计算机和无线通信技术在铁路净水系统的应用

2022-09-18

1 工程概况

临河净水厂负责临河地区生产和生活用水。该地区的水质主要是铁和锰超标, 该厂扩建前由8眼深井、1座快滤池、1座跌水曝气池、2座500T清水池、2座水塔和1座二级加压泵站组成;包兰增建二线扩建后, 新增7眼深井 (远期11眼) 、1座虹吸滤池、1座喷淋曝气池和2000T清水池, 并改造了二级泵房。扩建前自动化程度低, 只能遥控井群和遥测水塔水位, 剩余部分采用手动操作, 这样各工种的岗位人员还是不可缺少, 而且大部分凭经验进行供水调度, 安全性和可靠性都无法保证。实施给水集中控制, 可实现减员增效、节能降耗, 并提高供水服务质量。该水源井分布范围较广 (最远离主控室达到20km) 、水处理设备、泵房、水塔等需要监控的设备较多, 处理工艺复杂。因此, 在设计给水“三遥”集中控制的过程中, 经过反复研究论证, 设计出既经济合理, 又功能完善切实可行的临河净水厂给水集中控制方案。当前计算机技术、自动化技术、通讯技术的迅速发展, 带动了各种先进的给水计量、控制设备, 如电磁流量计、压力传感器、水泵变频器、电机软启动器、电磁阀等诞生, 这些设备都具有信号输入输出接口, 能够接受微机传送无线指令, 这些是自动控制的前提;标准的设备接口, 先进的通迅设备, 给自动控制提供了基础;计算机的高性能和大容量存储以及可编程序, 为供水自动化提供了便捷条件。

2 各要素单元的监控

2.1 管网水压的监控

遥测:管网压力。

通过对管网压力的采集来实现恒压供水, 达到经济运行的目的, 同时采集出厂水压力, 分析判断供水管网是否泄漏及泄漏情况, 在分站计算机上生成实时、历史数据曲线及水压的上下限报警, 同时通过无线分站与主站 (水电段) 计算机相互传输实时数据。

2.2 水源井的监控

遥测:深井水位、流量、压力, 潜水泵的电机电压、电流、电量;遥信:水泵的运行状态, 检修时检修人员与中控室通信联络;遥控:水泵的启动/停止及各水源井的循环开停。

(1) 根据清水池水位来控制各深井水泵的自动投入或脱出, 并根据水泵的效率、耗电指标及各水泵工作时间, 来实现深水井群水泵的优化组合和交替使用时间。 (2) 通过软起动器对各水泵实现软启动。水泵电机供电电流、电压、电量监测形成实时数据和历史数据, 计算机进行综合分析后, 对水泵发出启、停的执行命令, 从而达到最低能耗指标, 实现经济运行的供水目的。 (3) 如电源缺相、短路、断路、过流、过压、欠压等各种故障报警及自动停泵, 通过对水井水位的监测实现水位的下限报警和自动停泵;通过有线传至分站计算机。 (4) 采用电源互投装置, 自动切换两路电源, 自投自复位式。 (5) 采用软启动控制装置, 可达到启动降低电压和电流的效果。 (6) 同时监测水量、水压、电压、电流、电量形成实时数据和历史数据供技术人员分析和报表。

2.3 水处理设备的监控

遥测:滤池水位、沉后池水位。遥信:电动阀开、关及开度状态。遥控:根据水位控制电动阀启/停及开度。 (1) 自动反冲洗:通过程序的设定按时间和水位自动对排水阀、进水阀、反冲阀、清水阀的开闭和开度进行控制, 形成自动反冲洗, 并且控制反冲洗强度。 (2) 强制反冲洗:通过对滤池水位的监测, 可实现程序强制反冲洗和人工操作反冲洗;保留原有现场人工操作功能;在分站计算机上生成实时数据和历史数据及水位的上、下限报警, 并与计算机联网共享数据。

2.4 二级加压泵站的监控

遥测:水泵的电压、电流、电量, 出厂水流量, 水厂出口压力。遥信:水泵的运行状态。遥控:控制1、2号水泵循环变频, 3~5号水泵启动/停止。 (1) 通过管网的压力或水塔的液位来判断二级泵站是否工作及启用那几台泵, 由计算机分析相关数据, 优化起泵的台数。 (2) 通过软起动器对各水泵实现软启动。水泵电机供电电流、电压、电量监测形成实时数据和历史数据, 计算机进行综合分析后, 对水泵发出启、停的执行命令, 从而达到最低能耗指标, 实现经济运行的供水目的。 (3) 如电源缺相、短路、断路、过流、过压、欠压等各种故障报警及自动停泵, 通过对水井水位的监测实现水位的下限报警和自动停泵;通过有线传至分站计算机。 (4) 采用电源互投装置, 自动切换两路电源, 自投自复位式。 (5) 采用软启动控制装置, 可达到启动降低电压和电流的效果。 (6) 同时监测水量、水压、电压、电流、电量形成实时数据和历史数据供技术人员分析和报表。 (7) 实现对工频泵、变频泵的电压、电流及电量监测。利用原水厂设备对流量、压力、清水液位进行监测, 对水泵工作状态、变频器频率实施监测。

2.5 水塔和清水池液位的监控

通过水塔的水位信号和清水池的水位信号回传, 计算机能分析判断来决定是否开启一级或二级水泵的运行。

2.6 消毒控制

遥测:清水池的投药量、管网出口余氯含量;根据在线余氯检测仪测出管网余氯含量, 实现对二氧化氯消毒设备的自动运行, 并在微机上显示管网出口余氯含量值及投药量。

2.7 车间净水厂监控

(1) 各种智能横向或纵向分析, 进行历年同期比较分析, 辅助领导决策。 (2) 全面了解工艺流程中水厂出口压力、流量参数及水厂工艺设备、取供水设备、配电设备的运行参数及状态。 (3) 从取水、净水、供水、输配水信息到用电信息采集、发送、整理、统计、形成报表、棒图和曲线, 更直观反映供水状况。 (4) 以管网中的水压为目标, 参考最高和最低水压点, 选择合理的机泵搭配或变频调压, 达到控制目标水压, 保障供水。 (5) 依据水泵按先高效后低效、先进后远等原则, 平衡供水量, 在保证水质和压力的前提下, 力求降低能耗, 实现相对经济运行。 (6) 按规定格式进行日报、月报、季报和年报, 并根据要求进行查询、统计并打印。 (7) 自动记录操作日志、事件记录, 可方便查询、打印。 (8) 在整个监控进程中具有故障判断、报警提示、故障自动解除功能;故障指所采集的电源缺相、短路、过压、过流、欠压、三相电流不平衡、水位上、下限等。

2.8 水电段对各给水车间的监控

通过网桥与分站计算机联网, 根据权限监控各车间的整个供水运行情况。

3 系统组网方案

该给水集控系统分二部分。第一部分是核心控制部分, 它经测量设备进行前端模拟量采集电压、电流、电量、水压、水量、液位等, 经模-数转换后进入可编程控制器PLC进行处理, PLC处理后再将数据传至装有供水控制系统与数据服务器的微机, 供控制软件处理, 值班人员根据处理的结果进行监控。第二部分是调度监控及末端压力采集, 压力传感器采集的压力经电台传到段调度微机, 进入供水控制系统与数据服务器系统, 调度监控微机内也装有供水控制系统, 它通过无线网桥, 与数据服务器系统进行数据查寻与控制。

4 关键技术和突破的难点

本次攻关的项目将给水工程、自动化控制工程、计算机应用和通信工程等专业知识完美结合起来, 为优质供水服务。这是多学科综合的、科技含量非常高的新技术。它用到的关键技术有: (1) 在给水集中控制的过程中, 实现计算机模拟仿真水处理和自动供水过程, 是给水值班人员坐在计算机前面, 可以了解一切供水情况。 (2) 实现二级水泵末端自动恒压变频供水, 达到水泵最经济、节能自动运行、实现一级水泵自动经济运行。 (3) 对滤池进行自动控制、对水塔、水池等水处理设备进行自动监视。突破的难点是计算机模拟仿真, 它要把二级水泵、一级水泵、水处理设备等运行方式在计算机中用软件模拟出来, 并实现对它进行集中监视与控制。

5 结语

在稳定性和可靠性都得到保证的情况下, 利用高科技产品, 在节能降耗、减员增效上下工夫, 一方面微机按最节能方式自动随时调整设备运行方式, 实现经济运行。实现所有参数时时显示、超限报警。另一方面, 对操作复杂的水处理设备进行自动过滤、自动反冲洗、实时监控, 实现减员增效和优质供水服务。给水集中监控的使用, 实现了增加设备而不增加人员, 达到效益和效率的双赢。实现利用微机对净水设备进行自动化集中控制, 段调度实行远程控制, 供水达到节能、高效、可靠的目的。下一步还要增设“遥视”功能, 及时传输现场实时图像, 增加监控的直观影像。

摘要：通过计算机和无线通信技术对临河净水厂实现了给水自动化集中控制.先经测量设备对前端模拟量采集 (如电压、电流、电量、水压、水量、液位等) , 再经模-数转换后进入可编程控制器PLC进行处理, PLC处理后再将数据传至装有供水控制系统与数据服务器的计算机, 供控制软件处理, 值班人员根据处理的结果进行监控, 加强对临河净水厂的运行管理, 提高劳动效率, 改善设备状态, 节约日常管理费用。

关键词：计算机,集中监控技术,遥测,遥信,遥控,净水厂