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粮丰水厂控制系统

控制系统描述

发表时间:2017-09-04            浏览量:...

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。
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。

综合自动化管理、控制系统采用一套西门子S7-DP过程控制系统(PLC控制器加上通讯设备组件),过程检测仪表采用标准仪表、4~20mA DC信号。通过S7-DP网,分别实现对各设备的集中管理与分散控制。S7-DP是一种适合数据采集、设备控制、网络通讯的应用于工业环境的系统,具有很高的性价比。本系统主要由上位计算机、PLC和现场仪表、设备组成。上位机对系统进行管理和监督,实现系统的在线检测,统计,图形显示,报警和打印,在线修改系统各分部的控制参数。通过DP的联结,S7-300 作为主控制器并通讯主站实现人机交互、通过DP实现与现场设备的同步运行,根据实际的测控点位配以相应的I/O模块。以DP构成生产现场的通讯网络,组成一个功能完善、高效率的DCS系统,实现整个生产过程的实时数据采集和自动控制,传送分布于各处的工艺参数至中央控制室,实现数据的集中管理、监视。在确保生产正常稳定运行的同时,进一步促进生产效率的提高,降低运行成本,提高供水质量。根据工艺要求与设备分布,并充分结合现代控制技术,在保证系统合理的性价比的基础上应充分考虑系统的先进性、可扩展性,为今后用户改造与扩建提供空间和技术上的保证,使用户的投资能得到长期保障。
DP网络技术向用户提供了如下好处:

简化施工而降低成本

对任何应用,配置方便
简单、快速的起动
生产中的高度灵活性
可靠和确实的诊断数据
可靠的数字传输技术
S7-300的CP专用通讯模块早已用固件(Hardware and Software)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。
本系统以WINCC为控制软件开发平台,其强大的功能能充分表达各种复杂的工艺要求,灵活方便的管理不同的控制器之间的数据交流。WINCC能够编制丰富细腻的人机界面,其C语言的脚本编辑为应用软件的二次开发提供了更大的空间和丰富的功能支持,具有丰富的数据处理能力。

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。

中控室

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。

送水泵房
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。

泵房工艺流程

由于送水泵的功率等级具有阶梯搭配,保证在实现恒压供水的的过程中,供水功率的投加或切除时变化梯度尽可能地小,从而保证供水压力尽可能地平稳,同时避免过功率投加引起泵阀频繁切换从而造成能量损失和机械磨损。我们在送水系统中配置了一台软启动器,这样,软启动器即可以与变频器配合工作,减少变频器的起停次数、减少电动阀门的开关次数,延长设备的寿命,当变频起器故障时,软启动也可以作为一种后备措施保证供水。
当系统需要投加工频泵时,通过软起母线直接启动,不影响变频泵的正常工作,避免电动阀门配合水泵工作的反复开关过程。本系统的水泵空气开关都自带联锁触点,一旦拉下空气开关,将在电气上把此泵与系统隔离并通知PLC此泵脱离系统,确保设备检修安全。

送水泵房调度画面

变流变压供水--末端恒压
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。

变流变压工艺曲线

输出压力三二表决---提高系统的安全性
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。

V型汽水联合反冲滤池
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型过滤工艺,与传统工艺相比有其明显的优点:运行周期长、杂质穿透深、反冲洗水耗低、滤料损耗小等。其主要特点在于采用了均质滤料,用空气擦洗一气水混合擦洗一低速水流漂洗加表面扫洗工艺取代了传统工艺中的高速水流反冲洗。过滤工艺环节是水厂工艺过程的重点工序环节,关系到水厂制水水质、水量指标的完成,其系统自动化程度高低及其运行效果好坏反映了水厂运行和管理水平。


滤池和反冲设备房工艺界面


滤池恒水位工况

通过对滤池的进水阀、排水阀、泄气阀、反冲洗气阀、反冲洗水阀、出水调节阀、反冲洗鼓风机、反冲洗水泵、空气压缩机、液位仪的监控实现自动反冲洗;通过对出水调节阀和液位仪的监控实现滤池恒水位过滤;同时,对各种工艺参数和设备运行状态进行检测。在功能上实现无人值守全自动运行;必要时在中央控制室直接遥控任何一台设备。在工艺配合上一方面使用系统存储的一套优化后的工艺参数进行全过程控制,必要时由技术人员调节相应工艺参数。   滤池反冲洗一般分为降水位、气洗、气水混洗、水洗、反冲洗结束投用五个阶段。
滤池的恒水位过滤:滤池的恒水位过滤控制是根据液位仪反映的对应滤格水位的变化(滤头损失影响滤速,从而导致水位变化,水位变化的大小反映出滤头损失的多少),通过调节滤池出水调节阀开度,达到使该格滤池内水位恒定,从而保证正常的滤速和过滤效果。  滤格恒水位过滤由安装在滤池的PLC控制器进行控制。各滤格安装有液位变送器,将滤格液位转换为4-20mA电流信号送到PLC控制器,PLC控制器把液位信号与液位设定值进行比较处理后,送出一定的电流信号控制清水阀开启度,以保证滤格水位恒定。



滤池控制柜

加氯加药设备间
设备包括 一套碱铝投加设备和3台二氧化氯发生器,均为Modbus通讯。DP/modbus转换后联入中控室。


加氯加药间工艺布局

综合数据显示界面


报警总画面


曲线与报表
系统提供详细的曲线和数据报表,便于分析运行状况和查找故障。




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