水厂自动化工程完整介绍课件

威远县粮丰水厂综合自动化系统CS成都赛深科技有限责任公司简介

成都赛深科技有限责任公司是一家以工业自动化控制技术应用和工业自动化产品推广为核心的企业，致力于推广国际先进的工业现场总线控制技术，结合现代计算机技术进行网络化应用的专业公司。公司拥有一批长期在行业内从事技术工作的专业人才，具有从系统设计、安装调试到项目管理的丰富实践经验。公司可以为您提供基于DCS、现场总线以及PLC的各种系统解决方案，通过各种信息网络的连接，实现企业信息网的三层构架设计，具有高可靠、低成本、智能化、网络化的特点。公司设计开发力量雄厚，可承接各种工程项目，提供基于现场总线的全套解决方案。可完成各种工业自动化控制系统、楼宇中央空调控制系统，完成从系统设计、硬件配套、软件开发到现场安装调试的交钥匙工程，可为您的工程师及系统应用提供培训与技术支持，是您改扩建工程的理想合作伙伴。特别是在变频器应用、城市给排水自动化监控系统、空调控制系统等方面，本公司有众多的业绩和丰富的经验。

我公司的主要应用领域是水处理方面的自动化系统设计、集成和施工，本公司从事过自来水厂的恒压供水系统（5万吨/天）、全厂的综合自动化系统（3万吨/天）、基于CASS工艺的污水处理控制系统（食用酒精废水处理）、锅炉用纯水制备的自动化系统（750吨/小时，采用西门子S7-400H冗余控制）....等。我公司在业务的开展过程中，与各个设备、元件、仪表公司进行了良好的合作，也为一些公司提供了优质的专业技术服务。在各种机械设备的自动化工作提供配套方面，我们用PLC设计、改造过汽车厂汽车底盘液压翻转系统、油漆车间自动小车运输系统，发电机系统、中央空调控制系统、螺杆压缩机控制、垃圾焚烧系统、油加热系统、纸机自动控制系统。。。

粮丰自来水厂建设工程是威远县的重点工程之一，位于威远城外两公里凉风坳。工程建设一期供水2.5万吨/日，二期供水5万吨/日。系统总共分为安防系统、自控系统及中控室三部分。其中,自控系统主要分为加氯加药系统、滤池系统、泵房系统三部分，分别采用PROFIBUS与中控室通讯，系统采用变频变压变流控制，根据流量的变化采用专用算法自动选择合适泵型变频供水确保出厂压力，自动弥补因为流量变化而产生的压力管道损失，真正确保用户终端压力恒定，真正做到根据用户的用水情况自动优质供水。将生产成本降至最低。安防系统主要包含厂区摄像头及附属云台，和周围围墙的红外周界，并在中控室集中显示和控制。中控室作为整个厂区的核心和大脑，集中控制显示整个厂区的所有设备运行情况，具有以下功能：一、直观显示所有设备运行状况；二、所有设备的远程控制和监视；三，整个厂区数据的记录；四、所有安防设备的显示控制和记录；五、提供良好的人机界面，以利于业主根据实际情况做修改，确保整个系统的最佳运行状态。六、提供各种声音报警，以确保操作员注意。水厂概况电视墙庄重气派，整个中央控制室简洁、大方可自由操作的监控画面

监控系统设备选用国外先进的监控产品，并应具有标准化、高性能、高可靠性、可扩展性、安全性、安装操作维护简单、智能化网络管理的特点。监控系统设计的主要目的是实现整个水厂重点区域的实时监控功能，并根据用户的要求力求做到经济、可靠、合理、先进。在日常运作中，电视监控系统是企业现代化管理必不可少的手段之一，它像一双双永不疲倦的眼睛忠实地监视着整个受控区域，为管理人员送去重要的图像信息资料。避免人为的失误和破坏。本自动控制系统对水厂内的送水泵房系统、加药系统和与加氯系统通讯、气水滤池实施独立的运行控制。每套系统设置一套基于可编程序逻辑控制器（PLC）的控制站，在中央控制室建立一套统一的过程监控HMI并为水厂配备一套电视监控和红外周界系统。电视电控系统由一台工控机统一管理，自动化系统则由两台软件配置一样的两台工控机并立运行，提高可靠性。即可热备也可后备。一体化球形摄像机采用旋转球配置，内置1/4”彩色CCD，水平分辨率为470线，低照度为0.01Lux，内置28倍光学变焦镜头，可0－355°水平，0～90°向下连续无盲点监视，通过变焦，最远可视距离不小于200m，RS485通讯，64个预置点，云台内置解码器支持Pelco-P协议。设备为智能型，集摄像机、变焦镜头、云台、解码器于一体的设备。控制系统的过程监控HMI（2台式工业PC）1、过程监控HMI的主要功能有：过程数据处理，报表生成(屏幕显示)，过程显示，过程的指令界面2、过程监控HMI的数据处理功能包括以下内容：过程变量的历史趋势初级信号的处理，例如：状态信息(开/停、开/关等)，报警信号和扰动信号模拟变量监视3、报表生成功能提供如下功能：日报表、月报表、年报表、报警4、过程显示功能提供如下内容：动态的流程画面、历史数据的显示、实时趋势显示、信息的显示5、指令由操作员输入并具有以下功能：控制系统的设定点、启停设备、故障/错误和干扰信息的确认6、系统提供密码功能，具有不同的权限功能。送水泵房系统概述

送水泵房是自来水厂最重要的设备，也是能耗最高的地方。先进、合理、可靠的系统设计可保证安全、正常的生产过程，和最佳的经济效益。送水泵房包括5台水泵及配套的出水电动蝶阀（2台90KW、2台75KW、1台75KW），由1台90KW的变频器和1台软启动器带动实现变流变压组合投切、从而满足用户末端的恒压供水。该系统是水厂系统构成的主要部分，送水泵消耗的电能占生产成本的很大比例，因此精心配置送水设备、设计合理有效的控制策略是十分必要的。本系统设置一个PLC站并作为控制中心站与中央控制室连接。为了提高系统的可靠性，本PLC站采用了双控制器模式。S3-300控制器是一种适合于大中型自动化系统的西门子产品，其杰出的性能完全胜任了变流变压供水系统的要求。同时系统提供了一套S7-200控制器作为后备，当主控制系统故障时，通过人工干预S7-200系统，保证正常供水。水是人们生活的基本需求，提供优质的生活用水关系到人民的身体健康，是一个必须高度重视的问题。随着市场经济的深化,自来水公司不仅要满足人们的用水要求，而且必须充分考虑企业自身的利益，因此，为企业建立优质、高效、合理的管理体系，提高企业的经济效益是十分必要的。利用自动化控制技术、计算机网络化管理功能对水厂进行现代化改造，是实现这一目的的物质前提。一般的自来水厂都采用多个PLC控制站检测完成前端的检测与控制，通过各种形式的现场网络同中央控制室连接起来，完成对水处理的综合控制管理。主要监测的参数有:入出厂水流量、管网供水压力、水位、原水和清水浊度、联络自动加氯和自动加药系统、余氯、PH值等，也可以根据用户的要求监测其他参数。系统安全的各种保障措施-----操作安全重要参数的修改必须有授权许可

送水泵房发生严重故障时，在中央控制室可以远程屏蔽系统的自动运行功能，防止事故扩展。操作的二次选择性则防止误操作。可选择的变流变压控制方式和自动恒压控制方式增强了系统的可用性。系统安全的各种保障措施-----控制策略除保证完整的工艺目的实现外，控制程序还涵盖完备的故障处理机制和故障提示功能。一旦变频器故障，系统自动退出“自动运行”状态，并锁定故障信息（即使故障消失），防止系统震荡。排除故障后，必须按复位按钮才能恢复自动，保证万无一失。控制程序一直监视每台水泵的状态，一旦发现设备故障（包括热过载、人为拉断对应的空气开关、对应的电动阀故障），系统自动把故障水泵解列并给出报警信息。如果此设备本身没有运行，系统不再试图启动它，如果设备正在运行则立即停止它。故障解除后从新入列等待控制程序的指令。系统安全的各种保障措施-----防雷和接地闪电是自然界强大的脉冲放电现象。地球上每天约有800万次云对地的闪电，平均每秒钟有100次。它已成为十大自然灾害之一，给人类带来巨大的损失。除用户供电系统本身已有的防雷措施，为了保证控制系统的安全，增设了专门的弱电接地装置、信号防雷模块，增强弱电信号传输的安全性。添加了降阻剂的专用接地装置

西门子产品强大的通讯能力，使得不仅泵房主站能按需要进行扩展，还能够通过总线连接，扩充近百个子系统，完全满足一个中型企业的需要。S7-300通过通讯处理器，或通过集成在CPU上的PROFIBUS-DP接口连接到PROFIBUS-DP网络上。带有PROFIBUS-DP主站/从站接口的CPU能够实现高速的、用户方便的分布式自动化组态。通过PROFIBUS-DP分布式I/O就像处理集中的I/O一样，具有相同的组态、地址和编程。下列设备可以作为主站：•SIMATICS7-300(通过带PROFIBUS-DP接口CPU或通过PROFIBUS-DP)下列设备可以作为从站：•通过CP342-5的S7-300•CPU315-2DP，•ET200B/L/M/S/X分布式I/O设备•S7-200PLC•虽然带有STEP7的编程器/PC或OP在总线中是作为主站，但它们只使用部分通过PROFIBUSDP运行的MPI功能。S7-300的CP专用通讯模块早已用固件（HardwareandSoftware）的方式实现通讯功能，它减轻了数据终端设备（DTE）的负担，如数据流控制，成组等通讯任务，为工业现场的快速数据通讯提供了基础。CP5611DP卡用于把PC机连接到PROFIBUS总线或者S7的MPI口，符合如下通讯：①有SOFTNET-DP的类型1PROFIBUSDP主站；②包括有SOFTNET-DP的非循环DP扩展在内的类型2PROFIBUSDP主站；③有SOFTNET-DP从站的PROFIBUSDP从站；④PG/OP通讯；⑤有SOFTNET-S7的S7通讯；⑥有SOFTNET-DP或SOFTNET-S7的S5兼容通讯（基于FDL接口的发送/接收）。简洁、快速的通讯连接系统正常运行时，可以在线修改程序。下载修改了程序前后，系统数据完全无缝，大大地增加了系统的灵活性，适应性。用户随时提出的工艺调整、运行模式变化，在不影响正常生产的前提下，都可以得到满足。模块化的程序结构和高级语言的引入，使程序编制可以满足任意的工艺要求。从工艺到算法，现在很简单。高效率的编程环境性能卓越的执行设备

不仅选择了卓越的西门子控制器，系统也配置了品质不凡的ABB传动设备，通过合理的程序控制，实现系统性能的最佳。PSS18...300通用型系列软启动器，适合电机电流从18至515A应用，并提供灵活的方案，且安装和设置简单。•高灵活性：两种不同的接线方式(内接或外接)可供选择，更可配置限流功能。•容易设定：仅用三个旋旋便可在大部分应用中设定软起动器。•固态电路：甚至在频繁起起和停止的应用场合，也可确保最高的稳定性和最大程度减少维护。ACS510变频器传动应用于广泛的工业领域，适用各类型负载。还针对风机、水泵应用做了特别的优化，典型的应用包括恒压供水，冷却风机，地铁和隧道通风机等等。▲完美的风机水泵应用▲高级控制盘▲用于降低谐波的专利技术：变感式电抗器▲循环软起▲用户自定义U/F曲线▲超越模式▲内置RFI滤波器作为标准配置，适用于第一和第二环境对用户开放的恒压调节功能模式

通过近十年在供水行业的工程实践，我公司自己开发了一套针对恒压（以及我们新近实现的变流变压）供水的专用PID控制算法，取得了良好的效果。

应用于供水系统的变频器都自己带有PID控制器，象ABB这样的产品，我们在工程中也验证过其PID调节性能非常优秀。但是好的部件不一定就能组合成优秀的系统。由于变频器的PID是内置的，一旦参数设定好后，对用户是不可见的，也不能随系统状态的变化而修正。我们的“用户PID控制模型”运行于PLC之中，在工控机界面上对用户开放。因此可以实现人为设定启动初始频率、任意指定运行频率、加泵下限跟踪、减泵上限跟踪等辅助功能，以及用户希望增加的功能。

参数自适应则保证了调节高效由于供水工况（用户负荷）是随时变化的，导致供水压力会不断变化。在不同的特性段要求的调节器性能是有差异的，我们设计了一个“参数自适应模型”来专门满足这一要求。变流变压：用户的恒压供水！三二表决技术：供水安全的新保证！

在供水系统中，变频恒压供水技术已经获得了广泛而成功的应用，并取得了良好的经济效益。由于技术上的限制，目前主要的实现方案是水厂出口恒压，这种控制方法不能补偿管网损失以及调整不同流量状态下的管阻特性，因此在用户末端并没有实现恒压供水，系统也没有达到最好的节能降耗。为把管网特性对供水质量的影响纳入可控的范围，我们在粮丰水厂（的水厂出口）实现变流变压供水。实际运行的变流变压曲线，竖红线（流量）与横红线（压力）在管网特性（分段彩色曲线）的交叉点即为变流变压的扑捉点。

压力传感器实时地监视着管网压力，系统PID不断修正变频器的工作，确保实际压力在线跟踪变流变压的扑捉点。如果传感器出现误差，在线跟踪就不可实现，特别是传感器损坏时，系统会错误地全力加压，可能造成爆管等严重后果。我们采用自主开发的三二表决模型，跟踪变流变压的扑捉点的浮动基，把三个压力的平均値作为表决压力。只要任一传感器的测量值偏差超过指定的表决误差，系统自动语音报警、准确指定元件编号，提示维修人员检查。同时系统自动排除故障点，采用另外两个传感器的平均値作为表决压力。如果出现两个以上不能跟踪变流变压的扑捉点的浮动基的极端情况，系统采用最大值作为表决压力，至少防止管网过压。特别容易被忽视的问题---压力传感器特性发生漂移时系统指示不是真实工作点也得到解决。系统预置了恒压供水和变流变压两种控制模式供用户选择。

由于城市管网的复杂性，实际的管阻特性是难以建立准确的数学模型的。系统提供了“自动恒压控制方式”，开始采用恒压模式，在城市管网中选择参考点，通过观察不同流量下的管道压力损失，可以人为建立变流变压阻抗特性。人工内建流量、压力特性表。自动计算出实测的变流变压曲线合理分配泵组合与流量段的关系

为了尽可能地优化系统，充分挖掘潜力，供水泵房应采用多种功率的多泵组合方式。如下表，在不同的流量段指定不同的泵组组合，使系统效率最佳。用户通过对管网特性的摸索，随时可以修改边界参数，使系统性能尽可能地优化；用户对管网改造后，也可以通过参数的修改以适应性新特性。流量段的边界点是按工艺可调的

只要用户指定了基准压力P1和流量段分界点F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7，系统将自动根据管网长度、管径和管道材质给出变流变压特性上的特性点压力P2、P3、P4、P5、P6、P7。也可以通过人工内置表建立特性曲线。通过一个特定的“矩阵式内置表”，用户可以自由安排每个流量段的组合关系，变频器的选择按泵功率由低到高内涵排他性，从原理上排除用户同时指定两台水泵变频工作的可能性。随心所欲地分配泵组合与流量段的关系您需要，您就可以选择!用户可以随时需要更改工艺模式，不再依赖系统集成商。

在任意流量段，指定55KW变频，系统自动屏蔽75KW、90KW水泵变频的可性；指定75KW变频系统自动屏蔽90KW水泵变频的可能性；

通用排查程序，对于任何数目的水泵数量都是适用的。任意一台水泵退出运行指令发出，系统自动关闭该泵。当系统同时发出多台水泵工频运行指令，由于只有一台软启动器，排查程序

循环、按指定时间（包括软启动需要的启动时间加适当间隙）依次予以启动，不存在任何冲突。在供水系统常用单泵投切适应不同的流量段，排查程序为多泵投切提供了技术上的可行性。可以是任意值，具有通用性可人为指定的时间间隔改善变流量变压控制技术安全性的又一措施

流量测量的准确性会系统的控制指标，可以从多个方面改善流量因素。首先采用排除干扰，严格按照流量传感器的安装、使用说明的要求，保证传感器的测量精度和稳定性，同时做好屏蔽和接地，严防信号在传输过程中被干扰。在控制器的输入口，加装LC信号滤波器，在控制器内编制数字滤波程序，确保测量值能够准确地反映实际流量信号，使系统能计算出最佳的压力给定值。其次，如果由于管路系统等其它原因造成流量信号突然变化时，为防止压力给定信号的突变给系统带来的冲击，在流量----压力的转换算法中增加斜坡因子，使压力给定信号以一种渐进的方式接近计算值，如下图所示，保证系统平稳地过度。尽管系统的反应会变慢一些，其性能仍然优于恒压供水系统。变流变压的效果

用户在城内的自来水公司监测点连续观察了一周，无论24小时内供水的峰、谷变化，监测点的压力始终为4Kg，而以前的恒压供水系统在3.5---4.8Kg之间变化（尽管出厂点恒了压，无奈何管损变化。）

滤池反冲洗是恢复和继续发挥滤池过滤功能的重要手段，滤池的效率主要依靠有效的清洗来实现。反冲强度不足，导致滤池清洗不干净，滤池堵塞较快，产生泥球以至影响过滤性能；反冲强度太太，出现滤料层、承托层翻动，膨胀太高，造成跑砂、配水系统故障或漏砂等现象。因此，只有选择合适的反冲强度才能满足滤池反冲洗工艺的要求。气水反冲洗滤池是九十年代引进的一种新