計算機監控系統設計范文

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摘要：文章針對中小型自來水廠監控系統的現狀和存在的問題,從中小型水廠計算機監控系統的實際控制要求出發,對監控系統的網絡結構進行了構建。

關鍵詞：水廠；監控系統；軟件

依靠現代技術手段對生產過程進行控制和管理,提高設備運行效率,節省資源是水工業技術發展的必然趨勢。隨著自動化控制技術的迅猛發展,供水行業里的許多水廠建立起供水設備的計算機監控系統。但在實際應用中,真正能夠達到滿意效果的水廠計算機監控系統卻不多。大城市的自動化程度相對高些,中小城市特別是城鎮水廠則相對落后,甚至空白。為了實現中小型水廠更加安全可靠地供水,提高水廠的勞動效率,需要為水廠建立相應的計算機監控系統。

1設計任務分析

1.1水處理工藝流程

以地表水為水源的水廠是由取水、輸水、凈水三部分組成。整個工作過程可以分為以下幾個部分:取水、藥劑的制備與投加、混凝、平流沉淀、過濾、送水。以某縣自來水廠為例,系統工藝圖如圖1所示。水廠各個工藝單元都有相對的獨立性,很適合組建一套具有分布式結構的計算機監控系統。

1.2控制要求

水廠自動控制的目標是最終實現水廠生產過程的無人值守。隨著自控系統的性能和可靠性的提高,中少人或無人值守將成為今后水廠生產運行的主流方式。水廠自動化控制的實際要求不但要完成水廠加氯間、凈水間和送水泵房的管理和工藝流程的自動控制,而且還要考慮管理中心與各個設備之間的協調配合。為了提高系統的可靠性,降低控制風險,水廠計算機監控系統采用“集中監控,分散控制”的控制方案,在每一生產區域設立現場控制站,完成對本區域內設備和過程的監視、操作和控制,區域則按工藝及設備分布劃分,各站之間通過可靠性高和實時性強的工業局域網絡相連,實現N:N對等通信,達到集中管理和分控制散的目的。

2監控系統設計

2.1監控系統網絡結構

監控系統采用全開放式分層分布式網絡結構,由管理層和控制層組成。管理層包括中央控制室,主要負責完成過程控制、狀態監控、數據采集、故障報警處理等功能,是計算機監控的核心部分。控制層包括濾池PLC工作站、加藥PLC工作站、泵房PLC工作站,分別對廠內設備及監測點進行控制、監測、采集信號,并將有關水廠的運行情況上傳中央控制室,同時接受中控室上位機的遠程調度命令。

2.2管理層

水廠計算機監控系統管理層設備計劃由2臺分別用于生產管理與監控的服務器、1臺彩色打印機和1臺激光打印機組成。為了保證較高的可靠性、較強的抗干擾性,服務器采用IBM的專業服務器,管理層網絡為100MB以太網。服務器采用WINDOWS2000個人版本操作系統,配備遵循以太網通訊協議的3COM通訊網卡。監控系統組態軟件采用美國的INTOUCH,編程軟件采用SIMATICSTEP7V5.2,采用SQLserver數據庫工具,用于采集與存儲監控計算機檢測的主要數據。通過服務器內的ODBC/SQL數據庫、Windows標準接口OLE、OPC接口,系統可方便與外部系統實現水廠數據傳輸。

監控計算機可顯示包括PLC控制的水質監測儀表、機電、加礬加堿設備、加氯設備與濾池等在內的模擬畫面,可對系統的所有設備進行遠程操作和控制,并具備顯示工藝布置圖、實時動態參數、設備工作狀態及實時/歷史報警信號、在線儀表的實時/歷史趨勢曲線、電機運行時間等功能,同時可進行離線/在線編程及設定參數的修改,編制和打印生產與管理等各類報表。

2.3控制層

水廠監控系統的控制層由操作站計算機和現場分站、PLC控制單元(加藥站、氣水反沖洗濾池公用站、送水泵房PLC站)組成,采用PROFIBUS-DP現場總線進行通信,操作站計算機和現場分站PLC均掛在網絡上,該網絡沒有主從之分,相互之間均能對等傳輸數據。

①操作站為水廠監控系統全分布式結構中的智能控制設備,由它實現全廠計算機監控系統與各設備的接口來完成監控系統對各設備的監控。其操作系統和系統工具的配置與中控室計算機相同。現場PLC控制站包括濾池PLC工作站、加藥PLC工作站、泵房PLC工作站,分別對廠內設備及監測點進行控制、監測、采集信號并將有關水廠的運行情況上傳中央控制室。

②取水泵房PLC站采用微機PLC(S7-315)進行控制,主要監測2套取水泵機組電機的運行、出水閥門的運行。主要監測對象為水泵電機定子溫度、用電量、源水水質、流量、壓力和吸水井液位等。

③濾池PLC工作站包括6個濾池,每個濾池由進水槽、濾床、進水閥、出水閥、排污閥、放空排氣閥、反沖洗氣閥、反沖洗水閥等組成。每格濾池都有一個獨立的微型PLC(S7-200),每個微型PLC配備觸摸屏作為顯示和操作的界面,對該濾池的工況進行監控。同時設置一個公共的PLC(S7-315),對每格濾池的反沖洗泵及閥門等進行管理和控制。主要監控對象:濾池進水閥、出水閥、排水閥、反沖進水閥、反沖洗泵、6個濾池。主要參數顯示:每格濾池水位、水頭損失。

④送水泵房PLC站采用微機PLC(S7-315)進行控制,主要監測4套送水泵機組電機的運行、出水閥門的運行。主要監測對象為水泵電機定子溫度、用電量、出廠水水質、流量、壓力、清水池液位等。

⑤加藥PLC站采用微機PLC(S7-315)進行控制,實現的主要功能是對加礬、加濾計量泵的狀態監測、故障報警;對加礬攪拌機的控制、狀態監測、故障報警;對變頻儀的狀態檢測、故障報警;檢測加礬、加氯系統儀表的工作參數;檢測溶藥池、溶液池的液位,自動識別泡沫和泡沫消除誤差液位計控制;加氯機投加流量的控制;根據漏氯報警器的狀態起動氯中和裝置,定時運行軸流風機等。

3結語

從投入運行情況來看,系統較好地滿足了水廠各種監控的需求,使水廠的高可靠性、可擴展、可維護性等各項指標都得到了提高,進一步提高了水廠的經濟效益。具有以下特點。

3.1高可靠性

本系統組件的設計符合真正的工業等級,滿足國內、國際的安全標準。整個系統易于維護和擴展,結構堅固,抗腐蝕,能適應較寬的溫度變化范圍。本控制系統有一套完整的自我診斷功能,可以在系統運行中自動診斷出任何一個部件出現的故障。在監控軟件中及時、準確地反映出故障狀態、故障時間、故障地點以及相關信號,在系統發生故障后,I/0的狀態能夠返回到系統根據工藝要求預先設置的狀態上。

3.2優良的擴展性和兼容性

本系統采用目前比較先進的主流產品,具有很強的兼容性。為了保證在今后的擴建和改造時滿足控制要求,在設計時充分考慮了系統的擴展能力,在滿足現有功能要求的基礎上,保留有20%的系統冗余。

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