自来水公司系统改造工程技术方案.doc

某自来水公司系统改造工程技术方案

一.引言
自来水厂的制水过程是从水源地取水经输水管网至水厂，解决达标后通过配水管网送至用户。水厂最大的特点是地区极为分散，通常水源地、补压井、测压点距离厂区几公里甚至几十公里，这样就导致控制系统I/O点分散，此外，控制功能也具有分散性，如各配水泵、水源井能分别地互不影响地进行手动起停控制,以及水厂的加氯加药系统的自动控制，假如整个系统用手动来控制需要大量的人力，并且容易导致能源的浪费（电力.水资源），为了节省人力，减少制水 成本，整个系统应是无人值守，操作人员只要在中控室对整个水厂进行集中监控。
二. 某水厂的特点
某市自来水厂是以地下水为水源的水厂，供水能力为10万吨/日，水从若干个深井泵抽出后到澄清池沉淀，经加氯加药后送到蓄水池，最后由送水泵送往配水管网，配水管网设有远端压力测量点。整个水厂有五个分厂组成，在这五个水厂里以四号水厂为主，正常情况下由四号水厂供应市民用水，当用水高峰，四号水厂不能满足用水规定期，启动一个分厂或几个分厂来补水以保证正常供水，当用水量少时就停止补水。就目前各水厂的控制情况来看，各水厂之间距离遥远互相独立，假如需要补水时必须通过人工手动启动送水泵及深井泵，这种操作方式会导致供水压力滞后，影响供水质量。当用户用水量减少时，也是人工手动停泵，导致短时供水压力过大，同时停泵滞后，浪费能源。假如整个过程由人工来实现需要消耗大量的人力物力，同时对电能和水资源的浪费也很大。
三．水厂对控制系统的规定
1. 分散性。I/O点距离厂区几公里甚至几十公里，这就规定控制
系统具有远程通讯控制功能。
2.集中监控。操作人员可以在中央控制室对整个水厂的运营情况进行监控， 记录故障发生的有关信息以及打印报表等。
3.小型化、集成化。以水源井为例，泵房内通常有一口或两口井，对
一台或两台泵的控制点数很少。因此为了减少系统造价，控制系统需要小型化、低成本，无线通讯功能的控制系统可以满足规定。
4.可靠性。水厂的安全、稳定运营直接关系到千家万户，所以从控制
系统的硬件质量、软件设计等各个环节都必须是高可靠性的。
5.可维修性。系统在软件和硬件方面具有强大的故障自诊断功能，方
便工程师对系统故障进行快速维护解决。
四．某水厂改造控制系统构成
1、控制系统硬件：我们针对水厂制水过程的特点和对控制系统的要
求，为了减少系统造价，控制系统小型化、低成本、高可靠性的规定，选用美国MDS公司的SCADA系列无线通讯功能的数字电台，作为远距离数字传输设备，它性能稳定、工作可靠、抗干扰能力强、传输速率高、传输距离远(50公里)等特点，广泛用于油田、水厂、电力、铁路、交通、工业控制等数据采集传输系统中。
控制系统决定采用美国罗克韦尔(AB)公司的可编程控制器。，每一个分水厂都用一个AB公司的中型PLC SLC5/04实现整个水厂的自动控制，涉及配水管网压力的读入，然后跟设定压力比较后输出一个模拟信号控制送水泵变频器的运营频率，加氯系统的控制以及沉淀池、蓄水池的液位等控制。每一个深井泵站用经济的微型可编程控制器MicroLogix1000（AB）实现其启停控制以及其他联锁功能
无线通讯方式。PLC通过其标准的RS232接口与数传电台相连来实现无线通讯，电台选用美国MDS公司数字电台。美国MDS公司的SCADA系列数字电台提供标准R232接口，可直接与计算机、PLC、数据终端等连接，传输速率达19200bps,无中转站的通讯距离达50公里以上。无线通讯示意图见图1。

图1 无线通讯示意图
2、监控系统及组态软件：水厂的人机监控系统选用研华586工控机，RSView32 ADS组态软件，实现了对整个水厂的远程监控。上位机通过以太网与4#水厂的上位机实现通讯连接，实现对4#水厂的监控。上位机通过无线电台与1#，2#，3#以及清泉水厂的PLC通讯，操作人员可在中央控制室对生产过程进行监控，公司经理、厂长坐在办公室也可以监控水厂的运营情况。RSView32是罗克韦尔自动化软件公司采用开放技术，以MFC（微软基础级）、DCOM（分布元件对象）组件技术为基础的人机监控软件，是第一个在图形显示中运用ActiveX、VBA、OPC的MMI产品，提供了监视、控制及数据采集等所有功能，是一个使用方便可靠性高的监控软件，如图2所示。
图2 中控室与4#水厂的有线通讯
控制系统的功能。在控制系统的功能设计上，各配水泵、输水泵互相之间既可以在自动控制方式运营，也可以在手动控制方式下运营。各配水泵、输水泵通过控制柜上的选择开关,可以选择就地控制方式和远程控制方式，远程控制是通过PLC控制水泵启停，就地控制是用控制柜或现场操作箱上的按钮控制水泵启停。当PLC处在编程状态或出现故障时可以采用就地控制方式，就地和远程控制方式互相切换不会影响水泵的运营。

水厂的安全、稳定运营直接关系到千家万户，所以我们从控制系统的结构设计、软硬件产品质量到控制程序编制等各个环节都是高可靠性的，系统硬件、系统软件、应用软件具有强大的故障自诊断功能，方便工程师对系统故障进行分析和快速解决的能力。

五、送水泵变频技术改造∶
商丘自来水公司原有小型水厂4个，其送水泵容量如下∶
1#水厂∶ 送水泵 37kw×2＋55kw
2#水厂∶ 送水泵 75kw×2＋132kw＋55kw
3#水厂∶ 送水泵 75kw×2＋132 kw×2

清泉水厂∶送水泵 75kw×2＋132 kw×2
4#新建水厂取黄河水，控制设备较先进，采用施耐德自动化控制设备，送水泵∶280kw×3、10kv 。
对4个水厂的送水泵进行变频节能改造。4个水厂中选其中最大的一台改导致变频调速系统，具体为∶
1#水厂∶送水泵 55kw
2#水厂∶送水泵 132kw
3#水厂∶送水泵 132kw

清泉水厂∶送水泵 132kw
考虑到各分厂送水泵的实际情况，一般采用一拖二方式，如图3 所示。

图3 变频改造主电路方案

新旧系统可以互为备用，在变频器故障时，可以切换到原系统继续工作。系统设立了必要的电气联锁、仪表信号显示等，保证系统的安全运营。
各分厂送水泵的控制∶
远程控制∶由中央控制室发出指令，经无线数字电台发出信号，泵站PLC接受信号后，控制送水泵的起仃或切换。
就地控制∶在泵站电控柜上进行送水泵的起仃或切换控制。
变频器选用ABB公司的ACS600型高性能变频器。与变频器成套的空气断路器，接触器等采用国产优质产品，安装于一个电控柜内。
设立压力传感器，实现恒压供水，节约电能。
送水泵进行变频改造后，节能效果好，节电率一般在30～40%，变频改造的投入一般在一年内可以收回。
六、结论∶
1、 设立中央控制室对全水厂运营集中进行监控调度管理，优化资源配置，节约人力和能源。
2、 采用无线数字通讯方式，运营稳定可靠，节约投资费用。
3、 对原4个分厂，进行变频节能改造，节能效果明显，一般在一年内可以收回投资。