浅析供水工程中计算机及录影监控系统的设计―

摘　要：雅砻江锦屏一级水电站3#营地供水工程计算机监控及录影监控系统利用现代自动控制技术、计算机技术、网络通讯技术以及数字录像技术实现3#营地供水工程监、控、管一体化，具备的主要功能有：生产工艺流程、设备状态、水质、水位、流量等监测；设备、电动闸阀的远方和当地，集中与分散，手动与自动控制；生产过程原始数据采集和处理、事故记录、报表生成管理等；生产关键部位现场实时可视监控等。

关键词：供水工程； PLC可编程控制器； 计算机监控； 录影监控； 集散控制
雅砻江锦屏一级水电站3#营地供水工程主要供给3#营地13000人生活用水，兼顾3#营地绿化用水及道路浇洒用水。水厂设计供水能力8400m?/d，平均时供水能力350m?/h，最高时供水系数1.4。自用水量按照10％计算，取水工程按照385m?/h设计；净水厂处理构筑物按照385m?/h设计；清水池按日生产能力的20％设计，采用2个1000m?水池。根据招标文件要求现对该工程监控系统设计如下：
一、 控制范围　　
　　1. 取水构筑物；
　　2. 净水厂进水口，滤池，清水池，加药间，消毒间；
　　3. 配电站。
二、 控制系统组成
　　1. 系统构成
　　自动控制系统分散控制，统一管理。系统为主从工作站形式，采用以太网联接主站和各个PLC子站以及工业电视监控系统（数字硬盘录像系统）。设有5个PLC子站和1个上位计算机与电视监控主站。
　　5个PLC子站为：加药子站（1#LCU），加氯子站（2#LCU），滤池子站（3#LCU），净水厂系统子站（4#LCU），加压站子站（5#LCU）。由于加压站距静水厂有4.7KM，加压站子站通过光纤接入以太网。
　　加药子站（1#LCU）：由设备厂家提供，负责加药系统自动检测与控制。
　　加氯子站（2#LCU）：由设备厂家提供，负责加氯系统自动检测与控制。
　　滤池子站（3#LCU）：由设备厂家提供，负责滤池系统自动控制。
　　净水厂系统子站（4#LCU）：负责净水厂其它工艺设备的检测与控制以及配电站有关信号检测。
　　加压站子站（5#LCU）：负责加压泵站的自动检测与控制。
　　2. 系统布置
　　1) 设有一个中央控制室作为供水系统的主站，对整个供水系统实施运行监视和生产管理。中央控制室内布置1面马赛克模拟屏和1个监控操作台，上位计算机、数字硬盘录像机以及计算机外围设备放在操作台内，净水厂系统子站（4#LCU）也结合在里面。
　　2) 加药子站（1#LCU）设在加药间。
　　3) 加氯子站（2#LCU）设在加氯间。
　　4) 滤池子站（3#LCU）设在滤池反冲设备间。
　　5) 净水厂系统子站（4#LCU）设在中央控制室，布置监控操作台上。
　　6) 加压站子站（5#LCU）设在加压泵站内，布置1面PLC控制屏。
三、 系统功能简述
　　生活水生产过程是一复杂生产过程，既有泵组的启停、保护、设备互锁、协调和分配，滤池运行水位调节和反冲洗控制，又有水质控制量的闭环控制和大量现场设备的运行状态，水质、水量、压力、水位等参数的采集，还有运行数据的处理，报表打印等。同时各功能单元地理位置分散，相互间由管道或管网互连，基于以上特点，要实现供水系统生产自动化，采用PLC作为基本控制单元构成分级分布式控制策略进行一体化设计。
　　供水系统的自动控制为计算机监控综合自动化系统，由供水系统生产管理计算机组成的管理级、PLC控制系统组成的控制级和全实时数字录像监控系统三部分组成。
　　1. 管理级：
　　采用互为备用的双上位工控机（双冗余）分层分布式网络结构，一台工控机作为操作员操作站，一台工控机为工程师工作站。在工程师站除具备操作员站的功能外还可以对各LCU的PLC进行编程，对组态画面予以修改。上位工控机中文对话，动态画面，界面友好，适应工艺流程变化的能力强, 钥匙开启、口令保护、分级管理、授权操作并能与外部计算机系统连网。
　　上位工控机实时采集各个现场PLC单元（LCU）——即各个生产子系统的设备状态、开关位置和工艺参数信息，在上位机上进行数据处理并在组态画面上进行生产状况实时显示。
　　管理级设备布置在供水系统静水厂的中央控制室内。除上位工控机外中央控制室还布置有能反映整个生活供水系统平面布置及工艺流程并可实时监视运转状态的马赛克模拟屏和对重要生产部位进行影像监控的硬盘录像机主机（IPC型）。
　　2. 控制级：
　　根据雅砻江锦屏一级水电站3#营地供水各生产环节，按工艺及地理位置布局要求，控制系统采用分布式控制方案，在生产区域设立现场控制操作站（PLC子站），完成对本区域内设备和过程的监视，操作和控制，区域则按工艺及设备分布划分，各站之间通过可靠性高和实时性强的以太网实现各控制子站之间的对等通信，达到管理集中和控制分散的目的。
　　全系统设有5个现场控制单元（1#～5#LCU），负责区域内所有设备和过程的数据采集，顺序控制和参数调节，由PLC组成。
　　系统具备二个控制层级三种操作方式。
　　1) 二个控制层级：现场控制单元PLC控制子站和设备就地操作层；
　　现场控制单元采用PLC控制屏形式，布置在相应生产区域的合适地方。设备就地操作在设备现地操作箱或柜上进行。
　　2) 三种操作方式：现场PLC控制屏自动和手动、设备现场手动。
　　按照生产工艺和生产安全要求，各LCU对本控制单元设备实施远程自动/手动控制或下放控制权给就地控制箱或启动柜（此时LCU的操作被禁止），在设备现地对设备进行启/停操作，确保设备现场调试安全，系统控制灵活、可靠。
　　系统按工艺要求进行联锁启动与停机。各个生产车间区域可以根据其当时实际情况采用不同的操作方式进行生产。
　　手动操作方式与PLC可编程控制器无关，最大限度地确保了控制系统的可靠性。在设备现地操作箱上有“远方/现地”模式选择开关。当选择“现地”模式，则远方操作无效。当选择“远方”模式，操作站程控台可对受控设备实施远方自动或手动操作，此时在设备就地控制箱上仍可对设备实施紧急停机操作。
　　3) 工艺控制
　　a) 整套系统完成对供水系统各个环节的自动控制功能，实现水泵的自动启停及水泵润滑水的自动投切，维持各水池水位在正常范围，保证正常供水。
　　b) 水处理过程中的加矾、加氯等工艺应根据水处理要求由控制系统自动完成。并能实现，矾库、氯库中矾和氯的自动检测，在介质没有或偏少时自动报警，提醒运行人员添加药物。
　　c) 各 单元工作介质相同的多台水泵，系统能自动识别各台水泵“工作”或“备用”状态，并按运转时间定期自动切换，当工作泵故障或用水量大时，备用泵能自动启动。
　　d) 各台水泵在自动启动时，系统能根据启动时间和水管内的水流情况，判别水泵是否有效工作，当水泵不能正常抽水时，系统应自动停泵，同时启动备用水泵并报警，防止空泵运行损坏水泵。
　　e) 控制室的上位机能显示各水池的水位、各台水泵的运行状态、各水泵的运行时间和运行次数；能显示各配电所运行方式和开关位置以及负载电流。
　　f) 滤池出水阀门调节方式及反冲洗控制。PLC控制反冲洗可根据下列条件之一：过滤运行时间，水头损失，滤后水浊度。生产人员根据需要选择其中任一个或两个或全部条件，由程序判定，实现自动条件反冲洗。建立滤池水头损失、水位、出水阀门开度、进水量等变量的数学模型，由PLC检测这些信号，并按数学模型进行运算后输出控制信号控制出水阀的开度，从而控制滤池的水位恒定。在手动方式，PLC自动跟踪手动调节器的运作及收集资料，自动调整模型参数，另一方面，又用来设置设定值，使其具有自学习功能，成为一模糊控制器。净水厂滤池系统控制单元随滤池系统设备成套。