面向山西大水网供水工程自动化系统开发研究

摘要

随着计算机技术、通信技术和仪表自动化的飞速发展，供水工程运行实现无人值守或少人值守已经成为时代发展的必然要求。因为供水工程的运行和控制的设备复杂，电气设施、机械设备和相应辅机设备的操作缺一不可，所以安全的操作与控制对于供水工程来说是至关重要的。但是仅仅依靠工作人员巡回人工采集仪表的显示数据及对设备进行现场手动控制难以保证整个工程的安全运行，并且工作人员长期保持一种劳动强度大，思想高度集中的状态，机组的潜在隐患很容易被疏漏。如何确定机组在某一运行工况下是否高效，能否通过在计算机上设定程序而使机组运行过程中将安全事故发生的概率降到最低等问题，是摆在供水工程自动化运行前的重要课题。而供水工程综合自动化运行与监控系统是集控制、保护、运行与管理于一体的系统，通过自动监控、运行优化和故障诊断可以大大提高供水工程的运行安全与效率。
　　 本论文面向山西大水网供水工程自动化建设，以太原理工大学211建设3期工程供水实验室自动化运行与监控系统的开发为依托，在系统分析国内外自动化系统的基础上，分析了目前国内供水工程自动化系统存在的主要问题，重点从供水工程自动化的实验系统搭建、监控系统结构，参数测量技术、硬件选型与电路设计，软件编制，试验研究等几个方面进行了研究。整个系统用分层、分布式的系统结构实现了面向对象的自动化设计理念，把整个供水系统的液位测量、流量测量、压力测量、水泵控制、闸门控制、电气保护等功能全部纳入其中。
　　 论文主要研究内容包括：从实验室功能需求和实际情况出发，搭建实验室系统结构；监控系统结构；进行硬件选型；对多种信号采集方式的比较和从实验室的具体实际情况出发，采用集散式监控系统结构，通过以太网通讯方式实现上位机及PLC系统的实时信号传输；开发组态软件人机界面；利用VB程序编制仿真模拟软件，将实测数据和模拟数据进行比较，分析其误差产生原因，进行系统可靠性分析研究；通过自动化监控系统进行测量阀门特性曲线的试验，检验系统的可靠性。本系统在硬件技术层面上选择的是成熟的、可靠的工业产品设备，具有良好的可维护性、可扩展性和较高的性能价格比；软件技术层面上选用的是成熟可靠的系统软件、支持软件和应用软件；操作系统采用的多任务实时控制的系统，数据库响应速度快，可靠性好，使用方便；软件系统具有自诊断功能，能及时发现自身故障并指出，采用模块化结构，便于扩充功能和修改参数、画面和操作流程。
　　 太原理工大学供水工程实验室自动化监控系统实现了数据采集、水泵、阀门自动控制、连锁与报警、过程参数就地数字显示、电机软启动与软停机，机组变频运行的目的，经过将近一年的运行，稳定可靠，界面友好，操作方便，能够充分满足实验室教学实验的目的，为今后大水网的自动化监控系统的建设提供了参考。但是由于实际功能需要有限，为避免造成资源浪费，本实验室自动化监控系统采用的是更适合本实验室规模的集散式控制技术，而非当今大型远距离供水工程通常采用的现场总线控制技术；由于本实验室仅能模拟一级泵站运行情况，而对大型梯级引水泵站影响较大的上下级泵站间流量匹配及水量调度等因素尚无足够的模拟研究能力，但是对于供水工程中的单级供水泵站自动化监控系统的实现还是有一定的借鉴意义的。