基于工业以太网的水厂自控网络设计

　　摘要：介绍了重庆市井口水厂的自控网络结构。设计了全厂基于工业以太网的控制、通讯网络，将全厂生产过程控制自动化系统、管理自动化系统、视频监控和安防报警系统三大系统进行了整合。运行实践表明，该网络实现了预期控制目标。
　　关键词:净水厂；自动控制；工业以太网
　　
　　
　　1项目简介
　　为满足重庆市西部新城和双碑组团的用水需要，2011年重庆市建设了井口水厂，该水厂是重庆市重大基础设施项目之一，工程建设总投资6.56亿元。工程总设计规模55X104m3/d，一期设计规模20X104m3/d。分为厂内和厂外两大部分。厂内分为净水处理（含取水、预沉）、废水处理（含泥处理）和深度处理三个系统，厂外分为输配水管网和加压站。
　　净水厂采用嘉陵江为水源，水量充沛、区段水质较好，原水最高浊度达5000NTU。供水水质的目标达到出厂水浊度不超过0.5NTU。水厂直接供水范围为双碑组团及往西永和蔡家送水的加压站。
　　重庆井口水厂工艺流程如图1所示。
　　
　　
　　图1净水工艺流程图
　　
　　2控制设计
　　2.1控制目标
　　重庆井口水厂自动化系统的设计以安全、经济、可靠、实用为原则，设计遵循"集中管理、分散控制、资源共享、无人职守"的原则[1]，满足水厂实现“生产运行巡检制”的要求；在线检测仪表系统遵循"工艺必需、计量达标、实用可靠、维护简便"的原则。
　　全厂分为生产过程控制自动化系统、管理自动化系统、视频监控和安防报警系统三大系统。
　　1）生产过程控制自动化系统。主要功能包括：①生产过程各种主要工艺参数、过程设备的采集（检测仪表、设备工况、电气运行参数）。②各种能耗、物耗和进、出厂水、生产过程用水流量的计量和累计。③生产过程设备工况和工艺流程状况的实时画面监测显示。④生产过程设备的自动控制：实现机泵一步化开/停控制；根据排泥时间设定或水质情况进行预沉池、沉淀池的自动排泥；自动配药、根据原水流量配比及沉水浊度实现自动加药；根据原水流量配比及滤后水余氯反馈实现自动加氯、氯源自动切换、漏氯自动报警与联动中和系统运行；滤池自动恒水位过滤、自动反冲洗。⑤生产过程参数的数据存储和历史趋势分析。⑥生产报表的自动形成和打印：日、月、年报表。⑦自动生成主要运行设备维修保养报告⑧事故报警处理与打印：包括对运行设备、检测仪表超限值的故障自动记录、声光报警、自动打印。
　　2）管理自动化系统。水厂管理计算机通过WEB方式，可查看生产运行、视频监视情况[2]：①生产过程的全面查询：包括厂内监控画面、流程、过程参数、各种能耗、物耗、进、出厂水流量以及历史数据。②生产过程分析报告、报表和图形。③视频监视系统的查询。
　　3）视频监控和安防报警系统。净水厂地理位置偏僻，为保证生产安全，专门增设32路视频监控以及安防报警系统。
　　①全厂闭路监控系统采用高清晰云台彩色摄象机，对生产区域重要设备和重要区域全天候监视，可以采用实时记录、报警联动以及人工随机录像多种相结合方式来进行录像。②能够同时对32路视频信号进行监视、回放、录像和存档。提供至少15天以上报警和图像资料记录。③微机模块化、高密度矩阵设计，视频切换、报警控制于一体。操作员可自由选择多种方式进行画面切换、录像控制、画面放大缩小旋转。
　　2.2控制实现
　　考虑到现场仪表及设备较为分散，因此利用分散集中的原则，对整个净水厂工艺进行功能划分，分别为送水泵房、滤池反冲洗泵房、加氯加药间和取水泵房、厂外加压站部分。在每个部分均设置了独立的控制站。
　　1） 净水厂部分。分别在送水泵房、滤池反冲洗泵房、加氯加药间和取水泵房设置现场控制站，并在各现场控制站配置操作显示终端（反冲洗泵房除外），现场控制站通过光纤网络与中控室以太网交换机相连。在两组滤池上还设有10个现场控制分站（CD01--CD08），通过普通标准以太网与反冲洗泵房控制站的以太网交换机相连。在滤池反冲洗泵房设置6个一体化的PLC，用于3台反冲洗泵与3台鼓风机的控制，通过普通标准以太网与反冲洗泵房控制站的以太网交换机相连；同时6个一体化PLC通过控制层控制总线与滤池反冲洗PLC通讯。对于现场设备集中的预沉、沉淀池，采用作为加氯加药站的I/O分站，通过控制层控制总线与相应的控制分站PLC通讯。
　　2） 中控室网络设置。在中央控制室设置C/S（客户端/服务器）结构形式的计算机网络，以两台数据采集服务器和一台数据及网络服务器为核心，构成100M交换式局域网络。中控室和厂内的现场控制站采用以太网交换机为中心的环状光纤网连接，网络形式为工业以太网，传输速度为10/100M。
　　3）净水厂电气参数采集。净水厂送水泵站、取水泵站以及加压站的高/低压电力自动化系统由电气厂配套提供，带以太网接口，直接进入自控系统的交换机；各个控制站内的电气设备综合保护器由电气设备配套提供，带Modbus通讯接口，直接进入自控系统现场控制站。
　　4） 厂外加压站部分。在加压站泵房设置现场控制站，并在现场控制站配置操作显示终端，该站主要用于对加压站机泵的控制和加压站补氯系统的控制。现场控制站通过无线传输GPRS网络与净水厂中控室的通讯管理机相连，实现加压站与中控室的数据通信。
　　全厂自动控制系统网络如图2所示。
　　
　　图2净水厂自控网络图
　　
　　
　　3结束语
　　重庆市井口水厂在工程设计中大量采用了自动控制技术，全厂通过工业以太网构建了控制网。经过实际运行表明，控制网络实现了预期控制目标。
　　参考文献
　　[1].张大为,张莹,戴春琴.自动控制技术在自来水厂的应用[J].电气技术,2009(3):70-73.
　　[2].贺惠珍,周孟建.城市自来水厂自动化控制系统的构建及设计[J].电气传动自动化,2011(4):35-37.

《基于工业以太网的水厂自控网络设计》

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