、计量泵手/自动、计量泵故障、计量泵冲程检测、计量泵变频装置频率检测、计量泵变频装置故障检测、计量泵变频装置手/自动；搅拌器开停、故障；稀释水阀开关状态；进/出液阀开关状态；搅拌程序控制。

主要控制功能

根据流动 电流检测仪(SCD) 测量值,后浊度 和流量补偿控 制计量泵冲程及 设置变频装置频率；当溶液池发出“空池”信号时，打开需冲溶的溶液池进液阀；当液位达到冲溶液位后，关闭进液阀门，同时打开稀释水阀和搅拌机进行搅拌；当液位至上限后，关闭稀释水阀，并延时关闭搅拌机；在该池得到加药指令后，打开该池出液阀；在液位降到下限时，发出“空池”信号。累积加药量。

3.3．加氯现场

主要检测参数

氯瓶称重、 氯气投加量、漏 氯报警、加氯机 开/停状态；加 氯机手/自动 、加氯机故障、氯路切换及电动球阀工作状态；空瓶信号检测；蒸发器开停状态、蒸发器故障状态；储气罐压力。

主要控制功能

前加氯根据流量比例投加。后加氯根据流量比例检测、余氯复合控制。当接到“空瓶”信号后，自动进行气路切换提示换瓶。当氯气泄漏时，打开排气扇及启动氯气吸收装置。加氯机备用切换。根据生产需要远方/就地启停蒸发器。

3.4．加氨现场

主要检测参数

氨瓶称重、投氨量、泄漏报警、加氨机开/停状态、加氨；加氨机手动/自动、加氨机故障、蒸发器开/停状态、蒸发器故障；气路切换和电动球阀工作状态，空瓶信号检测；储气罐压力。

主要控制功能

由清水出水浊度、pH 值控制加氨（流量配比比例控制）。“空瓶”报警、气路切换。泄漏排气启动吸收装置。加氨机备用切换。根据生产需要远方/就地启停蒸发器。

3.5．反应沉淀池

主要检测参数

沉淀池水位、SCD、沉淀后 浊度、沉淀池 污泥浓度开关（ 前、中、尾部 ）、沉淀池分管进水阀开关位置限位、沉淀池分管进水阀开关状态、沉淀池分管进水阀手/自动状态、沉淀池分管进水阀故障状态；排泥机运行/停止状态、排泥机前进/后退、排泥机手 /自动、排泥机 故障、排泥阀开关状态、真空泵开/停、排泥 机行程头尾极限限位、排泥机行程分段限位。

主要控制功能

根据生产需要启用/停用沉淀池。根据污泥浓度开关或时间周期进行排泥控制。

3.6．滤池

主要检测参数

每个滤池的水位连续检测及显示、水头损失检测、浑水阀、清水阀、反冲洗阀、排污阀、反冲气阀、排气阀等设备工作状态和故障状态，手/自动状态；清水阀阀门开度、开关限位、超开/超关状态报警。

主要控制功能

滤池的恒水位控制，滤池的反冲及运行。

①、滤池的恒水位过滤控制

控制系统根据每个滤池的液位计（可设定高低限报警）给出的信号，控制滤池出水阀门的开度，以保证滤池的水位恒定。

②、滤池的反冲洗控制

控制系统对每个滤池的反冲洗控制有 3 个条件。

过滤周期：工作人员根据工艺上提出的要求，设定滤池的最大过滤时间。在滤池开始过滤时，滤池控制系统开始计时，并与设定值比较。当两者相等时，控制系统发出反冲洗请求。

压差值：在控制系统上设定滤池的最大组塞压差值。当过滤时组塞压差传感器连续测定滤料的组塞压差值，控制系统将此值与设定值进行比较。当两者相等时，控制系统发出反冲洗请求。

强制方式：由工作人员根据现场需要，在滤池控制器上进行功能操作，强制滤池工作。

3.7．反冲洗现场

主要检测参数

反冲洗水泵开停、故障、手/自动；反冲洗水泵电流、有功功率；出口阀开关状态、故障状态、手/自动；反 冲洗鼓风机开停 、故障、手/自动；出口阀开关、故障、手/自动 ；出口旁路阀开 关、故障、手/ 自动；反冲洗水 流量、压力； 反冲洗气量、流量开关；储气罐压力。

主要控制功能

旁路阀控制，冲洗控制，保护设备停车控制，反冲洗水泵备用切换，鼓风机备用切换。

①、鼓风机开/停，相关阀开/关

当滤池控制系统接到发出的反冲洗请求后，鼓风机开始工作，相关的阀门打开。反冲洗完成后，鼓风机停止工作，相关的阀门关闭。

②、水泵的开/停，相关阀的开/关

当滤池控制系统接到发出的反冲洗请求后，水泵开始工作，相关的阀门打开。反冲洗完成后水泵停止工作，相关的阀门关闭。

3.8．送水泵房

主要检测参数

清水池 pH、液位、浊度、余氯；出厂水阀开度、流量、超开/超关限位、报警、出厂水阀开关限位；水泵电机电压、电流、温度。

主要控制功能

根据接触池余氯值去控制后加氯机；出厂水流量控制出厂水阀门开度，流量可调，可画面设置；pH 值去控制加氨机。

3.9．水厂配电室

主要检测参数

变电所总电流、有功功率、电压、总电路开关；分路电流、有功功率、分路开关运行状态；时间记录。

主要控制功能

人工合闸或自动合闸/分闸。

3.10．供水管网测压点

主要检测参数

压力、浊度、余氯及压力下限报警。

3.11．供水管网中途加压站

可参照送水泵房。

3.12．水源井

主要检测参数

源水流量、压力、源水液位、水泵故障报警、源水压力高限、故障报警。

主要控制功能

根据源水流量控制源水泵启停，控制参数显示、可画面设置。

4、自来水厂控制 系统

4.1.水厂控制系统功能：

对水厂的生产及各站点进行实时监控，它是系统的信息采集和控制中心。水厂控制系统 采集各站点的 数据信息，并对 这些信息进行存 储、分析汇总或 打印等处理。通过数据分析，及时给出报警信息或向站点发出控制命令，控制站点设备的运行。水厂控制系统还需将汇总数据传送到水司控制中心，以实现整个系统的调度和管理。

在水厂内部根据生产管理的要求、生产工艺流程的复杂程度、信息量的大小和控制设备的多 少来划分水厂 监控分站，如：取水泵房分站、反应沉淀池分站、滤站、送水泵房分站或水厂配电室分站等。每一个监控分站采集现场数据信息并上传至水厂分控中心，同时接受水厂分控中心发出的控制命令，控制现场的各种工业设备。除此之外，每一个监控分站都具有独立的手动操作功能，它们即可由水厂分控中心控制，也可独立工作脱离系统手动操作运行。系统的取水和供水管网监控站点也是如此。

由于系统可实现信息的逐级传输和系统的逐级控制，各个站点又具有独立的就地手动工作能力，因此系统的灵活性和可靠性将大大提高。同时这种方式也适合于自来水行业现行的管理模式。

4.2.通信方式

城市自来水公司生产过程自动化监控系统（DCS）包括：水司控制中心、多个水厂分控中心、多个水厂监控分站、多个水源井监控站、多个管网加压站和多个管网测压站。除一个水厂内各监控分站较为集中外，其它监控站点均散布在城市的各个区域。因此通讯系统应考虑城市地形、地貌的影响。正是由于自来水 DCS系统既有集中，又有分散的特点，在实际应用中亦采用划分区域、有线无线结合的通信策略。具体做法是：以一个水厂为一个通信区域，水厂分控中心为通信控制中心；水厂内部各监控站点与水厂分控中心采用有线通信方式（RS485），重要的测控信号要求通信线冗余；水厂管辖下的取水、供水管网监控站点与水厂分控中心可采用无线通信方式（电台、GPRS、电力载波等）；水厂分控中心与水司控制中心之间采用联网通信方式（支持 TCP/IP 协议的微波、光缆、卫星、无线电、租用电话线等）。系统通讯方式示意图见上图。

又迅 IO 组件支持真正的双冗余通信口通信，能全面实现控制器的冗余，对重要的测控信号要求 控制器冗余及现场总线冗余，对仅需监视的信号可选用单现场总线。

水厂分控中心包括：工控机 、电台、UPS  电源等几个部分。其系统结构如下图所示。

水源井测控分站主要分布在郊区，通讯一般采用无线方式，可以选择 GPRS 和数字电台等通讯方式。

电力线载波技术远程通讯介绍：

在同一变压器供电范围内，无论三相供电与单相供电，其中有一相是相通的。所以各泵房及其他附属的交流电源是相连的，这就无形中形成了一个互通网络。利用这一原理，通过载波器把计算机发出的信号加载到电力线上，让电力线兼作信号传输线，从而达到不另布设通信电缆实现传输目的。

控制软件

含有 100 多种功能模块算法；有 512 页功能块作图；具有虚拟 CSM 功能；所见即所得的全图形化组态方式；在线的上、下装，在线的模块增减，在线的参数修改功能。

5、水司控制中心

水司控制中心包括：中央监控计算机、打印机、监视系统、UPS 电源等几个部分。其系统结构如下图所示。

中央监控工作站是控制中心的核心，负责系统数据库的管理。

中央监控工作站与实时测控计算机连接，通过它采集各水厂分控中心的数据，并将其存储到系统数据库，以备显示查询。

中央监控工作站挂接在企业 MIS 系统网络上，以实现系统数据库的共享。

大屏幕显示和多屏显示系统可显示多类系统数据，可使系统操作人员及时了解整个系统的运行状况。

打印机用于打印系统数据或输出报表。

UPS 电源为系统提供可靠的电源支持。

6、控制系 统软硬件配置举例：

规模：6000T/d

监控中心：2 台主机，一用一备

一级泵房：AI：5；DI：58；DO：20

配电间：AI：50；DI：76；DO：22

鼓风机房：AI：3；DI：9；DO：6

滤池：4 格，每格：AI：2；AO：1；DI：20；DO：10

二级泵房：AI：12；AO：3；DI：58；DO：16

加药部分：设备成套

主要部位要求冗余。

7、共分4 个监控分站；硬件配置

8、软件配置

9、资料的提供

以 EasyM C 为核心的计算机控 制系统(DCS)特点

    一、能全面实现控制器和上位机的冗余(双机热备)功能，是全面冗余设计的系统

                  冗余以太网通讯

                  冗余控制器

                  冗余的 MMI 层上位机

                  冗余电源

                  冗余的 RS485 通讯

二、使用高配置工控机，采用高分辨率显示器，显示画面直观漂亮，画面显示操作提示和菜单全部为汉字，使用方便，原操作维修人员一学就会，可实现无说明书操作，无须培训。

三、能在线修改参数、在线进行控制组态，整定控制参数方便灵活。

四、PID 调节能自动寻优，设备效率可始终保持最高。

五、独特的规则+差量控制功能，简化了控制回路的投运过程，及提高控制精度。

复杂的回路控制策略的特点：

复杂回路智能控制策略能提高用户系统的控制精度、产品品质、系统的运行的稳定性等，真正实现减人降耗。

对于大滞后系统用“规则+ 差量”的控制方法，而不是 采用一般系统所采用的常规 PID 方法。

“规则+差量”的控制方法 已成功地应用在多台大型锅 炉中。其重点在控制对象的规则模型的建立，规则模型的建立主要应由过程控制专家或系统的设计人员来提供，或由控制对象的历史运行数据分析得来；而差量(设定值与测量值之差)控制，主要用于在系统运行时在线调整规则模型内的参数，使规则模型更接近真实系统。

“规则+差量”的控制方法可用于多输入多输出复杂系统。

“规则+差量”控制方法的特点：有自学习功能(对被调整参数的记忆)，对操作人员的经 验依赖性不强，控制精度高 ，响应快，抗干扰能力强。

六、系统具有自诊断功能，能自行诊断系统故障。

七、参数越限有声光、语言报警，有报警历史存储功能。