2023基于DCS架構(gòu)的自來水廠智能控制系統(tǒng)研究

基于DCS架構(gòu)的自來水廠智能控制系統(tǒng)研究引言自來水廠智能控制系統(tǒng)解決方案面向各種自來水廠，將自來水廠的取水、制水、配水等過程作為一個完整的體系，通過工藝與控制的有效融合，采用多參數(shù)智能化運行控制策略，以供水全流程節(jié)能降耗為目標[1]，以保證安全供水為約束條件，提供自來水廠自動化、信息化、智能化的控制。基于DCS,智能化。DCS的自來水廠智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于DCS圖1。自來水廠工藝流程體系自來水廠凈水工藝取決于取水水源的水質(zhì)情況和供水水質(zhì)要求，每種工藝都包括不同的組成部分和流程，每個組成部分都有其各自的運行控制要求和處理措施。V型濾池過濾，至配水管網(wǎng)。污泥采用重力濃縮、機械脫水處理方式[2]。工藝流程圖如2所示。對不同的工藝系統(tǒng)要實現(xiàn)有效控制，需要對工藝流程進行理論分析、數(shù)據(jù)跟蹤分析、模型仿真、現(xiàn)場實驗等，從而確立有效可靠的控制策略和方案。361Figure1.OverviewoftheintelligentcontrolsystemofwaterplantbasedonDCS圖Figure1.OverviewoftheintelligentcontrolsystemofwaterplantbasedonDCS圖1.基于DCS的自來水廠智能控制系統(tǒng)概覽Figure2.Processflowchartofconventionalwaterplant圖2.常規(guī)自來水廠工藝流程圖自來水廠智能控制系統(tǒng)硬件體系DCS架構(gòu)的自來水廠智能控制系統(tǒng)是自來水廠實現(xiàn)監(jiān)測、控制、通訊、人機界面(HMI)的有機組合。網(wǎng)通訊網(wǎng)絡和現(xiàn)場總線通訊網(wǎng)絡。(上位管理)，二級是現(xiàn)場區(qū)域控制分站(現(xiàn)場控制)與現(xiàn)場控制站之間通過網(wǎng)絡進行通訊，組成一個DCS控制系統(tǒng)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。自來水廠智能控制系統(tǒng)軟件體系軟件體系是系統(tǒng)中通訊協(xié)議、人機界面(HMI)、數(shù)據(jù)處理、實時優(yōu)化控制的有機組合?；贒CS架構(gòu)的自來水廠智能控制系統(tǒng)解決方案的軟件系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)軟件、HMI監(jiān)控組態(tài)軟件、控制器可視化編程軟件、數(shù)據(jù)庫管理軟件、優(yōu)化控制軟件和專門針對自來水廠綜合智能控制系統(tǒng)的SCADA應用軟PAGEPAGE363Figure3.Figure3.HardwarearchitectureofDCS圖3.DCS控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)DCS架構(gòu)的自來水廠智能控制系統(tǒng)軟件界面如圖4。自來水廠智能控制體系基于DCS架構(gòu)的智能控制系統(tǒng)在網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)設計上遵循實時、可靠、先進、開放、易維護等基本原則，是集控制、聯(lián)鎖、數(shù)據(jù)采集、設備管理和無線通訊系統(tǒng)等功能為一體的智能過程控制系統(tǒng)。系統(tǒng)由中央控制室和現(xiàn)場控制站組成，各站之間通過工業(yè)以太網(wǎng)絡通訊聯(lián)接。中央控制室中央控制室是全廠的控制管理中心，中央智能控制系統(tǒng)軟件的主要功能有：機輔助調(diào)度功能，可根據(jù)出廠壓力自動提出配泵方案。Figure4.Figure4.SoftwareinterfaceofwaterplantbasedonDCS圖4.基于DCS架構(gòu)的自來水廠智能控制系統(tǒng)軟件界面/馬達壽命管理軟件，為水廠泵/馬達等主要設備的運行、維護和保養(yǎng)提供科學的依據(jù)[5]?，F(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站的軟件用來完成生產(chǎn)工藝的自動控制全部任務，包括順序邏輯控制、模擬量采集和PID調(diào)節(jié)控制[6]。它主要能完成以下功能：模擬量采集：包括配電間及高壓電機的電流、電壓、功率、電度量的采集，以及濁度、余氯、水流量、壓力、PH值、溫度、液位等工藝信號的采集。PIDPIDV型濾池出水調(diào)節(jié)閥的自動控制。DCS架構(gòu)的自來水廠智能控制系統(tǒng)性能特點管理控制一體化遵循“集中管理，分散控制”原則，通過計算機、控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)等先進媒質(zhì)，整合生產(chǎn)整體調(diào)度和工藝運行監(jiān)督控制的綜合信息，在中央控制室集中控制，減少運行維護人員，達到減員增效的目的。實現(xiàn)了全廠的管理控制一體化。有效的通訊控制網(wǎng)絡系統(tǒng)采用基于雙絞線/光纖的工業(yè)以太通訊網(wǎng)絡，可與其他現(xiàn)場PLC子站、就地智能設備、智能儀表等現(xiàn)場總線產(chǎn)品以通訊方式進行無縫鏈接，保證了全廠信息網(wǎng)絡的快速傳遞、穩(wěn)定運行。動態(tài)的生產(chǎn)調(diào)度利用自動采集到的實時數(shù)據(jù)與實驗室的分析數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析加工處理，形成整個水廠水量、水質(zhì)、能耗、藥耗等數(shù)據(jù)以圖表或圖形方式表示出來，管理人員可及時按其經(jīng)驗和知識做出符合實際的判斷，下達指令、調(diào)整運行參數(shù)，保證安全可靠生產(chǎn)運行。先進過程控制及優(yōu)化在利用完整的數(shù)據(jù)源的基礎上和電腦的計算能力，開發(fā)出先進控制的數(shù)學模型，應用于運行控制中，使與經(jīng)濟效益直接相關(guān)的水量、水質(zhì)提高和藥耗、能耗降低，提高水廠的現(xiàn)代化管理水平與生產(chǎn)過程調(diào)控能力，從而提高供水系統(tǒng)的經(jīng)濟效益和社會效益。故障處理專家系統(tǒng)對采集到的全廠生產(chǎn)過程中的實時數(shù)據(jù)，進行“軟傳感器技術(shù)”處理，判斷出生產(chǎn)過程中哪些工藝部位，哪些控制環(huán)節(jié)，哪些主要設備存在故障隱患，并及早為生產(chǎn)人員提供預警顯示和運行操作指導，保證生產(chǎn)設備和工藝運行的安全、穩(wěn)定、可靠運行[7]。DCS智能控制系統(tǒng)在上海月浦水廠的實際應用上海月浦水廠是上海第一家引用長江水源的市級水廠，199011月開工，1993630萬噸/日的供水項目采用DCSDCS的基本功能DCS主要工藝流程圖有：取水泵房流程圖、加氯間流程圖、加礬間流程圖、反應沉淀池流程、V型濾池流程、公共沖洗泵房流程、送水泵房流程、10kV一次系統(tǒng)、低壓系統(tǒng)等主要工藝系統(tǒng)圖。DCS智能控制系統(tǒng)人機接口界面參見圖5所示。[8]智能控制系統(tǒng)工藝組態(tài)圖參考圖6所示。DCS智能控制系統(tǒng)配置監(jiān)控操作中心WEB取水泵房控制站：主要負責對原水水質(zhì)參數(shù)及工藝參數(shù)的檢測。對取水工藝設備和供配電設備進行監(jiān)視和控制。并將所監(jiān)測數(shù)據(jù)送往監(jiān)控操作中心，并接受其控制指令。加藥間控制站[10]濾池控制站：主要負責濾池內(nèi)進出水閥門、反沖洗水閥、反沖洗氣閥、沖洗排水閥、沖洗排氣閥及沖洗泵房、反洗風機、廢水回收池等構(gòu)筑物的有關(guān)設備及工藝水質(zhì)參數(shù)的監(jiān)控及檢測。并將所監(jiān)測數(shù)據(jù)送至水廠的監(jiān)控操作中心，接受其遠程監(jiān)控。Figure5.Human-machineinterfaceofYuepuWaterPlantbasedonDCS圖Figure5.Human-machineinterfaceofYuepuWaterPlantbasedonDCS圖5.月浦水廠DCS智能控制系統(tǒng)人機界面Figure6.ProcessconfigurationofYuepuWaterPlantbasedonDCS圖6.月浦水廠DCS智能控制系統(tǒng)工藝組態(tài)送水泵房控制站：主要負責清水池、吸水井、送水泵房、高壓變配電設備、出廠水質(zhì)等部分工藝參數(shù)的檢測及設備的運行監(jiān)控。并將所監(jiān)測數(shù)據(jù)送至水廠的監(jiān)控操作中心，接受其遠程監(jiān)控。污泥脫水控制站：主要負責對污泥調(diào)節(jié)池、儲泥池、污泥濃縮、脫水機房等部分工藝參數(shù)的檢測及設備的運行監(jiān)控。并將所監(jiān)測數(shù)據(jù)送往監(jiān)控操作