南京地区铁路给水集中监控系统的设计与实现

南京地区铁路给水集中监控系统的设计与实现

南京站是连接主线的重要站，对铁路供水具有重要意义。南京水厂建于1994年,日供水能力为20000m根据工程实际情况,南京给水集中监控系统应实现以下基本功能:(1)实现中心集中检测和控制;(2)南京水厂水处理过程的自动化控制和自动化水质采样、分析、处理和数据的保存;(3)南京站及南京西站客车上水实现自动控制;(4)整个供水管网的自动化监测;(5)水电段的远程调度控制和监视及在铁路自动化网上发布相关的信息。1监控站及监控中心区域南京地区铁路给水集中监控系统由水电段调度系统、水厂综合自动化系统、南京站客车上水监控系统、南京西站客车上水监控系统构成,它们之间以工业以太网连接,主服务器设于水厂集控中心。水厂的现场控制分站采用PLC加触摸屏方式,通过现场总线方式连接至水厂的监控中心主服务器和工作站。系统采用分层分布的网络架构和国际标准的Modbus通信规约,后台监控中心与各分站即使通信中断,各分站能不受影响,独立运行。个别分站故障不影响整个系统的运行。系统拓扑组成见图1。2现场控制站水厂综合自动化系统由监控中心与各现场控制分站组成,监控中心与现场控制分站通过现场总线连接,采用Modbus通信协议。2.1监视与控制问题监控中心主要实现以下具体功能:通信:计算机通过通信服务器,用以太网与水电段调度站通信,并采用现场总线/光纤/专线MODEM/GPRS等方式与各PLC站连接,发送和接收信号。监视:计算机通过组态画面显示整个水处理与供水过程;显示工艺数据:贮水池液位、深井液位、出水压力、源水流量、余氯含量、出厂水流量、出厂水浊度、泵机电压和电流、电能,以及客车上水站的一些重要参数;设备状态:所有泵、阀等设备状态信号。采用城市供水监测软件通过GPRS监视到管网的供水水质情况。控制:操作人员通过计算机提供的平台,遥控各水泵电机、阀门等设备的工作方式。历史数据及报表:计算机自动记录系统重要的工艺数据,并可以图表、曲线等方式显示、查询历史数据。同时,根据用户定义的报表格式,自动生成和打印报表。2.2按水泵扬水压力和电机温度控制由于取水泵房距离水厂有1.1km,采用光纤通信方案,减少日常运行费用。本方案通过数据采集器的串行口与三相多功能电度表通信,采集电机的三相电压、三相电流和有功电度,而河流水位和水泵的扬水压力和电机温度都是经过二次表显示后,由PLC模拟模块采集。取水泵房监控内容包括以下几个部分:水源河流液位;电源通过三相多功能电度表采集三相母线电压、三相总电流及总电量,外加三组三相电流变送器,分别采集各水泵电机的三相电流;水泵采集3个离心泵的扬水压力,用于换算扬程,现场可安装模拟压力仪表,因此不为扬水压力设置二次表显示,并采集水泵的开停及各阀启闭状态;控制接收监控主站的遥控命令,控制深井泵的启停,控制相关阀门的开闭;水井PLC站在以下情况下报警或报警并停机,河流液位低于下限水位;电机过流或其他故障;阀门故障;水泵故障。2.32.3.12.3.2投药自动控制策略的应用,将增加了控制指导的功能通信:PLC的一个RS-485通信口与监控中心的计算机通信,接受中控室计算机发出的查询和控制指令,处理后,发送数据后执行控制流程。PLC的另一个RS-485通信口与液晶触摸屏连接,通过触摸屏的组态画面,实现投药工艺过程的显示、控制模式的选择、控制参数的下载、参数越限值的设定和修正系数的修改。增加了触摸屏,增加了子系统的独立性,对于运行人员,无须通过修改PLC程序达到调整运行模式。检测:矾池液位的低限和低低限、源水瞬时流量、源水温度、源水浊度、澄清池浊度、SCD值、计量泵的工作频率,以及SCD仪的状态信号、药液的液位报警信号。控制:采用两种投药自动控制策略,保留手动控制功能。系统还具备自动控制搅拌器运行的功能,可以定时搅拌矾液,保证投加药液浓度的一致性。可选用游动电流检测仪(SCD仪)的SCD值作为闭环控制信号,自动控制投药计量泵的频率。另一个自动控制策略是采用按源水流量比例投加,源水浊度、源水温度作为比例修正系数的方案。它作为投药自动控制的辅助策略,在SCD仪检修或故障情况下,仍可保证系统自控的正常运行。历史数据及报表:触摸屏自动记录源水瞬时流量、源水温度、源水浊度、澄清池浊度、SCD值、计量泵的工作频率,并可以图表、曲线等方式显示查询历史数据。同时,根据用户定义的报表格式,自动生成和打印报表。2.42.4.12.4.2自动排泥工艺控制策略的应用通信:PLC的一个RS-485通信口与监控中心的计算机通信,接受中控室计算机发出的查询和控制指令,处理后,发送数据后执行控制流程。PLC的另一个RS-485通信口与液晶触摸屏连接,通过触摸屏的组态画面,实现自动排污排泥工艺过程的显示、控制模式的选择、控制参数的下载、参数越限值的设定和修正系数的修改。检测:检测澄清池液位、污水井液位、泥水界面仪的状态信号。控制:采用自动排泥策略,保留手动控制功能。系统还具备自动控制污水泵对污水井排污的功能。采用自动控制功能,将能大大减少运行人员的劳动强度,很受欢迎。可选用泥水界面仪来判断污泥界面的高低,作为排泥的控制策略。另一个自动排泥策略是定时排泥。历史数据及报表:触摸屏自动记录泥水界面仪信号、澄清池液位,并可以图表、曲线等方式显示查询历史数据。同时,根据用户定义的报表格式,自动生成和打印报表。报警:根据重要仪表参数是否越限,启动报警器。2.5反冲洗plc站虹吸滤池自动反冲洗控制技术业已成熟,因此在本次设计中设立反冲洗PLC站,对提高水厂自动化水平,减少运行人员的劳动强度大有好处。2.5.12.5.2反冲洗显示、控制和数据监控通信:PLC的一个RS-485通信口与监控中心的计算机通信,接受中控室计算机发出的查询和控制指令,处理后,发送数据后执行控制流程。PLC的另一个RS-485通信口与液晶触摸屏连接,通过触摸屏的组态画面,实现滤池反冲洗工艺过程的显示、控制模式的选择、控制参数的下载、参数越限值的设定和修正系数的修改。检测:各滤池的液位运行状态、真空泵的真空度和阀门状态。控制:自动反冲洗采用两种自动控制策略。一种是根据水头损失大小自动控制反冲洗,另一种是根据设定的时间自动反冲洗。历史数据及报表:系统自动记录各滤池的液位、真空泵的真空度,并可以图表、曲线等方式显示查询历史数据。同时,根据用户定义的报表格式,自动生成和打印报表。2.6消毒系统加药方案消毒系统采用二氧化氯发生器,消毒系统根据源水流量采用比例投加的方式加药,或者根据出水余氯含量采用PID反馈控制。2.6.12.6.2回用改造方案通信:PLC的一个RS-485通信口与监控中心的计算机通信,接受中控室计算机发出的查询和控制指令,处理后,发送数据后执行控制流程。PLC的另一个RS-485通信口与液晶触摸屏连接,通过触摸屏的组态画面,实现消毒工艺过程的显示、控制模式的选择、控制参数的下载、参数越限值的设定和修正系数的修改。检测:酸液池液位和盐液池液位的低限和低低限、出水余氯含量、源水流量、出厂水流量、水温、变频泵的输出频率及运行状态和报警状态。控制:判断变频泵控制的手自动状态和控制模式(比例/PID),根据现场开泵/停泵信号和出水流量,控制变频泵的输出频率与启停。在比例模式下,按流量进行比例投加,并根据不同温度下药液对水的消毒效果不同,设定多个修正系数,修正变频泵的输出频率。同时,比例投加有两种模式,一种是正常比例投加。另外,在如果根据流量判断处于停机状态,延时一段时间后,将二氧化氯的发生量自动减少到最小模式,只是维持二氧化氯(或余氯)的含量,这样大大减少药耗量。在PID模式下,按出水余氯的含量进行闭环控制。历史数据及报表:触摸屏自动记录源水流量、出水余氯含量、出厂水流量、水温,并可以图表、曲线等方式显示查询历史数据。同时,根据用户定义的报表格式,自动生成和打印报表。2.7电源、放空系统及关闭部位送水泵房PLC站监控内容包括以下几个部分。水源:清水池液位。出厂水质:出厂浊度、pH值、出厂管网压力(注:余氯由消毒单元采集)。电源:采集5台泵电机温度及电机的三相电压、各相电流及总电量。离心泵:采集每台泵的扬水压力,用于换算扬程;采集每台泵的电机温度、泵的开停及相关阀启闭状态。控制:具备手/自动切换的控制功能,本方案按变频恒压供水方案设计,控制离心泵的启停及相关阀门的开闭。二泵房PLC站在以下情况下报警或报警并停机:清水池液位低于下限水位;电机过流或其他故障;阀门故障;水泵故障。2.7.12.7.2自动控制显示及数据上报通信:PLC的一个RS-485通信口与调制解调器连接,与监控中心的计算机通信,接受监控主站发出的查询和控制指令,处理后,发送数据后执行控制流程。PLC的另一个RS-485通信口与液晶触摸屏连接,通过触摸屏的组态画面,实现出厂水质参数的显示,自手动控制模式的选择、参数越限值的设定,变频恒压控制运行状态显示。检测:清水池液位、泵扬水压力、出厂浊度、pH值、出厂管网压力,水泵电动机的三相电压、三相电流及电机温度、电度、泵运行状态、阀的开/闭和系统报警状态、变频器频率及状态信号。控制:本恒压自控系统以变频器、可编程序控制器作为系统的核心部件,时刻跟踪管网压力与压力设定值的偏差变化情况,经变频器内部PID运算,通过PLC控制变频与工频切换,自动控制水泵电机投入台数和相应阀门的开启和关闭,自动控制电机的转速,实现闭环调整,在保持恒压下达到控制流量的目的。历史数据及报表:触摸屏自动记录各采集量,并可以图表、曲线等方式显示查询历史数据。同时,根据用户定义的报表格式,自动生成和打印报表。2.8数字视频监控系统的构成南京水厂中控室设置视频服务器,建立数字视频监控系统。在取水泵房和水厂内重要位置设视频摄像机,在重要位置设置红外报警传感器,提高水厂安全保卫水平。(1)视频模式正常视频记录方法摄像机以不间断的方式录像。动态感知视频记录方法摄像机在监测到动态变化时录像。传感器视频记录方法摄像机在传感器感知的情况下录像。这3种方式既可独立使用,也可相互交叉工作,以达到最理想的录像状态。(2)视频服务器pc机①可实现16路报警输入和联动输出,动态录像时声音延迟设定,数值越大,鸣响时间越长。②有报警放声时,外接的报警设备(警灯、扬声器、探照灯等)即可连动输出报警。视频服务器提供远程访问能力,这意味着从世界上任何有通信线路的地方,用户能够通过一个网络连接到他们的数字视频服务器,从而能在他们选择的PC计算机上观看到所需的视频图像。水电段调度站的视频客户机与视频服务器是通过以太网访问视频图像。3铁路领域监控本站主要具有两大功能,一是监控南京水厂集中监控系统,并在铁路OA网实现网页发布,在全路范围内都可监视到南京铁路给水集中监控系统;二是实现对南京水厂的视频监视。因此,设置1台调度服务器、1台WEB服务器和视频客户机,它们通过光纤以太网与水厂服务器进行通信,实现相应的功能。WEB服务器功能与水厂服务器的功能基本相同,为保证安全,在某些控制操作上进行权限控制;视频客户机的功能与视频服务器的功能相同。4上水栓改造设计本客车上水控制分成2个部分,一个是总干管的两端控制,另一个是上水阀的栓栓控制,将这2部分设计为独立运行2个子系统,保证系统的稳定运行。而总干管的电动阀控制支持手机遥控功能,对栓栓控制采用对讲系统控制,从硬件到通讯都完全独立。系统构成见图8。目前南京站客车上水PLC站设计有DN500的总干管1根,总干管上安装压力变送器;另有3根DN250的上水干管,每排上水干管上安装1个远传水表和1个压力变送器,每排上水干管上安装1个电动阀,并安装1个旁通阀作为备用。准备在1根总干管上先期实现栓栓控制,每个上水栓安装一个小电动阀,1根总干管由一个PLC站进行集中控制,这样减少PLC站的数量,降低造价,但增加了现场布线的长度,增加了施工量。在此基础上探索出运行经验,再对其他上水栓改造。本PLC站采用平板触摸屏工作站,与现场PLC站进行通信,并提供以太网接口,通过光纤以太网与水厂服务器进行通信,交换数据。上水栓采用对讲机的DTMF信号进行遥控,设置对讲机电台,电台与工作站进行数据交换,工作站采集到要控制的上水栓编码,通过通讯控制PLC经过出口继电器控制相应电动阀门。本PLC站主要实现以下功能:监视功能、自动控制功能、手动操作、遥控功能、设置旁