尉氏县第二水厂自动化控制系统技术方案

尉氏县第二水厂

自动化控制系统

技

术

方

案

洛阳圣宝自控工程有限公司

二零一三年七月

目录

第一章综合说明.....................................................4

第一节项目概况................................................4

1.1、县城概况...............................................4

1.2、工程概述...............................................5

第二节设计依据.................................................6

2.1本设计主要依据如下：...................................6

2.2相关专业设计规范及设计标准.............................6

第三节设计范围................................................8

第四节设计原则................................................9

4.1设计指导思想............................................9

4.2设计原则：..............................................9

第五节设计要求...............................................12

5.1性能要求...............................................12

5.2功能要求...............................................12

5.3控制系统结构组成.......................................13

5.4控制模式...............................................14

5.5自控系统技术指标.......................................14

5.6监控中心...............................................15

5.7主要设备...............................................15

第六节工程设计目标...........................................19

第二章生产过程实时数据采集与监控系统（SCADA）....................20

第一节、整体系统设计方案.......................................20

1.1系统方案（见系统示意图）................................20

1.2系统组成................................................21

1.3系统整体实现功能.......................................23

1.4系统各部分功能..........................................23

第二节分项设计方案...........................................28

2.1生产调度指挥中心.......................................29

2.2第二水厂自控系统.......................................58

2.3送水泵站控制设计........................................78

2.4视频传输监控系统设计...................................84

第三章管网、阀门、水表信息系统...................................99

第一节引言...................................................99

第二节系统建设的目标........................................100

第三节建设的指导思想........................................101

第四节数据标准..............................................102

第五节管网信息系统功能......................................106

第四章热线系统..................................................118

第一节概述...................................................118

第二节系统功能..............................................121

第三节个性化应用功能........................................123

第五章水质化验综合管理系统.....................................127

第六章综合信息数据交换平台系统..................................130

第一节信息化平台概述.........................................130

第二节传统信息系统平台.......................................131

第三节新型信息化系统平台.....................................133

第四节信息化系统平台设计要求.................................136

第七章能效管理综合解决方案设计..................................138

第一节能效管理集成平台模块设计目的..........................138

第二节供水管网分区计量监测系统（DMA）........................140

2.1、供水管网分区计量监测的意义............................140

2.2、供水管网分区计量实施步骤及管理方法....................142

第三节生产调度和供水管理优化软件编程要求....................143

附图..............................................................150

第一章综合说明

第一节项目概况

1.1＞县城概况

尉氏县地处河南省中部豫西山地向豫东平原过渡的边沿，坐标为东经113°

52'—114°27',北纬34°12'—34°37'。东邻通许、扶沟，南毗鄢陵、长

葛，西与新郑市交界，北与中牟、开封县接壤。县城坐标位置为东经114°、

北纬34°24'。北距开封市46公里；西北距省会郑州74公里；北距首都北京

657公里；尉氏县西依京广铁路、北靠陇海铁路，地方小铁路横贯东西，离新郑

机场50多公里，省级干道四通八达，南日高速公路穿境而过，地方公路直下乡

村，纵横交织。

尉氏县煤炭资源主要分布在泊川、三石、肖庄、邢庄四个区域，全县煤炭总

储量为10亿吨。

泊川煤矿区：属国家两权项目，地下煤炭储备为6亿吨，煤层厚度约为6米,

此区块煤层埋深为1300-2000米，大部分可作为煤炭后备资源，此区块隆起抬升

的地块大约40平方公里，可采储量在2亿吨以上。

三石煤矿区：该矿区面积为35平方公里。涵盖岗李、大营两个乡，其中岗

李乡有西肖庄、窝沈、占庄、韩佐、老庄师、水寨高、聂家、打车周、祥府张、

冉家、杨集等11个村，物探勘查结束后，在原项目区内西南方向又申报了30平

方公里，远景储量为3亿吨。

肖庄土矿区：该矿区属企业投资项目，该矿区面积为31.2平方公里，共上

了8台钻机，初步推断储量为1亿吨。

邢庄拐扬煤炭矿区：该矿区以邢庄乡拐扬村为中心约35平方公里，物探勘

查已于2006年4月份结束。

地热水：地壳内岩石和流体中能被人类社会经济合理开出来的热量，共分为

蒸气型、热水型、地压型、干热岩型和岩浆型。目前我县地热水分布在县委院内、

人民医院、棉麻工贸公司、三星花园、新新时代广场温泉等，主要是工作、生活、

商业用水，井深平均在800-1200米，水温约在30-50度。

尉氏县城位于秦岭东西向构造体系的东端和新华夏华系第二沉降带之华北

拗陷复合部位，特定的地理位置、地质构造和地质条件，为开采地下水资源创造

了条件。由于地表水及浅层水遭受污染，近年来供水水源主要是开采中深层水和

深层水。

尉氏县工业经济快速发展。2011年，全县规模以上工业增加值完成102.9

亿元，比2006年增加71.3亿元，年均增长22.7版六大产业规模以上工业增加

值完成82.3亿元，占规模工业的80%,支柱产业支撑作用逐步显现；民营经济

进入全省二十强，工业经济综合实力连年稳居全市第一；科技创新能力不断增强,

被授予省级知识产权优势区域；22种工业产品获省名牌、省优质产品称号，“耐

驰”牌商标获中国驰名商标，实现了全市中国驰名商标零的突破，工业经济发展

质量有效提升。

1.2、工程概述

此次第二水厂自动化系统设计，为使县城供水系统更加优化，达到县城供水

系统的合理性，总体规化尉氏县自来水综合自动化系统（SAS）,整合已有系统和

新建系统，搭建自来水公司综合信息管理平台，打破以往各自为政的运行模式，

将过去分散的深井泵房有机的结合起来，从设备、数据到功能实现完全的资源共

享和用集成。

尉氏第二供水厂自动化控制系统遥控遥测技术的加入，可有效地加强对整个

供水系统的管理，直观及时地监控现场设备运行情况，增强安全供水保障措施，

如实地显示和记录各种数据。

本系统，既借鉴了国内先进水厂的成功经验，又充分考虑了本水厂的特殊情

况，并将水厂运行管理经验融合于自控系统改造设计中，力求使系统具有先进性

和实用性。

第二节设计依据

2.1本设计主要依据如下：

《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006

《尉氏县第二水厂项目初设要求说明》

尉氏县城区供水管网图

尉氏县自来水公司现电气图

尉氏县自来水公司第二水厂区总体布置图

尉氏县自来水公司第二水厂工艺流程图

尉氏县自来水公司第二水厂深井泵房低压系统图

尉氏县自来水公司第二水厂深井泵房工艺图

尉氏县自来水公司第二水厂送水泵房工艺图

尉氏县自来水公司第二水厂加氯间工艺图

2.2相关专业设计规范及设计标准

自控系统及在线仪表的设计符合相的IEC标准、中国国家标准以及

IS09000质量保证体系要求。

GB/T12504-1990计算机软件质量保证计划规范

GB/T12505-1990计算机软件配置管理计划规范

GB/T8567-1988计算机软件产品开发文件编制指南

GB/T9361-1988计算机场地安全要求

GB/T9385-1988计算机软件需求说明编制指南

GB/T9386-1988计算机软件测试文件编制规范

GB/T10114-1988市以下行政区代码编制规则

GB/T2887-2000电子计算机场地通用规范

GB/T17859-1999计算机信息系统安全保护等级划分准则

GB/T17900-1999网络代理服务器的安全技术要求

GB/T16680-1996软件文档管理指南

GB/T4754-1994国民经济行业分类与代码

GB/T14079-1993软件维护指南

GB/T14394-1993计算机软件可靠性和可维护性管理

《低压配电设计规范》GB50054-95

《3~110kV高压配电装置设计规范》GB50060-92

《供配电系统设计规范》GB50052-95

《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92

《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB50062-92

《通用用电设备配电设计规范》GB50053-93

《过程检测和控制系统用文字代号图形符号》HG/T20505-2000

《自动化仪表选型规定》HG/T20507-2000

《控制室设计规定》HG/T20508-2000

《仪表供电设计规定》HG/T20509-2000

《信号报警、连锁系统设计规定》HG/T20511-2000

《仪表配管、配线设计规定》HG/T20512-2000

《仪表系统接地设计规定》HG/T20513-2000

《分散型控制系统工程设计规定》HG/T20573-95

第三节设计范围

尉氏县自来水的SCADA系统设计为公司调度控制中心一个，第二水厂生产控

制中心一个、深井泵远程控制设备22套，厂区及深井泵房视频监控系统1套、

城区管网压力监测点15个，城市管网流量监测点5个，大户机械水表监测点5

个，小区管网考核水表监测点5个，水质在线监测系统两套、尉氏县自来水门户

网站一个、低压配电系统的温度监测报警1套，老水厂及水源井远程监控系统1

套，化验室设备1套。

本工程自控仪表设计范围包括第二水厂及老水厂改造工程所需的过程检测

仪表、水质仪表配置、PLC自动控制系统的设计。建立以PLC为核心的DCS系统。

并对老系统升级改造，实现深井泵运行及加压、加氯等工艺流程的自动控制。

本次自控仪表主要配合工艺配置相关新建单体的自控系统及在线仪表，实现

各单体的自动控制，并建立监控中心及全厂自控网络实现全公司的集中运行控

制。

第四节设计原则

4.1设计指导思想

严格执行国家和工程当地现行有效的规范、标准及专业规程，符合国家及地

方方针政策。

整体设计与实用相结合，设计为运行服务，设计标准适中。在满足工程建设

目标的前提下，方案设计不仅要考虑设计方案的技术经济先进性和合理性，还结

合当地的生产条件、习惯和管理经验，考虑生产运行安全、可靠、便捷、节能和

低成本。

设备选型充分考虑实用、可靠、先进，根据尉氏县水司的设备使用的实际情

况，合理选择，达到经济与效能的良好结合，关键设备选择合资公司生产及以上

标准的设备。

联通“信息孤岛”，实现数据共享，将各水务业务系统的独立数据有机集成

在一起达到互通共享，实现跨业务的信息查询。

充分利用网络数据，提供辅助决策。通过对集成数据的深入研究，对比历史

数据，分析当前数据，为领导提供行之有效的决策依据。

建立企业信息门户：通过企业信息门户发布各种信息；水质报告、停水通知、

水价信息公司新闻、工作动态。办理业务：网上报修、网上投诉、水费查询、网

上缴费。为公司内部网和外部网提供一个访问公司各种信息资源的入口。公司员

工、公司用户、合作业户、上级部门都可以通过这个门户获得个性化的信息和服

务。

第二水厂自控设计充分考虑新、老系统结合，对水源系统、供电系统和自动

控制系统统一考虑，使水厂在整个流程上顺畅、使用上方便、控制上统一。

第二水厂设计考虑建设的实施，保证项目合理的同时，尽可能减少今后分期

建设中与已投入生产运行设施之间的相互干扰和影响。

4.2设计原则:

供水微机监控系统工程控制设备多，系统设备分散，通讯距离较远，因此本

技术方案在选择系统控制设备时，充分考虑了其先进性、实用性、可扩充性、可

维护性、可靠性及集成性。保证提供的是全新的、成熟的、技术先进的且能使该

系统安全可靠运行的完整设备。

A、先进性

系统软件采用国内一流的工业组态软件来完成系统供水微机监控功能。系统

智能无线执行终端选用德国西门子S7-200系列PLC模块，控制终端内所有元器

件均经过严格筛选，并进行高低温实验和加电老化，保证终端在恶劣环境下长期

稳定、可靠地工作。设备部件均为标准化、模块化设计，具有良好的替代性。

B、实用性

系统设计功能完善、方便实用，系统软件用户界面友好、窗口丰富、内容详

尽、操作简便。所选设备采用防水、防火、阻燃材料，具有防破坏、抗干扰等特

性，防止由于设备内部原因造成的不安全因素，防止由于意外接触、沙尘侵入和

生物的有害进入造成的设备故障。

C、统一性

本工程自控及仪表系统针对新建部分进行设置，与现有系统相对独立，并在

监控中心实现与现有工艺系统的互联，共享数据，从而实现全公司统一运行管理

D、可扩充性

系统软硬件均采用模块化设计，具有良好的兼容性、便于扩展，确保升级或

扩充不改变原有系统结构，不需淘汰原有系统设备。

E、可维护性

控制终端全部采用PLC专用模块，可通用、互换性强，便于故障诊断和处理,

模块及外围器件全部采用导轨式安装，接插式端子，易于维护和更换。能消除内

部、外部各种干扰信号带来的不良影响，有足够的过载保护能力，易管理、易安

装、易检测、易维护。

F、集成性

供水微机监控系统建立在同一计算机网络中，在统一的操作运行平台界面环

境下，把各控制系统原有分散的设备、功能、信息等，集成为一个相互关联的、

统一的、协调的系统，在功能上更加完整、在界面上更加统一。

G、可靠性

系统设备具有良好的接地保护措施，保证操作人员安全，使用的全部设备均

符合在国内环境条件下使用。

第五节设计要求

5.1性能要求

系统设计本着先进、可靠、自动化程度高的原则，确保区域的供水持续稳定

和设备的运行安全。

系统采用SCADA系统远程监测和控制，监测并开启、停止该区域水源井和

各个泵站设备，在任何情况下，确保用水。

系统采用分布式结构，对现场硬件实施监控、报警，保证其工作安全、可靠。

系统各终端与分站调度中心采用通用协议的通信方式，可解决通讯传输和扩

展不方便的问题。系统实现全自动工作状态，最大限度的减少了系统的维护和人

员的工作强度。

根据现场泵房的地理分布和以及工艺流程，基于集中管理，分散控制的模式,

建立一个技术先进、性能可靠、成效显著且便于进一步扩充的集现场控制、过程

监视和计算机管理于一体的监控系统,完成对整个工艺过程及全部生产设备的监

测与自动控制，实现现场无人值守，总站少人值班的目标。

本次设计方案是针对第二水厂资料中关于尉氏县水源地工程工艺、生产设备

等的概要描述进行监控系统的配置。

5.2功能要求

本工程采用国际最新的IEC61850标准（2001年6月颁布）进行设计，是一个

全开分布式、集散型、网络化的完全基于以太网结构集成的系统；从实际出发，

硬件和软件系列化，能够灵活地安装系统，方便地进行系统维护与扩展，实现了

真正意义上的开放式；

在覆盖了大型集散系统的安全性、冗余、集成的用户界面及信息读取功能基

础上，又增加了丰富的MIS.DSS、GIS功能；系统的软硬件规模变换灵活，通

信设置简单，系统兼容性强，可以方便地将许多功能集成在一起，帮助用户完成

工厂的过程控制与信息管理；

由一个完整的数据库来协调所有的组态活动，数据库里的所有数据都是自动

可得，而不需要一个特定的连接在数据库里转换信息，系统组态方案在运行时是

分散到节点上；

能够做到“全公司信息集成”，使之满足用户对全公司自动化过程与生产管

理中的自动监测、控制，以及现代化管理的需求；通过高速透明的以太网结构，

SAS将工厂管理信息和生产过程信息完全集成为一个完整的数据库（在国际

IEC-61850标准中又被称为企业的I/O设备字典，以方便控制建模）；自来水公

司各工段、各水厂，以及企业管理层均可在相同的网络上高速实时就地共享所有

的信息与数据；系统向上开放，面对所需要的工作人员（包括上层管理人员），

使其能够自由地访问范围广泛的工厂数据来对生产过程及管理情况进行报告和

分析，有助于更好地管理生产过程和经营业务；系统向下开放，可使现场智能仪

表实时反馈信息，并接受系统送回的信息，进行预测性维护报警与现场设备管理;

系统在一个安全开放的网络环境中运行，系统管理员可以在组态时规定用户

权限，这些用户权限可有一个被定义的“控制范围”，使他们在指定的区域内适

用；也可限定用户工作站只能观察和操作指定工作区域的过程控制；这种安全性

可对单独工作站定义，同时也可对指定用户定义；

系统通常采用32位多任务操作系统--WindowsNT为其系统操作环境；各

层网络系统均采用标准的以太（Ethernet）网通讯，通讯网络能完全冗余；

SAS用软件系统的设计与开发，不仅需要有工业生产过程实时监控系统组态

软件的全部功能，而且需要有工业生产过程管理（含设备管理）功能，同样包

含了网络自动抄表收费的全部功能。

5.3控制系统结构组成

全厂控制系统分为三层结构：信息层，控制层，设备层。

一、信息层：

由监控中心的工程师站、历史数据服务器，Web/MIS服务器，以太网交换机

及大屏幕显示屏等监控操作设备及局域网组成；

二、、控制层：

主要有主调度机中心站和分站组成及运行数据采集服务器，工业以太环网交

换机及全厂环形10Mbps快速光纤以太网、控制子网等组成。

三、设备层：由现场运行设备、检测仪表、高低压电气柜上智能单元、专用

工艺设备附带的智能控制器以及现场总线网络等组成。

5.4控制模式

水厂自动化系统为以PLC控制为基础的集散型控制系统。设备的软硬件及系

统配置按现场无人值守，水厂监控中心集中管理运行的标准设计。

水厂设备的控制模式设三级控制：就地、现场PLC控制站、监控中心。上、

下控制级之间，下级控制的优先权高于上级。就地控制级设有“就地/遥控”两

种方式，各设备均可通过“就地/遥控”选择开关切换实现手动操作。当现场

PLC站发生故障时，可通过就地控制级上的“就地/遥控”选择开关切换实现设

备的就地手动操作。现场PLC控制站及监控中心均通过软件设置“程序自动/设

备点动”两种模式。一般情况下，监控中心负责远程监视水厂运行及必要的参数

调整与设备点动，水厂各流程的设备自动控制均由现场PLC站完成。当监控中

心的设备或通信网络发生故障时，不影响水厂各供水构筑物的正常运行。各现场

PLC站可按预先设置的运行模式来监控各工艺流程的运行。操作人员也可通过柜

面设置的触摸屏调整运行参数及点动控制。

5.5自控系统技术指标

生产工艺控制：

出厂水压力的控制误差Z\PW±0.02Mpa

出厂水余氯控制误差ACLW±0.IPPm

出厂水浊度的控制范围TuW0.1NTU

24小时无须人为干预，生产正常运行，出厂水质、水压、水量符合指标，设

备正常运行。

PLC系统、计算机系统及通信系统平均无故障间隔时间MTBF>20,000小时

时间参数：

主机的联机启动时间tW2分

报警响时间tW3秒

单项数据查询时间tV5秒

实时数据更新时间tW3秒

控制指令的响时间tW3秒

计算机画面的切换时间tW0.5秒

5.6、监控中心

公司新建调度监控中心，用于全公司工艺流程系列的监控。本次工程利用现

有设备，针对建设全新的第二水厂监控管理系统，实现全部工艺流程的监控管理。

新建系统与现有系统相对独立，并在监控中心实现与现有自控系统的互联，共享

数据，从而实现全厂统一运行管理。

5.7、主要设备：

1）、监控中心

操作员站、工程师站、打印机、大屏幕显示系统。

2）、控制设备机房

运行数据服务器（互为热备用）、历史数据服务器、10兆以太网主干交换机、

Web/MIS服务器深井泵通讯的通讯设备。

主要设备功能：

1）、运行数据服务器

运行数据服务器（热备）作为全公司控制的核心，实时采集各厂监控数据和

工况进行存储和处理，并能生成各种表格，以便管理局域网和其它网上授权的计

算机进行调用、查询、检索和打印。具有安全登录、密码保护和数据传输功能，

支持TCP/IP协议，可以与企业管理系统（MIS）,地理管网信息系统（GIS）无缝

集成。服务器中保存了水厂自动控制系统公用的数据和应用程序，并配置有最新

Windows操作系统（服务器版）、监控软件及数据库软件等软件系统。运行数据

服务器通过工业以太环网与PLC系统连接。

2）、操作员站

操作员站分别独立工作，通过局域网与运行数据服务器连接，提供动态的工

艺监控图形及友好的人机界面。在控制图形上通过鼠标和键盘对工艺参数进行修

改，对工艺过程和控制设备进行控制和调节；在设备及工艺过程中发生故障时发

出警报，显示故障点和故障状态，按照报警等级做出相关反应，记录故障的信息;

可设立不同的安全操作等级，针对不同的操作者设置相的加密等级，记录操作员

及其操作信息。

3）、工程师站

配有多种工具软件，具有与操作员站一样的人机界面，能进行实时数据、历

史运行数据、故障的记录、查询和显示。能对PLC和上位机用软件，管理软件

等进行在线编辑、调试。同时可以在网上对PLC进行在线诊断。

4）、历史数据服务器

历史数据服务器是整个公司控制运行、管理数据的存储核心，配置有与监控

系统同品牌的实时数据库软件。所有数据均采用冗余备份技术。

5）、Web/MIS服务器

配置相MIS系统服务程序，用于全公司的信息化管理及办公自动化，并且

搭建WEB服务，提供相关功能远程B/S模式访问服务。

6）、大屏幕显示系统

公司调度中心内大屏幕显示系统由LCD显示墙1套以及图像工作站等组成。

该LCD显示屏系统用于包含现有工艺在内的全厂流程显示及CCTV安保系统的监

视报警显示。LCD显示墙由12块46'LCD显示屏拼接而成，按3行4列布置。

7）、通讯设备

监控中心通过防火墙及路由器接入由通讯运营商提供的通讯网络，实现与深

井泵站通讯。

8）、PLC系统

根据本次工艺设计单体布置位置、工艺功能，在深井泵房、送水泵站设置PLC

现场控制主站。在加药间、处设置PLC现场控制子站，并通过通讯总线接入就

近现场控制主站。

所有单体的控制系统实现现场控制站无人职守，所有PLC主站设置可就地

操作的触摸屏人机接口用于该控制站内设备调试、维护及急使用。现场控制站

实时采集工控和生产数据，提供动态的工艺监控图形，具备友好的人机界面。在

设备及工艺过程中发生故障时发出警报，显示故障点和故障状态，按照报警等级

做出相关反，记录故障的信息。各PLC控制站主要监控内容及实现功能如下：

(1)送水泵房PLC主站(PLC2)

在送水泵房控制室内设置PLC2现场控制站，实现取水泵房工艺参数采集及

设备监控。该PLC站设置触摸屏及操作计算机用于人员巡检使用。PLC2站通

过公共网络+VPN方式与水厂监控中心的通讯，上传运行参数，并接受调度控制。

PLC控制站的监控设备详细如下：

泵房

吸水井液位计

泵后压力变送器

水泵机组温度

水泵

电动阀门

电力仪表

原水总管

总管压力变送器

总管流量计

点数合计(预留30%余量)

PLC2主站主要功能：

泵房内水泵及相的阀门可实现一体化操作，并能实现设备运行周期的自动切

换。

各类设备的运行状态检测，故障发生后自动切换备用设备。第二水厂监控中

心的调度命令控制水泵的投入或退出。

对配电系统电气参数和设备状态进行监测。

所有设备的工况、水质参数及工艺参数的检测，进行历史数据的积累、维护，

以保证设备的正常、经济运行。

PLC1通过工业以太网方式连接如下就近PLC子站：对二氧化氯制备加注

系统的有关设备及工艺参数的监控及检测。

深井PLC的主要功能包括：

为深井泵配套提供自动控制系统，通过现场电台连接各控制系统，采集相关

设备运行状态及工艺参数，并控制深井泵的开停及投加氯量。投加氯量由PLC根

据深井泵水流量前馈控制。通过电台交换机接入全厂光纤环网，将所有数据上传

至水厂的监控中心，并接受其远程监控。

第六节工程设计目标

控制目标:第二水厂采用技术先进，便于管理的工艺流程，部分引进国内外

先进设备，对水源地、配水厂的主要生产工艺实行自动化管理。运用数据采集监

测系统，进行数据采集、自动控制、科学调度、使尉氏县自来水公司成为具有现

代科学管理水平的新型信息化水司。

水质目标:全部水质监测项目符合国家卫生部颁发的《生活饮用水水质卫生

规范》标准。

水压目标:本次供水范围为整个规划城区，通过管网平差计算，确定二级泵

房扬程为0.32Mpa,城区最不利点自由水头不低于0.25Mpa,保证六层楼供水，

以满足城市供水的需要。

第二章生产过程实时数据采集与监控系统（SCADA）

第一节、整体系统设计方案

1.1.系统方案（见系统示意图）

测点”测点N

供水系统主要由水源井、升压泵站、水厂等组成。水源地有深井22眼，主

要用于给供水系统提供水源。升压泵站的作用是将水输送至水厂清水池内，升压

泵站有清水池，离心泵，升压泵为继电器控制。升压泵站出口有流量计，流量在

值班室内通过组态画面显示。水厂的作用是将进入县城供水管网前的水消毒，通

过升压自动给管网供水。水厂清水池设液位显示仪，系统可根据该液位的高低，

控制深井泵的启停。

供水自动化控制系统必须与完善的供水工艺、合理可靠的控制对象以及严格

的运行管理规程等密切配合起来，整个系统才能正常可靠的运行。因此，在系统

设计时，严格把握总体技术指标，在系统组态、PLC配置、GPRS模块选型等方面

一开始就准确合理，充分发挥通讯终端、PLC、计算机的功能，大力用先进的计

算机、通信等先进技术。

在选择监控系统控制设备容量、性能、环境及扩展能力时，充分考虑到水源

井遥测、遥控系统、泵开、泵停及参数遥测等全过程的监控、报警、保护、显示、

管理的功能要求，并考虑到与其它网络系统的接口安排。

为了集中管理，综合经济、合理、实用性等方面的原则，现将所有的井群并

入到一个监控系统中。

1.2.系统组成

生产过程实时数据采集与监控系统由公司中心调度室、控制站及配水管网压

力、流量、阀门遥测系统等四部分组成。

中心调度室由以下几部分组成（附图）

A主机：工控机。

B系统软件：含数据采集及数据库处理，本系统使用国内一流的组态软件

实现该功能。

C数传终端：含MODEM,本系统采用功率较大、连续工作能力强的GPRS模

块。

D直流稳压电源：抗高频干扰能力强、纹波小、并有足够的带载能力及连续

工作能力；还具有电流电压指示、过流、过压保护及防雷等功能，选用线性电源。

水厂控制站由水源井分站和升压泵分站组成

1.水源井分站由以下几部分组成（见水源井示意图）

A一次仪表：如压力变送器、流量计、电流变送器、电压变送器、开关量等。

B22套RTU：含数据采集、处理软件及与上位机的通讯软件。

C数传终端：含MODEM,可不受距离的远近选择GPRS通讯终端；如需要在

野外的恶劣环境中工作，则选择环境特性良好的数传电台。

D直流稳压电源：抗高频干扰能力强、纹波小、并有足够的带载能力；具有

过流、过压保护及防雷等功能。

2、升压泵分站由以下几部份组成

AMCU程控柜：安装在升压泵房内，升压泵终端装在MCU程控柜内。与安

装于现场的一次仪表连接。

B一次仪表：如压力变送器、流量计、电流变送器、电压变送器、开关量等。

C直流稳压电源：抗高频干扰能力强、纹波小、并有足够的带载能力；具有

过流、过压保护及防雷等功能

通讯系统

1本供水微机监控系统主调度机与智能无线终端采用无线数传电台与主机完

成通讯功能。

2数据通讯系统将各CPU处理单元、输入/输出模块及人机接口和系统外设

联接起来，以保证可靠和高效的系统通讯。

1.3系统整体实现功能

系统设计一套主调度端，安装在新水厂中控室内，负责对各个设备进行监控。

在升压泵房内设计安装一套MCU程控柜，包括升压泵的控制，电源的分配，

状态采集等。

建水厂井群共设计22眼井，每眼井安装一套终端。在此井群加一终端，集

中控制。各终端与主机通信采用无线传输。

可实时监测水厂运行各单元状态及水质PH、浊度、余氯以及分段压力点、

流量点等数据。

每眼井需测量的参数包括：流量、电流、电压、管道压力、电量。

每眼井能实现单井远程启动、停止操作，并且可根据流量或压力的大小启动

或停止输水泵。具有过流、过载、欠压等保护功能。

深井泵房内安装防盗探头，整个系统具有预警功能。

在系统中可以对供水管网测压力和流量等参数。

1.4系统各部分功能

本系统采用二级管理方式，各控制对象受无（有）线智能终端控制器控制，

各控制器且可单独工作、单独编程，同时又互相联网，接受上位机的监控，上位

机故障或线路故障时，无（有）线智能终端控制器仍能控制受控设备正常工作，

控制器核心部件为微处理器。

系统融计算机技术、无线电通讯技术、自动控制技术为一体，实现了对整个

供水系统的监控和管理。系统通过工业以太网可以与水厂其它系统接口，并配置

接口设备，实现将设备运行状态、实时数据及信号传至其它控制系统。

1.4.1上位机主要功能

上位机软件采用中文版WindowsXP操作平台，监控软件采用国内一流的专用

自动化控制组态软件。监控组态软件是在自动控制系统监控层一级的软件平台，

它能同时和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯，它可以与高可靠的工

控计算机和网络系统结合，便可以达到集中管理和监控的目的，同时还可以方便

的向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，来实现与“第三方”的软、硬件

系统来进行集成。使用组态王，组态软件用户可以方便、快速地构造不同需求

的数据采集与监控系统。用户界面友好、图形丰富、内容详实、操作简便。

上位机主要功能包括：遥控功能、图形显示、实时数据采集、远方控制和

手动控制相结合、告警信息处理功能、实时和历史趋势、防盗报警功能、终端设

备自动保护功能等。

1）遥控、遥测功能

上位机可对执行终端进行遥控、遥测等操作，为确保系统操作的可靠性，对

系统中的各项重要操作均伴有语音提示，并需操作员确认后方可执行。

2）图形显示

上位机可在显示屏幕上显示内容丰富详细的汉化监控画面，各画面间可任意

切换，画面刷新时间小于1秒。系统的主要监控画面（见附件）：

系统主画面（可查看各井分布、实现各设备的操作、监视设备运行状态及相

关的数据。各分站与主调度端通讯状态的显示等）

升压泵分布画面

升压泵启动、停止画面

水源井启动、停止画面

报警画面（当压力、告警等报警信号产生时，计算机自动显示报警画面，

操作人员可看到详细的报警信息。同时可通过音箱发出声报警，声报警可以复位

消声，直到下一个报警产生时发出报警声。）

趋势图

数据报表（将设备启停时间、电流、电压、液位等参数以日报表的形式保存,

该报表可按日期打印。）

故障诊断画面等各种监控画面

3）实时数据采集

控制终端实时采集现场数据信息，通过无线数传电台或有线方式送到主调度

机，经后台处理后以数字、文字、颜色变化、声音等方式动态显示在监控画面上。

4）远方控制和手动控制相结合

远方控制是指操作员在监控中心对被监控设备执行遥控启停等操作。手动控

制是指操作员到现场，通过就地控制箱的控制按钮对设备进行启停操作。当进行

远方操作时，手动不能控制；当进行手动操作时，远方不能控制。

5）告警信息处理功能

当现场设备异常时，系统以图形颜色变换、文字、声音等方式在主调度机上

显示，并记录报警设备的名称、报警时间、报警类型等相关信息。

系统可根据用户要求制作各类数据报表，其中可包括日报表、周报表、月报

表、年报表。

6）实时和历史趋势

系统可根据设定周期自动保存数据信息，用户可随时查看实时和历史趋势变

化情况，并可随时打印。

7）防盗报警功能

泵房红外线防盗探测器，当有人进入泵房内，终端自动将告警信号上报给主

调度机，提醒操作人员注意，并根据实际情况进行处理。

L4.2智能终端机主要功能

智能无线终端主要功能包括电机的启停控制、电机运行状态、遥控/就地切

换状态以及供电电压、设备运行电流、流量、管道压力、电量及设备运行状态等

相关参数的实时采集，并具有防盗报警功能。

MCU程控柜特殊功能

MCU监测的数据有泵站电压、各泵电流、出口流量、出口压力、各泵运行状

态、故障状态等，MCU可根据主调度机下发指令来启动或停止升压泵设备，，系

统投运后，几台升压泵平时只需常开的处于运行状态，另外的升压泵处于备用连

锁状态，这样当运行中的升压泵出现故障跳闸时，其余的升压泵中将至少有一台

会立即启动，此时出现故障跳机的那台升压泵处于连锁解除状态。而连锁启动的

升压泵此时仍处于连锁状态。

智能终端机选用西门子S7-200PLC,所有输入、输出口全部采用光电隔离,

其中I/O口全部采用机外继电器隔离，以提高可靠性。这两种终端共有功能：

数据采集：终端设备实时采集现场数据，包括：供电电压、设备运行电流、

压力、流量等参数。数据转换精度0.02%,运行速度0.37US/布尔指令。

执行命令：终端机可随时执行主调度机下发的遥测、遥控、遥调命令，并将

执行命令情况和设备运行参数上报给主调度机。

3）设备保护告警：终端设备加电后，以毫秒级检测所有被控设备的运行参

数，并与设定限量进行比较，如参数超过限量，则上报给主机或进行自我保护，

对电机启动时间，进行延时监视。

4）防盗报警功能：泵房终端机接有防盗探测器，在有人进入泵房时，可自

动上报信号。

5）现场操作

终端机配有数据显示扳，在现场可设置或显示设备各运行参数以及对PLC进

行各种操作。

6）通讯

水源井终端通讯主要通过数传电台以无线方式和主调度机进行通讯，随时执

行主调度机下发的命令，并反馈现场运行状态和各种参数。升压泵终端以有线方

式与主调度机相互通讯。

7）终端设备自动保护功能

设备上电后，终端将以毫秒级监测被控设备运行参数，如电压、电流、水

位、压力等参数，并实时和设定值进行比较，当连续监测到设备运行参数超

过设定值时，如电流过上限、电流过下限、电压缺相、电压超上限、电压过下限、

水位过上限、压力超上限等，终端将先停掉运行设备，并将告警信息上报给主调

度机，便于运行人员及时了解设备故障情况。

1.4.3.管网远程测控终端的功能特点

♦采集管网压力、流量、流向、电池电压等数据。

♦将采集数据主动上报到调度中心；支持定时上报和监测数据超限上报。

♦支持多种供电方式：电池供电、太阳能供电、市电供电。

♦大容量可充电电池供电、太阳能供电、市电供电条件下支持调度中心随时问

询。

♦采用GPRS、短消息无线通信方式。

♦现场可存储、显示、查询压力、流量等数据及工作参数。存储数据21万条。

♦数据存储间隔、数据上报间隔可以设置。

♦防水防潮等级高，测井内安装时：IP68。

♦4节高能电池可数据发送21万条，lOOAh可充电电池充电1次可使用3-4个

月。

♦为现场压力变送器提供直流电源：5V、12V、24V。

♦支持远程升级设备程序、设定参数。

1.4.4.水司调度中心功能

♦监测整个城市供水管网测点的压力、流量、流向、水质信息。

♦监测各水厂出厂流量、出厂压力、清水池水位、加压泵工作状态。

♦监测加压泵站的水池水位、进口压力、水泵工作状态、出口压力；远程控制

加压泵的启停。

♦监测直供水泵工作状态、出口流量、出口压力；远程控制水泵的启停。

♦监测城市备用调节水池的水位。

♦生成每个测点的压力、流量数据曲线；生成每条管线压力分布曲线。

♦生成各种工作报表。

♦辅助预测、发现爆管事故；提供辅助决策建议。

♦存储、查询、对比历史数据。

♦远程维护监测设备。辅助管理管网管道、阀门、变送器、流量计等设备。

第二节分项设计方案

2.1.生产调度指挥中心

目前，尉氏县自来水公司没有建立水厂控制室、配水管网压力监控系统以及

流量监控系统。

2.1.1、系统配置的基本原则

作为一个现代化的县城供水信息在线监测系统，必须能结合信息化技术的发

展，在该监测系统中，采用集中管理、分散控制的集散监控系统体系结构，通过

全计算机监控方式，简化常规控制手段。系统的配置和设备选型符合计算机技术

发展迅速的特点，充分利用计算机领域的先进技术，并结合GPRS传输技术/数传

电台自动化程度要求高的特点，使系统运行管理智能化，并能方便地完成与其他

管理信息计算机系统的连接。系统软硬件均采用模块化、结构化设计，具有高度

的可靠性、安全性、实时性、实用性、灵活性和便于扩充。

2.1.2、系统运行控制方式

城市管网压力监测点15个，城市管网流量监测点5个，大户机械水表监测

点5个，小区管网考核水表监测点5个，设计在每个监控点上设置一台数据采集

RTU。RTU完成管网压力、流量的共同采集和处理，然后通过中国移动的GPRS网

络系统或数传电台把检测数据传输到监控中心进行显示和处理。对水厂监测点，

设置一套PLC对送水泵的工况和出厂水水压水质和水量等参数进行采集，通过有

线光纤（电信公司）方式接入公司生产调度指挥中心的计算机，中心监控计算机

接收到数据以后进行分析和处理，自动生成历史曲线和进行超标报警并自动记入

数据库，以便故障处理和分析。

2.1.3、系统结构

生产过程实时数据采集与监控系统由公司中心调度室、水厂控制室及配水管

网压力、流量、阀门遥测系统等四部分组成。

调度室负责监视所有生产工艺过程及生产调度。调度室配置两台计算机、其

中一台为服务器，另外一台为操作员站。服务器负责整个系统的组态和程序下装,

数据存储，系统正常运行时可兼做操作员站。操作员站负责所有监测点的实时监

控及水厂设备状态工艺参数监控。一台生产工艺过程显示屏、一台UPS供电单元

和一台打印机。由于距离水厂控制站比较远，通过中国移动光缆以太网作为传输

介质，与水厂控制站服务器连接，在调度室实现生产工艺流程的监视或调度。

水厂控制站负责一级、二级泵站的管理及一级、二级泵站的数据采集和供水

系统的控制。水厂控制室设置有两台计算机，其中一台为服务器，另外一台为操

作员站。服务器负责整个系统的组态和程序下装，数据存储，系统正常运行时可

兼做操作员站。操作员站负责所有数据的实时监控及供水系统的控制。系统还将

配置一台生产工艺过程显示屏、一台UPS供电单元和一台打印机。另外，水厂控

制站服务器通过中国移动光缆专线以太网连接公司调度室服务器。通过中国移动

光缆专线以太网连接公司调度室服务器。

2.1.4、系统功能

监控系统开放、灵活，可以对系统进行监测、控制，具有动态画面显示功能、

报警、报表输出功能、趋势预测功能、历史数据存储功能。软件采用全中文操作

模式，能够组态中文显示画面等功能。具有使用方便、简单易学、软件组态灵活

的特性，该确保用户可快速开发出实用、可靠、有效的自动控制系统。

具有WEB发布功能，十用户可同时访问。在总公司机关实现局域网数据共享

和网络发布。

中央控制室监控系统完成的功能有四类：

第一类是管理功能：即生成工艺流程，提供清晰、友善的人机界面，生动形

象地反映工艺流程、实时数据，完成报警、历史数据、历史趋势曲线的储存、显

示和查询。生成、打印各类生产运行管理报表。

第二类是对设备的控制功能：即在基于图形模拟按键和中文对话框方式上，

操作人员在中控室计算机工作站通过键盘和鼠标下达开/停机命令；

第三类功能是通讯功能：中心控制室监控系统与其它系统进行通讯，如各现

场RTU站之间的通讯，与水厂分控中心通讯等等。

第四类功能是后台处理及分析功能：对各个区域的用水量进行统计分析，为

用水需求研究、可行性引水量和水质研究、水力模型提供数据。

第一类功能叙述如下：

a.动态图形及实时数据显示

在计算机工作站、服务器和DLP上动态实时显示水厂的生产工艺流程、一级

泵站、二级泵站的生产工艺流程、管网压力监测点、管网流量监测点、大用户水

表监测点、管网调度远程控制阀工运行状态运行趋势、各净水环节的工艺和电气

等生产数据，使生产管理人员掌握当前生产运行情况，实现多层次监控。

动态图形的总体结构形式为分层展开式，画面包括：

监控系统总图

第二水厂动态工艺流程总图

自控系统总图

送水泵房动态工艺流程图

深井系统动态工艺流程图

管网压力监测点、管网流量监测点、大用户水表监测点、动态工艺流程图

主要参数实时/历史趋势图

各主要设备的状态和电路图

检测仪表位置图

b.趋势图功能

用棒状图或线状图显示历史趋势或当前趋势，选择1条至4条实时或历史趋

势图在同一时间内显示在一幅画面上。模拟量的变化范围值表示在图形的纵坐标

上。当前趋势显示根据实时原理不断校正，光标值也被显示。

同时一幅画面上可在一个时间轴上用不同颜色来显示1至4条不同的曲线；

操作员可以方便调整趋势显示的时间坐标或输入范围；

每个测量变量趋势图是以时间为背景的，其时间跨度可选择。操作人员能够

输入开始时间和结束时间。随着时间跨度的变化，采样频率也相变化；

为加快数据检索时间，趋势曲线所用的数据存放在数据库中一个特定的区

内，以新弃旧;

每个模拟信号采用垂直的棒状图形来表达其大小，并在棒的顶部和底部用数

字量显示其量值，以工程单位表示的该模拟量的最大和最小值分别显示在该棒状

图形的顶部和底部。数据库中有关该模拟量的报警设定值以彩色显示在棒上和棒

下的边上。

C.报警处理

在任何时候和在任何显示上工作站均能在画面顶部或底部显示出总的报警

信息，这些报警信息使操作人员可以快速地调用与本报警有关的画面，并将相关

报警信息实时发送到各个相关部门及负责人；

所有报警信号以时间先后排队，该队列可以在画面上显示并存储在内存内；

在任何时候，该队列保留最新的128个报警点。这个历史报警队列，操作人

员可以从键盘上的一个专用键来获取；

这个历史报警队列在画面上采用颜色的闪烁和颜色的变化来表示一个报警

信号是否确认和是否以恢复到正常的工况；

在产生任何一个报警信号时，工作站产生一个报警声音以提醒操作人员，并

可按键盘上的一个特定键来消除报警声音；

报警内容登录在数据库事件登录清单内，如果需要可以按要求调用并按命令

打印；

对于长期不正常事件（由监视人员对输入信号确认后）可禁止报警和登录。

对于已确认的报警带上报警发生时标，存入报警数据库；

对于未确认的报警持续发出声光报警，直至值班人员确认，在报警时间内依

据采集信号动态改变报警级别。

d.历史数据的管理历史数据的存档

所有搜集的实时数据都按类型、名称、属性分类，按时序依次存档，并及时

写入网络硬盘。网络硬盘能保存至少一年的历史数据，历史数据的永久保存是写

入光盘。

历史数据的采集周期在5分钟到24小时内可调。

从历史存储数据，我们能够计算最小值、最大值、平均值、标准值、偏差值、

累积值和其它特殊的方程式。此外，运用程序的结果也可以存储再历史资料库。

该系统能存储足够数量的模拟信号值。

历史数据的显示

事件类：按要求进行检索。最新的事件列在第一个页面上第一条。

表格类：可按站名、点属性、实时值，并用颜色和符号表明数据性质。也可

以在表格上用“指针”选定数据点，对其设定值，测量范围，数据性质进行修改

（只能有赋予权利的人员进行）。

e.事件处理

事件登录

“事件”是指运行事件和重要的系统操作，事件登录是按时间顺序排列的。

以下事件都计入不可修改的“事件登录薄”：

全部的报警；

调用命令；

挂标记操作（如检修状态、遥控禁止状态等）；

报警的禁止或允许；

使一个点退出或进入扫描；

写入数据；

修改设定值；

报警的确定和删除。

事件检索

操作员可在“事件检索”的视窗中按事件类别名称、对象名称、事件起始至

截止的日期和时间及对象编号或时序进行检索。

事件记录存档

事件库中有足够的容量存放事件登录，事件登录每天以数据文件形式入库，

盘区存满后通知操作员移出另外存档。

f.人机界面

人机界面运用开放系统的图形窗口技术；

友好的操作人员界面；

程序员可在线修改和编辑画面；

支持三维图形.

g.画面显示

键控系统的显示内容除包括文字、表格、图形（点图，线图，直方图，饼图,

三维图表等）、曲线及报警外，还包括工艺布置图，流程图等。

提供图形符号库，这些图形可用来代表各种设备的类型。

画面显示系统的操作采用下拉式屏幕菜单，键盘按钮和图形标识，这些操作

可用下列任何一种方式：

鼠标

键盘上的游标

系统提供开窗口功能，即：显示操作人员选择的信息，例如：一幅实时的趋

势图显示在另一幅图形的一部分幅上，工作站允许操作人员用信号的标识来确定

画面上的任何信号。

所有显示和打印输出均显示出以24小时形式的时间（例如：13：01：46）

和中国方式的日期。

h.报表产生

工作站接收各PLC站提供的带时标的数据，并储存于服务器硬盘作为编辑报

表的基础。根据实际输入信号，制作出日、月、季、年报表。报表可按照标准格

式或用户需要的格式打印。

i.打印输出

打印功能包括:

数据的日、月、季、年的定进报表打印故障产生时的自动打印和日、月、季、

年的故障表打印。

控制室有命令时的行动打印和日、月、季、年内控制的命令表打印。

操作人员的随机打印。全部监视器上可以看到硬拷贝输出打印。

打印格式包括：

时间（年、月、日、时、分、秒）

数据和事件名称

编号、单位（瞬时值、平均值、最大/最小值、累积值）

j.安全登录和密码保护

设计中把操作分为不同级别，对各个级别的操作都设置有密码，并能记录操

作人员工号、操作内容、时间等，防止非法操作，确保净设备安全有序运行。

第二类功能叙述如下：

a.控制

操作人员在中控室操作员站通过键盘或鼠标下达开、停/关命令，画面上显

示操作顺序图，以不同颜色加以正确执行，并有回答信号给操作员站。所有操作

事