南京地區(qū)鐵路給水集中監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

南京地區(qū)鐵路給水集中監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

南京站是連接主線的重要站，對(duì)鐵路供水具有重要意義。南京水廠建于1994年,日供水能力為20000m根據(jù)工程實(shí)際情況,南京給水集中監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下基本功能:(1)實(shí)現(xiàn)中心集中檢測(cè)和控制;(2)南京水廠水處理過(guò)程的自動(dòng)化控制和自動(dòng)化水質(zhì)采樣、分析、處理和數(shù)據(jù)的保存;(3)南京站及南京西站客車(chē)上水實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制;(4)整個(gè)供水管網(wǎng)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè);(5)水電段的遠(yuǎn)程調(diào)度控制和監(jiān)視及在鐵路自動(dòng)化網(wǎng)上發(fā)布相關(guān)的信息。1監(jiān)控站及監(jiān)控中心區(qū)域南京地區(qū)鐵路給水集中監(jiān)控系統(tǒng)由水電段調(diào)度系統(tǒng)、水廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、南京站客車(chē)上水監(jiān)控系統(tǒng)、南京西站客車(chē)上水監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成,它們之間以工業(yè)以太網(wǎng)連接,主服務(wù)器設(shè)于水廠集控中心。水廠的現(xiàn)場(chǎng)控制分站采用PLC加觸摸屏方式,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線方式連接至水廠的監(jiān)控中心主服務(wù)器和工作站。系統(tǒng)采用分層分布的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的Modbus通信規(guī)約,后臺(tái)監(jiān)控中心與各分站即使通信中斷,各分站能不受影響,獨(dú)立運(yùn)行。個(gè)別分站故障不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。系統(tǒng)拓?fù)浣M成見(jiàn)圖1。2現(xiàn)場(chǎng)控制站水廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)由監(jiān)控中心與各現(xiàn)場(chǎng)控制分站組成,監(jiān)控中心與現(xiàn)場(chǎng)控制分站通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接,采用Modbus通信協(xié)議。2.1監(jiān)視與控制問(wèn)題監(jiān)控中心主要實(shí)現(xiàn)以下具體功能:通信:計(jì)算機(jī)通過(guò)通信服務(wù)器,用以太網(wǎng)與水電段調(diào)度站通信,并采用現(xiàn)場(chǎng)總線/光纖/專(zhuān)線MODEM/GPRS等方式與各PLC站連接,發(fā)送和接收信號(hào)。監(jiān)視:計(jì)算機(jī)通過(guò)組態(tài)畫(huà)面顯示整個(gè)水處理與供水過(guò)程;顯示工藝數(shù)據(jù):貯水池液位、深井液位、出水壓力、源水流量、余氯含量、出廠水流量、出廠水濁度、泵機(jī)電壓和電流、電能,以及客車(chē)上水站的一些重要參數(shù);設(shè)備狀態(tài):所有泵、閥等設(shè)備狀態(tài)信號(hào)。采用城市供水監(jiān)測(cè)軟件通過(guò)GPRS監(jiān)視到管網(wǎng)的供水水質(zhì)情況。控制:操作人員通過(guò)計(jì)算機(jī)提供的平臺(tái),遙控各水泵電機(jī)、閥門(mén)等設(shè)備的工作方式。歷史數(shù)據(jù)及報(bào)表:計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄系統(tǒng)重要的工藝數(shù)據(jù),并可以圖表、曲線等方式顯示、查詢歷史數(shù)據(jù)。同時(shí),根據(jù)用戶定義的報(bào)表格式,自動(dòng)生成和打印報(bào)表。2.2按水泵揚(yáng)水壓力和電機(jī)溫度控制由于取水泵房距離水廠有1.1km,采用光纖通信方案,減少日常運(yùn)行費(fèi)用。本方案通過(guò)數(shù)據(jù)采集器的串行口與三相多功能電度表通信,采集電機(jī)的三相電壓、三相電流和有功電度,而河流水位和水泵的揚(yáng)水壓力和電機(jī)溫度都是經(jīng)過(guò)二次表顯示后,由PLC模擬模塊采集。取水泵房監(jiān)控內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分:水源河流液位;電源通過(guò)三相多功能電度表采集三相母線電壓、三相總電流及總電量,外加三組三相電流變送器,分別采集各水泵電機(jī)的三相電流;水泵采集3個(gè)離心泵的揚(yáng)水壓力,用于換算揚(yáng)程,現(xiàn)場(chǎng)可安裝模擬壓力儀表,因此不為揚(yáng)水壓力設(shè)置二次表顯示,并采集水泵的開(kāi)停及各閥啟閉狀態(tài);控制接收監(jiān)控主站的遙控命令,控制深井泵的啟停,控制相關(guān)閥門(mén)的開(kāi)閉;水井PLC站在以下情況下報(bào)警或報(bào)警并停機(jī),河流液位低于下限水位;電機(jī)過(guò)流或其他故障;閥門(mén)故障;水泵故障。2.32.3.12.3.2投藥自動(dòng)控制策略的應(yīng)用,將增加了控制指導(dǎo)的功能通信:PLC的一個(gè)RS-485通信口與監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)通信,接受中控室計(jì)算機(jī)發(fā)出的查詢和控制指令,處理后,發(fā)送數(shù)據(jù)后執(zhí)行控制流程。PLC的另一個(gè)RS-485通信口與液晶觸摸屏連接,通過(guò)觸摸屏的組態(tài)畫(huà)面,實(shí)現(xiàn)投藥工藝過(guò)程的顯示、控制模式的選擇、控制參數(shù)的下載、參數(shù)越限值的設(shè)定和修正系數(shù)的修改。增加了觸摸屏,增加了子系統(tǒng)的獨(dú)立性,對(duì)于運(yùn)行人員,無(wú)須通過(guò)修改PLC程序達(dá)到調(diào)整運(yùn)行模式。檢測(cè):礬池液位的低限和低低限、源水瞬時(shí)流量、源水溫度、源水濁度、澄清池濁度、SCD值、計(jì)量泵的工作頻率,以及SCD儀的狀態(tài)信號(hào)、藥液的液位報(bào)警信號(hào)?？刂?采用兩種投藥自動(dòng)控制策略,保留手動(dòng)控制功能。系統(tǒng)還具備自動(dòng)控制攪拌器運(yùn)行的功能,可以定時(shí)攪拌礬液,保證投加藥液濃度的一致性?？蛇x用游動(dòng)電流檢測(cè)儀(SCD儀)的SCD值作為閉環(huán)控制信號(hào),自動(dòng)控制投藥計(jì)量泵的頻率。另一個(gè)自動(dòng)控制策略是采用按源水流量比例投加,源水濁度、源水溫度作為比例修正系數(shù)的方案。它作為投藥自動(dòng)控制的輔助策略,在SCD儀檢修或故障情況下,仍可保證系統(tǒng)自控的正常運(yùn)行。歷史數(shù)據(jù)及報(bào)表:觸摸屏自動(dòng)記錄源水瞬時(shí)流量、源水溫度、源水濁度、澄清池濁度、SCD值、計(jì)量泵的工作頻率,并可以圖表、曲線等方式顯示查詢歷史數(shù)據(jù)。同時(shí),根據(jù)用戶定義的報(bào)表格式,自動(dòng)生成和打印報(bào)表。2.42.4.12.4.2自動(dòng)排泥工藝控制策略的應(yīng)用通信:PLC的一個(gè)RS-485通信口與監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)通信,接受中控室計(jì)算機(jī)發(fā)出的查詢和控制指令,處理后,發(fā)送數(shù)據(jù)后執(zhí)行控制流程。PLC的另一個(gè)RS-485通信口與液晶觸摸屏連接,通過(guò)觸摸屏的組態(tài)畫(huà)面,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排污排泥工藝過(guò)程的顯示、控制模式的選擇、控制參數(shù)的下載、參數(shù)越限值的設(shè)定和修正系數(shù)的修改。檢測(cè):檢測(cè)澄清池液位、污水井液位、泥水界面儀的狀態(tài)信號(hào)?？刂?采用自動(dòng)排泥策略,保留手動(dòng)控制功能。系統(tǒng)還具備自動(dòng)控制污水泵對(duì)污水井排污的功能。采用自動(dòng)控制功能,將能大大減少運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,很受歡迎。可選用泥水界面儀來(lái)判斷污泥界面的高低,作為排泥的控制策略。另一個(gè)自動(dòng)排泥策略是定時(shí)排泥。歷史數(shù)據(jù)及報(bào)表:觸摸屏自動(dòng)記錄泥水界面儀信號(hào)、澄清池液位,并可以圖表、曲線等方式顯示查詢歷史數(shù)據(jù)。同時(shí),根據(jù)用戶定義的報(bào)表格式,自動(dòng)生成和打印報(bào)表。報(bào)警:根據(jù)重要儀表參數(shù)是否越限,啟動(dòng)報(bào)警器。2.5反沖洗plc站虹吸濾池自動(dòng)反沖洗控制技術(shù)業(yè)已成熟,因此在本次設(shè)計(jì)中設(shè)立反沖洗PLC站,對(duì)提高水廠自動(dòng)化水平,減少運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大有好處。2.5.12.5.2反沖洗顯示、控制和數(shù)據(jù)監(jiān)控通信:PLC的一個(gè)RS-485通信口與監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)通信,接受中控室計(jì)算機(jī)發(fā)出的查詢和控制指令,處理后,發(fā)送數(shù)據(jù)后執(zhí)行控制流程。PLC的另一個(gè)RS-485通信口與液晶觸摸屏連接,通過(guò)觸摸屏的組態(tài)畫(huà)面,實(shí)現(xiàn)濾池反沖洗工藝過(guò)程的顯示、控制模式的選擇、控制參數(shù)的下載、參數(shù)越限值的設(shè)定和修正系數(shù)的修改。檢測(cè):各濾池的液位運(yùn)行狀態(tài)、真空泵的真空度和閥門(mén)狀態(tài)?？刂?自動(dòng)反沖洗采用兩種自動(dòng)控制策略。一種是根據(jù)水頭損失大小自動(dòng)控制反沖洗,另一種是根據(jù)設(shè)定的時(shí)間自動(dòng)反沖洗。歷史數(shù)據(jù)及報(bào)表:系統(tǒng)自動(dòng)記錄各濾池的液位、真空泵的真空度,并可以圖表、曲線等方式顯示查詢歷史數(shù)據(jù)。同時(shí),根據(jù)用戶定義的報(bào)表格式,自動(dòng)生成和打印報(bào)表。2.6消毒系統(tǒng)加藥方案消毒系統(tǒng)采用二氧化氯發(fā)生器,消毒系統(tǒng)根據(jù)源水流量采用比例投加的方式加藥,或者根據(jù)出水余氯含量采用PID反饋控制。2.6.12.6.2回用改造方案通信:PLC的一個(gè)RS-485通信口與監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)通信,接受中控室計(jì)算機(jī)發(fā)出的查詢和控制指令,處理后,發(fā)送數(shù)據(jù)后執(zhí)行控制流程。PLC的另一個(gè)RS-485通信口與液晶觸摸屏連接,通過(guò)觸摸屏的組態(tài)畫(huà)面,實(shí)現(xiàn)消毒工藝過(guò)程的顯示、控制模式的選擇、控制參數(shù)的下載、參數(shù)越限值的設(shè)定和修正系數(shù)的修改。檢測(cè):酸液池液位和鹽液池液位的低限和低低限、出水余氯含量、源水流量、出廠水流量、水溫、變頻泵的輸出頻率及運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警狀態(tài)。控制:判斷變頻泵控制的手自動(dòng)狀態(tài)和控制模式(比例/PID),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)泵/停泵信號(hào)和出水流量,控制變頻泵的輸出頻率與啟停。在比例模式下,按流量進(jìn)行比例投加,并根據(jù)不同溫度下藥液對(duì)水的消毒效果不同,設(shè)定多個(gè)修正系數(shù),修正變頻泵的輸出頻率。同時(shí),比例投加有兩種模式,一種是正常比例投加。另外,在如果根據(jù)流量判斷處于停機(jī)狀態(tài),延時(shí)一段時(shí)間后,將二氧化氯的發(fā)生量自動(dòng)減少到最小模式,只是維持二氧化氯(或余氯)的含量,這樣大大減少藥耗量。在PID模式下,按出水余氯的含量進(jìn)行閉環(huán)控制。歷史數(shù)據(jù)及報(bào)表:觸摸屏自動(dòng)記錄源水流量、出水余氯含量、出廠水流量、水溫,并可以圖表、曲線等方式顯示查詢歷史數(shù)據(jù)。同時(shí),根據(jù)用戶定義的報(bào)表格式,自動(dòng)生成和打印報(bào)表。2.7電源、放空系統(tǒng)及關(guān)閉部位送水泵房PLC站監(jiān)控內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分。水源:清水池液位。出廠水質(zhì):出廠濁度、pH值、出廠管網(wǎng)壓力(注:余氯由消毒單元采集)。電源:采集5臺(tái)泵電機(jī)溫度及電機(jī)的三相電壓、各相電流及總電量。離心泵:采集每臺(tái)泵的揚(yáng)水壓力,用于換算揚(yáng)程;采集每臺(tái)泵的電機(jī)溫度、泵的開(kāi)停及相關(guān)閥啟閉狀態(tài)?？刂?具備手/自動(dòng)切換的控制功能,本方案按變頻恒壓供水方案設(shè)計(jì),控制離心泵的啟停及相關(guān)閥門(mén)的開(kāi)閉。二泵房PLC站在以下情況下報(bào)警或報(bào)警并停機(jī):清水池液位低于下限水位;電機(jī)過(guò)流或其他故障;閥門(mén)故障;水泵故障。2.7.12.7.2自動(dòng)控制顯示及數(shù)據(jù)上報(bào)通信:PLC的一個(gè)RS-485通信口與調(diào)制解調(diào)器連接,與監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)通信,接受監(jiān)控主站發(fā)出的查詢和控制指令,處理后,發(fā)送數(shù)據(jù)后執(zhí)行控制流程。PLC的另一個(gè)RS-485通信口與液晶觸摸屏連接,通過(guò)觸摸屏的組態(tài)畫(huà)面,實(shí)現(xiàn)出廠水質(zhì)參數(shù)的顯示,自手動(dòng)控制模式的選擇、參數(shù)越限值的設(shè)定,變頻恒壓控制運(yùn)行狀態(tài)顯示。檢測(cè):清水池液位、泵揚(yáng)水壓力、出廠濁度、pH值、出廠管網(wǎng)壓力,水泵電動(dòng)機(jī)的三相電壓、三相電流及電機(jī)溫度、電度、泵運(yùn)行狀態(tài)、閥的開(kāi)/閉和系統(tǒng)報(bào)警狀態(tài)、變頻器頻率及狀態(tài)信號(hào)?？刂?本恒壓自控系統(tǒng)以變頻器、可編程序控制器作為系統(tǒng)的核心部件,時(shí)刻跟蹤管網(wǎng)壓力與壓力設(shè)定值的偏差變化情況,經(jīng)變頻器內(nèi)部PID運(yùn)算,通過(guò)PLC控制變頻與工頻切換,自動(dòng)控制水泵電機(jī)投入臺(tái)數(shù)和相應(yīng)閥門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉,自動(dòng)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)整,在保持恒壓下達(dá)到控制流量的目的。歷史數(shù)據(jù)及報(bào)表:觸摸屏自動(dòng)記錄各采集量,并可以圖表、曲線等方式顯示查詢歷史數(shù)據(jù)。同時(shí),根據(jù)用戶定義的報(bào)表格式,自動(dòng)生成和打印報(bào)表。2.8數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成南京水廠中控室設(shè)置視頻服務(wù)器,建立數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在取水泵房和水廠內(nèi)重要位置設(shè)視頻攝像機(jī),在重要位置設(shè)置紅外報(bào)警傳感器,提高水廠安全保衛(wèi)水平。(1)視頻模式正常視頻記錄方法攝像機(jī)以不間斷的方式錄像。動(dòng)態(tài)感知視頻記錄方法攝像機(jī)在監(jiān)測(cè)到動(dòng)態(tài)變化時(shí)錄像。傳感器視頻記錄方法攝像機(jī)在傳感器感知的情況下錄像。這3種方式既可獨(dú)立使用,也可相互交叉工作,以達(dá)到最理想的錄像狀態(tài)。(2)視頻服務(wù)器pc機(jī)①可實(shí)現(xiàn)16路報(bào)警輸入和聯(lián)動(dòng)輸出,動(dòng)態(tài)錄像時(shí)聲音延遲設(shè)定,數(shù)值越大,鳴響時(shí)間越長(zhǎng)。②有報(bào)警放聲時(shí),外接的報(bào)警設(shè)備(警燈、揚(yáng)聲器、探照燈等)即可連動(dòng)輸出報(bào)警。視頻服務(wù)器提供遠(yuǎn)程訪問(wèn)能力,這意味著從世界上任何有通信線路的地方,用戶能夠通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接到他們的數(shù)字視頻服務(wù)器,從而能在他們選擇的PC計(jì)算機(jī)上觀看到所需的視頻圖像。水電段調(diào)度站的視頻客戶機(jī)與視頻服務(wù)器是通過(guò)以太網(wǎng)訪問(wèn)視頻圖像。3鐵路領(lǐng)域監(jiān)控本站主要具有兩大功能,一是監(jiān)控南京水廠集中監(jiān)控系統(tǒng),并在鐵路OA網(wǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)發(fā)布,在全路范圍內(nèi)都可監(jiān)視到南京鐵路給水集中監(jiān)控系統(tǒng);二是實(shí)現(xiàn)對(duì)南京水廠的視頻監(jiān)視。因此,設(shè)置1臺(tái)調(diào)度服務(wù)器、1臺(tái)WEB服務(wù)器和視頻客戶機(jī),它們通過(guò)光纖以太網(wǎng)與水廠服務(wù)器進(jìn)行通信,實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。WEB服務(wù)器功能與水廠服務(wù)器的功能基本相同,為保證安全,在某些控制操作上進(jìn)行權(quán)限控制;視頻客戶機(jī)的功能與視頻服務(wù)器的功能相同。4上水栓改造設(shè)計(jì)本客車(chē)上水控制分成2個(gè)部分,一個(gè)是總干管的兩端控制,另一個(gè)是上水閥的栓栓控制,將這2部分設(shè)計(jì)為獨(dú)立運(yùn)行2個(gè)子系統(tǒng),保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。而總干管的電動(dòng)閥控制支持手機(jī)遙控功能,對(duì)栓栓控制采用對(duì)講系統(tǒng)控制,從硬件到通訊都完全獨(dú)立。系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖8。目前南京站客車(chē)上水PLC站設(shè)計(jì)有DN500的總干管1根,總干管上安裝壓力變送器;另有3根DN250的上水干管,每排上水干管上安裝1個(gè)遠(yuǎn)傳水表和1個(gè)壓力變送器,每排上水干管上安裝1個(gè)電動(dòng)閥,并安裝1個(gè)旁通閥作為備用。準(zhǔn)備在1根總干管上先期實(shí)現(xiàn)栓栓控制,每個(gè)上水栓安裝一個(gè)小電動(dòng)閥,1根總干管由一個(gè)PLC站進(jìn)行集中控制,這樣減少PLC站的數(shù)量,降低造價(jià),但增加了現(xiàn)場(chǎng)布線的長(zhǎng)度,增加了施工量。在此基礎(chǔ)上探索出運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),再對(duì)其他上水栓改造。本PLC站采用平板觸摸屏工作站,與現(xiàn)場(chǎng)PLC站進(jìn)行通信,并提供以太網(wǎng)接口,通過(guò)光纖以太網(wǎng)與水廠服務(wù)器進(jìn)行通信,交換數(shù)據(jù)。上水栓采用對(duì)講機(jī)的DTMF信號(hào)進(jìn)行遙控,設(shè)置對(duì)講機(jī)電臺(tái),電臺(tái)與工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,工作站采集到要控制的上水栓編碼,通過(guò)通訊控制PLC經(jīng)過(guò)出口繼電器控制相應(yīng)電動(dòng)閥門(mén)。本PLC站主要實(shí)現(xiàn)以下功能:監(jiān)視功能、自動(dòng)控制功能、手動(dòng)操作、遙控功能、設(shè)置旁