GE FANUC产品在市政供水输水控制系统的应用

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关键词:摘要:未来中国供水和污水市场的需求巨大。供水方面,随着国民经济的持续快速发展和城镇化水平的提高,城镇用水人口呈增长趋势,我国“十一五”期间(2006年~2010 年),全国城市供水将新增 4000 万立方米/ 日的能力;污水处理方面,根据国家环保总局的规划,全国同期需要建设污水厂677 座,将有 3000 亿元左右资金投向污水处理设施建设领域。一、工...
  • 关键词:
  • 摘要:未来中国供水和污水市场的需求巨大 。供水方面,随着国民经济的持续快速发展和城镇化水平的提高 ,城镇用水人口呈增长趋势,我国“十一五”期间(2006年~2010 年),全国城市供水将新增 4000 万立方米/ 日的能力;污水处理方面 ,根据国家环保总局的规划,全国同期需要建设污水厂677 座,将有 3000 亿元左右资金投向污水处理设施建设领域。

一、工艺系统图

二 、行业背景

       未来中国供水和污水市场的需求巨大。供水方面 ,随着国民经济的持续快速发展和城镇化水平的提高,城镇用水人口呈增长趋势,我国“十一五 ”期间(2006年~2010 年) ,全国城市供水将新增 4000 万立方米/ 日的能力;污水处理方面 ,根据国家环保总局的规划,全国同期需要建设污水厂677 座,将有 3000 亿元左右资金投向污水处理设施建设领域 。国有产权改革和水务市场化、产业化发展带来的合资、并购发展机会。目前 ,中国有城市 661 个,基本上每个城市都拥有自己的自来水公司,共有水厂 2000 多个 ,资产总额达 5000 亿,各自来水公司的供水能力普遍较小,所占份额也以当地需水量为限。中国现有供水企业区域经营分散特性 ,将为各类水务投资公司的购并发展带来巨大的潜在市场机遇 。水价形成机制的合理化和改革,水务项目运营的改善 、管理水平的提升和人力资源的合理配置,通过应用新技术、新工艺与设备运营的优化降低运营成本 ,都将给专业化的投资运营商带来较大的投资收益和管理收益。

三、系统结构
      监控子系统采用全开放分布式结构,系统由广域以太网络及其上分布的各节点计算机 、机组 LCU 和分水点组成。整个监控系统的网络由两个独立传输系统组成:一个以粤港调度中心为全线调度中心的专用的网络,另一个是金湖泵站为备用调度中心采用综合通信网(OTN 系统)作为监控系统的备用的 SCADA 网络 。主要由四个层次构成:

1. 调度中心层
• 采 用两个冗余的核心路由 Cisco 4503 ,组成冗余的 100/1000M 以太网络 ,通过长距离光纤媒体转换器 实现与主干泵站组成骨干网(双星型100M 以太网),并具有路由功能,实现各个泵站VLAN 之间的数据交换 。

• 通过综合通信网(OTN 系统)与二期、三期电站相连 ,实现调度中心与各个站VLAN之间的数据交换。
•   提供一套 LCU(GE Fanuc 系列 90-30 PLC)用于在模拟屏上显示过程数据。泵站和调度中心模拟屏上显示的 LCU 数据,其采集通过 LCU 间的直接通讯来完成 。

2、紧急备用调度中心层

      采用路由交换机 Cisco 2621,通过综合通信网(OTN 系统)与主干泵站组成数据备用网(10M以太网)实现金湖泵站备用调度中心各个站 VLAN 之间的数据交换。

3. 泵站层
• 四个泵站都是由两台 Cisco2950 交 换机并利用虚拟网络技术(VLAN)组成自身冗余的 、独 立的 10/100M 子网络。同时 ,它还通过综合通信网 (OTN 系统)与各自的分水点 RTU 相连,实现各个站对
 相应分水点的监控 。
• 每个新建泵站的每个机组配备有一套 LCU,用于机组数据采集和设备控制。为达到 LCU 和 SCADA 系统间的数据  交换 ,所有的 LCU 都与泵站的每个交换机相连,每套LCU 有两个以太网控制器。

4. 现场层
• 现场是连接分布式现地控制装置及各种智能设备的 Genius 、Modbus 和 Profibus_DP 现场总线 。
• 为监控输水沿线的各分水点,每个分水点都配有现地控制装置 RTU ,用于分水点数据采集和设备控制,分水点 RTU 通过综合通信网(OTN 系统)与各自新建泵站的B交换机相连,接入泵站 SCADA 系统。

四、系统功能
       计算机监控子系统由 SCADA(监控和数据采集)和 PLC 部件(LCU、RTU)构成 ,并通过以太网通讯系统相连。控制系统有三个控制层 ,分别是调度中心的 SCADA 系统 、泵站的 SCADA 系统和 PLC(LCU 和 RTU) 。

在泵站 SCADA 系统上实现的功能,在调度中心和备用调度中心上均能远程查看。
1. 数据采集和处理
• 生产过程运行参数的采集和处理
• 主要设备状态的监视及事件顺序记录
• 相关量追忆记录
2. 生产过程的控制
       监控子系统具有对输水沿线主要机电设备、辅助设备、厂用电系统 、闸门系统的全面监视和控制功能。

      操作对象包括:输水沿线机组、开关、刀闸 、厂用电、闸门、调节阀等 。操作类型有:机组开 、停机、流量增减、无功增减等操作;开关 、刀闸单项合分操作;闸门和调节阀的开启 、关闭等操作等 。
       运行人员既可以在调度中心或泵站中控室操作员工作站也可以在现地控制单元工控机上操作命令。当系统 APC 功能投入时,就可以通过 APC 软件自动实现机组开机、停机操作及流量负荷调节。

3. 画面功能
       画面召唤方式 。整个画面显示清晰稳定 ,在画面上可按设备进行操作,每个设备可生成设备控制操作菜单,可用三维动画形象动态地反映现场设备状态。画面可屏幕拷贝输出。
4. 辅助运行管理
• 事故记录和追忆
       当输水沿线发生事故时 ,监控系统立即以中断方式响应,并自动显示记录事故名称及时间;记录、显示和打印相关设备的动作情况;自动启动事入处理流程;自动记录前一分钟和后一分钟相关模拟量数据变化 。事故后,监控系统提供了事故追忆 ,可用表格形式表示。

• 报表系统
[1] 全厂运行日志 、各种一览表(包括事故一览表、故障一览表、状态一览表 、操作一览表等)的自动统计
[2] 设备运行工况、事故与操作次数的统计
[3] 记录输水沿线抽水流量、耗电量 、抽水效率等

• 用户管理
       监控子系统根据需要设置用户权限和规定不同的用户组,通过对来访者的不同身份进行不同的授权和活动区限制,
实现系统的安全运行和系统维护。
• 语言报警
        监控系统提供了语音报警功能 ,对所有 SOE 量均能语音报警 。并报出事故类型,以便值班员能迅速做出判断,并采取相应措施。
5. 泵站 APC 功能
• 过程数值检查和计算(包括边界条件的计算、检查和监视)
• 按照泵组的起/停顺序 ,控制泵组的起/停

• 水位和流量控制(闭环控制)
• 流量控制及各泵组的流量分布
• 泵站的 SAC(安全分析)功能(自动抽水控制)
6. 全线平衡和优化调度
      全线流量平衡与控制是整个供水安全运行的基础 ,是调度系统的重要任务和功能。全线流量变化的影响因素主要为总供水流量的变化、沿线 36 个分水点分水量的流量的变化以及各泵站水泵机组运行工况的偏差以及水库蓄水库容的影响 。
全线平衡和优化调度主要完成以下功能:
• 防止溢洪
• 保持进水/出水池水位
• 全线流量均分
• 最少数量的泵启/停
• 为水库供应所需的流量(体积)
• 短期目标:达到最低能源消耗
长远目标:达到最低能源成本
7. 通讯功能
监控子系统具有与综合通信网络通讯,并预留与MIS系统接口。

8. 在线自诊断和冗余管理
       监控子系统具有完善的系统自检 、诊断和自恢复、自起动功能,包括系统硬件设备故障诊断和软件故障诊断。

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