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基于智能控制箱技术的水厂自控系统
更新时间:2016-12-08 来源:《自动化应用》 作者:韩兴连

目前国内水厂在建设过程中采用的控制系统多为集散控制系统,为传统的自动化与电气设备控制相结合的方式,设备现场控制柜提供自控接口信号(就地/远程、运行、故障、驱动)至远程PLC控制站,经过PLC控制站程序运算后输出驱动信号至现场控制柜控制现场设备运转。随着新建水厂规模越来越大,所需控制设备日益增加,传统的这种设备自动控制全部集中到一个PLC总站中,信号传输距离较远,且水厂内电缆沟、桥架长期处于潮湿环境,一旦某一信号线出故障,则影响到相关设备的自动运行,不利于生产。

以重庆地区水厂常见的取水泵为例,目前选用的取水电机均为高压电机,冷却方式以水冷为主。重庆地区水源取水以长江、嘉陵江为主,取水点与净水厂进水口落差达到70m左右。要求取水泵的出水阀与冷却水阀及冷却水流量信号必须与机泵联动保护,一旦冷却水消失或者出水阀故障关闭,电机需紧急停机,否则回坐水锤对泵体将造成严重后果。在生产中。由于现场取水深井环境恶劣,出现过信号线中间损坏的情况,造成冷却水信号误判,导致电机无冷却水运行,对设备造成了一定的损坏。如何最大程度减少这种设备伤害显得尤为重要。

在重庆市白洋滩水厂的自控建设中,把现场每个设备的控制箱作为一个智能体,通过各个智能箱的相互协同完成指定的任务。实践表明,系统较好地完成了预期设计目标。
1、工程背景

重庆市白洋滩水厂一期工程建设规模为10万m³/d,以水量丰沛、水质较好的长江为水源,采用常规净水处理工艺:沉砂+絮凝沉淀+过滤+消毒。净水厂主要工程包括格栅配水井1座,斜管沉砂池、网格絮凝斜管沉淀池×2,砂滤池、冲洗泵房及配电间×1,加药及加氯间、液体矾库、吸水井、送水泵房×1,清水池×2。

全厂的智能控制终端分为前预沉站、后预沉站、沉淀池2个站、滤池5个站、公共反冲站、反冲机泵站、送水泵5个站、送水泵房站、前加药站、后加药站、自动配药站、加氯站、加药公共站、加压站、取水公共站、取水井潜水泵站、取水泵3个站,具体分布如图1所示。

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图1自控网络

2、智能控制箱

现场的各个控制站均以工业以太网的通信方式互连,构成光纤环网。控制站主要由PLC+触摸屏的方式构成。各控制箱的组成结构类似,以水泵智能控制箱为例进行说明,如图2所示。

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图2智能控制箱

2.1结构组成

水泵智能控制箱由电源指示灯、水泵运行指示灯、阀门开关状态指示灯、设备报警指示灯、冷却水阀门状态灯、冷却水流量信号灯、触摸屏、启车按钮、停车按钮、就地/远程转换开关、系统故障复位按钮、罗克韦尔的Micr01400PLC、蜂鸣器等构成。

单独的水泵电机与其配套的出水阀门、冷却水阀门、冷却水流量信号检测仪表作为独立的单元。现场的出水阀门、冷却水阀门状态及开关阀门驱动,冷却水流量信号,电机状态与驱动接人智能控制箱,智能控制箱内的PLC控制器通过以太网融人整个厂区控制网络。信息流向见图3。

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图3信息流向图

2.2控制实现

水厂的取水、送水水泵开停机时,电机的运行必须配合冷却水状态及出水阀门的状态,以避免电机温度过高损坏设备及管道水锤对泵的冲击。正常开、停机程序分别如图4、图5所示。

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图4机组单位启动流程

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图5机组单位停止流程

一般的设备控制箱将阀门、电机的操作完全独立,全靠现场操作人员经验判断。在实践运行中,尤其夜班,存在当班人员误操作的情况,对设备损坏。智能控制箱对任何设备的操作,均通过编制的PLC程序进行判断。如启动电机,程序会先行判断冷却水流量,在冷却水的情况下,不会启动电机。智能控制箱除了能够自动避免一些人为的误操作以外,还可以对设备的温度、出水压力、设备的运行时间、操作次数、故障时间、本次运行时间、本次故障时间等信息进行综合判断。得出目前该机组单元的综合状态,上报给总站PLC。总站PLC依据收集到的每个机组单位信息,进行合理调配,实现整个水生产环节的完全自动化。

另一方面,智能控制箱上的人机界面上显示有本机组单元的电机和轴承温度、操作次数、累计运行时间、距上次检修运行时间等重要参数。通过观察这些参数,工作人员在正常巡检过程中,可以有针对性地对设备进行巡查,及时发现设备的运行缺陷。如设备距上次检修时间较长,应仔细检查机组温度、震动等参数是否合乎要求。
3、结语

该智能控制箱作为整个控制网络的一个节点,也参与净水工艺的整体控制。其在重庆市白洋滩水厂的运行,有效地弥补了传统集散控制的缺陷,提高了整个控制系统的可靠性和安全性。

版权、出处:《自动化应用》

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