基于SCADA系统的城市排水优化控制方式研究

摘要

随着我国经济的飞速发展及城镇化进程的不断加深,城市规模不断增大,必然要求排水系统遍布整个城市,造成其是一个广地域分布的复杂系统。同时城市排水系统流量具有非线性、随机性和大滞后性等特点,不合理的排放方式易造成泵站低效高耗,甚至污水溢出导致环境污染。新世纪以来,环保和节能倍受人们关注,大多数城市建成了用于监控城市排水的SCADA系统,但仅仅是将监测及控制权限的人为集中,并未实现很好的利用;如何开发出好的控制策略可安全稳定高效的实现防洪排污功能成为保障城市可持续发展的关键环节。
　　本文将以合肥市城市防洪排水监测控制系统为蓝本,从分析排水泵站工艺流程及SCADA系统特性入手,利用变频水泵、提升污水重力做功机理、排水泵站液位变化原理、SCADA系统实时数据监测等手段,探索一套兼具良好的经济效益和社会效益的城市排水优化控制方式。
　　首先详细分析了城市排水泵站相关运作流程,要求排水泵站本地控制系统可以在工控机及网络发生异常的情况下保证排水系统安全不间断运行;由此提出了城市排水泵站自动控制系统的架构,设计了以PLC为核心的本地控制系统,并编写PLC控制程序。
　　其次着重规划了SCADA系统网络架构,通过GPRS-VPN与光纤-VPN实现了监控中心与排水泵站分站间的专网通讯;保证排水系统自动运行的同时实现了中心服务器与城区内所有泵站的数据交互和运行信息共享。提出了城市排水SCADA系统监控中心的设计。通过脚本语句将组态数据库转存至SQL通用数据库中,实现了对城市排水系统的全面监控与故障诊断。
　　最后利用已建成的SCADA系统建立了城市排水系统优化模型,针对该系统非线性、多输入、及大滞后等特点,在认真分析排水系统工作原理的基础上,探索了提升污水重力做功的节能机理,提出了流量-液位复合变频控制策略,后由此改进为区域优化综合控制策略;最后通过实验证明节能控制策略的有效性。

目录

封面

声明

致谢

中文摘要

英文摘要

目录

插图清单

表格清单

第一章 绪论

1.1 城市排水系统现状及存在的问题

1.2 排水泵站控制系统现状、发展趋势及存在的问题

1.3 SCADA系统简介及在当前城市排水系统中的应用

1.4 课题意义及主要工作

第二章 城市排水泵站控制系统设计

2.1 排水泵站工作原理介绍

2.2 排水泵站控制系统的硬件结构及软件架构

2.3 泵站运行调试难点解决方法

第三章 SCADA系统通讯网络及监控中心设计

3.1 通讯方式的比较与选择

3.2 监控中心系统硬件结构及软件框架

3.3 数据组态及图形组态

第四章 城市排水系统优化控制方式

4.1 排水泵站系统节能机理及优化模型

4.2 SCADA系统数据协同控制

4.3 优化控制方式实际运行效果

第五章 全文的总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况