計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)在城市供水工程中的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

劉曉蕾

摘要：文章詳細(xì)介紹了城市供水工程計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、工作原理、功能結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特點(diǎn)，最后闡述供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控的作用和意義。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī) 自動(dòng)化控制 應(yīng)急工程 應(yīng)用

1 計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思想

采用新材料、新技術(shù)和新工藝，實(shí)現(xiàn)煙臺(tái)市城市供水應(yīng)急工程水體置換及供水的自動(dòng)化管理。設(shè)計(jì)采用PLC+計(jì)算機(jī)方式，對30臺(tái)潛水泵通過智能管控器進(jìn)行集中遠(yuǎn)程監(jiān)控；采用PLC與變頻技術(shù)相結(jié)合，對潛水泵實(shí)行變頻恒壓控制。

1.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能

1.2.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

煙臺(tái)市城市供水應(yīng)急工程計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)共分為三個(gè)系統(tǒng)[1]：中控室系統(tǒng)、現(xiàn)場測控系統(tǒng)、智能儀表和設(shè)備系統(tǒng)。

（1）中控室系統(tǒng) 。中控室系統(tǒng)配有1臺(tái)工控機(jī)、1臺(tái)工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、1套打印機(jī)系統(tǒng)及組態(tài)軟件等，形成一套綜合的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)平臺(tái)。主要實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送和通訊。

（2）現(xiàn)場測控系統(tǒng)。煙臺(tái)市城市供水應(yīng)急工程共有30眼抽水置換井，分布比較分散，故在每眼抽水置換井均設(shè)置一個(gè)現(xiàn)場測控系統(tǒng)。

（3）智能儀表和設(shè)備系統(tǒng)。智能儀表和設(shè)備主要包括電磁流量計(jì)、壓力變送器和投入式液位計(jì)等，儀表和設(shè)備布置在30眼抽水置換井井室內(nèi)，監(jiān)測潛水泵的流量、壓力及置換井周圍的水位等，并通過智能管控器將數(shù)據(jù)采集到現(xiàn)場測控系統(tǒng)[2]。系統(tǒng)圖見圖1。

1.2.2 系統(tǒng)的功能

本次應(yīng)急供水工程的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是基于工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)和光纖通信網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過多線程的完全并發(fā)通信，采用高性能的服務(wù)器以及遠(yuǎn)程測控終端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙測、遙信、遙控、遙調(diào)的需要，可以在幾秒鐘時(shí)間內(nèi)獲取各個(gè)子站的各種數(shù)據(jù)，并完成遙控、遙調(diào)功能，同時(shí)具有許多系統(tǒng)無法比擬的實(shí)時(shí)響應(yīng)速度以及接近于零故障和零維護(hù)的高可靠性。

（1）數(shù)據(jù)采集功能

1）定時(shí)采集數(shù)據(jù)：中控室可定時(shí)向所有現(xiàn)場測控單元發(fā)出監(jiān)測命令，實(shí)現(xiàn)對抽水置換井的定時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測，水泵的電壓、電流、壓力、流量、水位觀測井內(nèi)的水位等。

2）按需采集數(shù)據(jù)：中控室可在任何時(shí)刻請求召喚一眼或多眼抽水置換井的數(shù)據(jù)，并修改抽水置換井終端的通訊參數(shù)及報(bào)警限值等。

（2）數(shù)據(jù)處理功能：中控室對采集到的各種數(shù)據(jù)，按照其不同類型、名稱、屬性、時(shí)序進(jìn)行分類，建立數(shù)據(jù)庫。對采集到的各種數(shù)據(jù)，按要求以不同的形式進(jìn)行顯示。如數(shù)據(jù)、畫面、表格、曲線等，并可用顏色和符號表明數(shù)據(jù)的性質(zhì)。

（3）人機(jī)界面：在顯示屏上顯示細(xì)膩的圖像和逼真的動(dòng)畫，能夠生成各采集數(shù)據(jù)的時(shí)間曲線，根據(jù)需要生成各類報(bào)表，定時(shí)或者隨機(jī)打印，進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的綜合查詢及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示，故障發(fā)生時(shí)，可自動(dòng)推出報(bào)警畫面，顯示故障點(diǎn)和故障狀態(tài)，并按報(bào)警等級做出相應(yīng)的反應(yīng)。

（4）防盜報(bào)警功能：由于30眼抽水置換井布置較分散，各井現(xiàn)場控制站配套安裝防盜報(bào)警裝置，當(dāng)有人進(jìn)入井室時(shí)，現(xiàn)場發(fā)出警報(bào)聲響，并立即將報(bào)警信息發(fā)回中控室，進(jìn)而可以遠(yuǎn)程快速布防。

（5）軟件功能：具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫支持和存儲(chǔ)能力，系統(tǒng)支持SQL Server和其他可以通過ODBC接口進(jìn)行訪問的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其中對于Sybase數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，可以選用UNIX或Windows Xp操作系統(tǒng)。客戶端可以使用哦Open Client和ODBC兩種接口。

1.2.3 計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）管理方便

在工控機(jī)上可以顯示每臺(tái)水泵的運(yùn)行參數(shù)，當(dāng)水泵發(fā)生故障時(shí)報(bào)警畫面自動(dòng)彈出，具有專家報(bào)表功能。

（2）功能齊全：具有手動(dòng)/自動(dòng)功能

手動(dòng)：在工控機(jī)上可以手動(dòng)啟動(dòng)每一臺(tái)水泵的運(yùn)行與停止，也可以設(shè)定水泵的出水流量。

自動(dòng)：可以根據(jù)中控室的調(diào)度流量啟動(dòng)水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，調(diào)節(jié)水泵的出水流量，使系統(tǒng)按照調(diào)度流量自動(dòng)運(yùn)行。

（3）穩(wěn)定可靠

智能管控器以西門子作為核心元件，以太網(wǎng)交換機(jī)和光線作為系統(tǒng)的通訊工具和介質(zhì)具有抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)勢，傳輸速度快，運(yùn)行穩(wěn)定。

（4）保護(hù)齊全

系統(tǒng)具有過濾、漏電、短路、缺相、水井水位過低等保護(hù)功能，我們將水泵的出水流量作為參考保護(hù)點(diǎn)，如水泵運(yùn)轉(zhuǎn)頻率達(dá)到50Hz，流量為0，此時(shí)觀察水泵其他故障點(diǎn)若沒動(dòng)作，即水明水井也為過低。此時(shí)水泵自動(dòng)停止運(yùn)行、同時(shí)報(bào)警。

（5）自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管理

本自動(dòng)控制系統(tǒng)通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)，在日常運(yùn)行中可能發(fā)生光纖跳線松動(dòng)接觸不良、光纖斷掉等故障，若人工檢查判斷故障點(diǎn)將是一個(gè)很大的工作量，因此具有智能網(wǎng)管具有很大的優(yōu)勢。本工程的自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管理功能，不管是交換機(jī)的跳線脫落還是交換機(jī)故障，中控室的工控機(jī)均會(huì)顯示相應(yīng)的水源井的位置，同時(shí)報(bào)警。

2供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控的作用和意義

本系統(tǒng)自安裝調(diào)試成功，投入運(yùn)行以來，工作正常，性能穩(wěn)定，在一定程度產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，同時(shí)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控對供水系統(tǒng)具有重要的作用和意義。

（1）實(shí)現(xiàn)三遙，節(jié)省人力資源

計(jì)算機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三遙（遙測、遙控、遙調(diào)）后，當(dāng)無人值守時(shí)，通過發(fā)送設(shè)定物理量的上下限值命令，可以讓控制中心進(jìn)入自動(dòng)控制狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)節(jié)各處管網(wǎng)壓力并保持在一定范圍內(nèi)。當(dāng)有人值守時(shí)，可以進(jìn)入半自動(dòng)或人工控制狀態(tài)。

（2）優(yōu)化調(diào)度分析，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗

調(diào)度的目的就是在最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式下滿足用戶的需要。通過對管網(wǎng)壓力及流量的實(shí)時(shí)監(jiān)控，了解供水壓力的變化，及時(shí)的調(diào)度生產(chǎn)。將出水壓力、流量與水泵特性曲線進(jìn)行分析比較，選擇最佳方案，達(dá)到節(jié)能降耗和提高管理水平的目的。

（3）有利于管網(wǎng)故障的快速定位及報(bào)警搶修

通過對壓力監(jiān)測點(diǎn)設(shè)定報(bào)警線，當(dāng)壓力除險(xiǎn)異常時(shí)及時(shí)報(bào)警，使管理人員能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)故障。綜合壓力及流量等相關(guān)信息的變化及對比分析，識別管網(wǎng)漏失。結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS），對管網(wǎng)故障進(jìn)行快速、準(zhǔn)確定位，便于迅速組織人力到現(xiàn)場搶修，最大限度的降低損失，并迅速保障重點(diǎn)用戶的用水需求。