《城鎮(zhèn)自來水廠站智能化技術(shù)規(guī)范》

Q/LB.□XXXXX-XXXX城鎮(zhèn)自來水廠站智能化技術(shù)規(guī)范范圍本文件界定了城鎮(zhèn)自來水廠站智能化技術(shù)涉及的術(shù)語和定義，規(guī)定了城鎮(zhèn)自來水廠站智能化技術(shù)的總體要求、水處理監(jiān)控、系統(tǒng)架構(gòu)及功能、硬件參數(shù)、設(shè)備配置的要求。本文件適用于城鎮(zhèn)自來水廠站智能化技術(shù)。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T37391可編程序控制器的成套控制設(shè)備規(guī)范術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。

城鎮(zhèn)自來水廠站智能化unattendedwaterpurificationplantstation站內(nèi)不設(shè)置固定運(yùn)行維護(hù)值班崗位，運(yùn)行監(jiān)視、主要控制操作由遠(yuǎn)方主站完成，實(shí)現(xiàn)向主站上傳城鎮(zhèn)自來水廠站運(yùn)行及設(shè)備運(yùn)行的遙測、遙信等信息，及接收并執(zhí)行主站下發(fā)的遙控、遙調(diào)指令等功能的城鎮(zhèn)自來水廠站。

城鎮(zhèn)自來水廠站監(jiān)控系統(tǒng)monitoringsystemofwaterpurificationplant通過系統(tǒng)集成優(yōu)化和信息共享，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和設(shè)備運(yùn)行信息、狀態(tài)監(jiān)測信息、輔助設(shè)備監(jiān)測信息、計(jì)量信息等城鎮(zhèn)自來水廠站信息的統(tǒng)一接入、統(tǒng)一存儲(chǔ)和統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)自來水廠站運(yùn)行監(jiān)視、操作與控制、綜合信息分析與智能告警、運(yùn)行管理和輔助應(yīng)用等功能，并為調(diào)度、生產(chǎn)等主站系統(tǒng)提供統(tǒng)一的城鎮(zhèn)自來水廠站操作和訪問服務(wù)。

一級(jí)設(shè)備primaryequipment城鎮(zhèn)自來水廠站監(jiān)控系統(tǒng)中用于采集數(shù)據(jù)的監(jiān)測儀器。

二級(jí)設(shè)備secondaryequipment城鎮(zhèn)自來水廠站監(jiān)控系統(tǒng)中對(duì)一級(jí)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)察、測量、控制、保護(hù)、調(diào)節(jié)的輔助設(shè)備。縮略語下列縮略語適用于本文件。OPC：用于過程控制的對(duì)象連接與嵌入（OLEforProcessControl）TCP/IP：傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）PLC：可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）SQL：結(jié)構(gòu)化查詢語言（StructuredQueryLanguage）總體要求城鎮(zhèn)自來水廠站智能化系統(tǒng)滿足如下要求：應(yīng)支撐供排水的調(diào)控運(yùn)行業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)自來水廠站的運(yùn)行控制；應(yīng)支撐凈水設(shè)備的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)城鎮(zhèn)自來水廠站一級(jí)設(shè)備、二級(jí)設(shè)備的遠(yuǎn)程集中監(jiān)視與控制；應(yīng)支撐凈水設(shè)備的運(yùn)維業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)城鎮(zhèn)自來水廠站設(shè)備的遠(yuǎn)方/就地運(yùn)行與維護(hù)；實(shí)現(xiàn)全站信息統(tǒng)一建模和接入；應(yīng)遵循“告警直傳、遠(yuǎn)程瀏覽、數(shù)據(jù)優(yōu)化、認(rèn)證安全”的技術(shù)原則；應(yīng)支撐遠(yuǎn)程對(duì)城鎮(zhèn)自來水廠站設(shè)備的安全可靠操作控制；重要設(shè)備應(yīng)冗余配置，保障系統(tǒng)的可靠性。水處理監(jiān)控水處理監(jiān)控應(yīng)包括取水控制、絮凝加藥控制、加氯控制（前加氯和后加氯控制）、供水控制四個(gè)單元，水處理工藝流程參見圖A.1。取水控制單元應(yīng)滿足下列要求：控制對(duì)象應(yīng)為取水泵變頻調(diào)節(jié)器，或高位取水的進(jìn)廠電動(dòng)蝶閥開度調(diào)節(jié)器；宜通過建立進(jìn)廠所需流量與配水井水位、清水池水位、出廠流量之間的自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)學(xué)模型。絮凝加藥控制單元應(yīng)滿足下列要求：控制對(duì)象應(yīng)為加藥泵變頻調(diào)節(jié)器；宜通過建立加藥量與不同進(jìn)廠流量、濁度、pH值的水流，經(jīng)過配水井、絮凝沉淀池、過濾池過程的濁度變化數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)加藥泵變頻調(diào)速的自動(dòng)控制。加氯控制單元應(yīng)滿足下列要求：控制對(duì)象應(yīng)為加氯裝置；宜通過建立出廠供水余氯與不同進(jìn)廠流量、不同出廠流量的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)二氧化碳發(fā)生器的自動(dòng)控制，以穩(wěn)定凈水廠站出水的余氯含量。供水控制單元應(yīng)滿足下列要求：控制對(duì)象應(yīng)為供水泵變頻調(diào)節(jié)器；宜通過建立出廠流量與供水壓力之間的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)供水泵起停、變頻調(diào)速的自動(dòng)控制。閉環(huán)協(xié)調(diào)控制應(yīng)在實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)自主監(jiān)控的基礎(chǔ)上，形成進(jìn)水—配水—加藥—混凝—沉淀—過濾—消毒—儲(chǔ)水—加壓供水全過程的監(jiān)控體系。系統(tǒng)架構(gòu)及功能系統(tǒng)架構(gòu)城鎮(zhèn)自來水廠站監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足如下要求：采用縱向分層的體系結(jié)構(gòu)，縱向分為數(shù)據(jù)采集層、控制層、管理層及管理級(jí)；系統(tǒng)由站數(shù)據(jù)采集層設(shè)備、控制層設(shè)備、管理層軟件、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備組成。各層級(jí)功能數(shù)據(jù)采集層應(yīng)能通過監(jiān)測儀器（流量計(jì)、水位計(jì)、壓力計(jì)、pH計(jì)、濁度計(jì)、余氯計(jì)）和監(jiān)控設(shè)備（加藥機(jī)、加氯裝置、取水供水泵、電動(dòng)蝶閥），實(shí)時(shí)采集水流、水質(zhì)、電量、轉(zhuǎn)速、開度、限位等數(shù)據(jù)信息，以數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)形式傳輸給控制層；并執(zhí)行控制層發(fā)送的指令，實(shí)時(shí)控制設(shè)備運(yùn)行。控制層應(yīng)基于可編程控制器、單元控制模型、閉環(huán)協(xié)調(diào)控制模型，通過構(gòu)建凈水廠站工藝過程控制組態(tài)，依據(jù)數(shù)據(jù)采集層實(shí)時(shí)監(jiān)測信息，發(fā)出控制指令，對(duì)取水量、加藥量、加氯量、供水壓力與供水量的實(shí)時(shí)控制。管理層應(yīng)基于監(jiān)控管理工控機(jī)、組態(tài)應(yīng)用軟件，具備下列城鎮(zhèn)自來水廠站生產(chǎn)過程的功能：采用縱向分層的體系結(jié)構(gòu)，縱向分為數(shù)據(jù)采集層、控制層及管理層；數(shù)據(jù)處理：發(fā)出控制指令，接收、存儲(chǔ)、分析處理發(fā)來的運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障信號(hào)、報(bào)警信息；過程監(jiān)視：以組態(tài)圖、電路圖、柱狀圖、曲線圖、趨勢圖和相應(yīng)的數(shù)據(jù)，直觀展示水處理過程的各個(gè)環(huán)節(jié)；遠(yuǎn)程控制：接收市/縣中心、省中心發(fā)來的監(jiān)控指令，實(shí)施遠(yuǎn)程控制；故障報(bào)警：當(dāng)運(yùn)行過程出現(xiàn)故障或事故時(shí)，在過程監(jiān)視畫面自動(dòng)彈岀報(bào)警窗口，閃爍報(bào)警信息，警示管理人員盡快處理，并在后臺(tái)自動(dòng)記錄故障或事故類型、管理人員處置時(shí)間等信息；趨勢查詢：按照單一或多元數(shù)據(jù)形式，査詢和打印歷史趨勢曲線；統(tǒng)計(jì)分析：進(jìn)行關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)的小時(shí)、日、月累計(jì)統(tǒng)計(jì)，均值、最大值、最小值統(tǒng)計(jì)分析等；報(bào)表管理：自動(dòng)生成水廠站管理需求的日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表，以及自定義查詢報(bào)表等；權(quán)限管理：建立不同層別管理用戶，匹配不同管理控制權(quán)限。管理級(jí)應(yīng)包括市/縣級(jí)平臺(tái)和省中心平臺(tái)。采用OPC+WebServices通信模式，實(shí)現(xiàn)廠站級(jí)數(shù)據(jù)與管理級(jí)平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互。管理級(jí)平臺(tái)軟件采用B/S架構(gòu)開發(fā)，省級(jí)和市/縣級(jí)軟件應(yīng)能夠?qū)?quán)限范圍內(nèi)的所有廠站級(jí)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)廠站級(jí)自動(dòng)監(jiān)控和省中心遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本功能。硬件參數(shù)可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器應(yīng)符合GB/T37391，且應(yīng)滿足下列要求：模塊化結(jié)構(gòu)，支持分布式控制系統(tǒng)，處理速度滿足監(jiān)控對(duì)象實(shí)時(shí)性要求；數(shù)據(jù)釆集周期：電模擬量≤1s，非電模擬量≤3s，開關(guān)量≤100ms；控制實(shí)時(shí)性：控制響應(yīng)時(shí)間≤2s，故障保護(hù)響應(yīng)時(shí)間≤50ms；開關(guān)量和數(shù)字量輸入模塊：采用光耦隔離，接點(diǎn)容量、數(shù)量和電壓應(yīng)滿足控制對(duì)象的要求；模擬量輸入模塊：4mA～20mA，A/D轉(zhuǎn)換分辨率≥16位，轉(zhuǎn)換誤差＜±0.4％FS，轉(zhuǎn)換時(shí)間＜2ms，具有斷線檢測、轉(zhuǎn)換精度自動(dòng)檢驗(yàn)或校正功能；通信接口釆用TCP/IP協(xié)議；輸入/輸出通道數(shù)量預(yù)留10％的冗余；滿足在無空調(diào)、無凈化設(shè)備、專門屏蔽措施的環(huán)境下正常運(yùn)行的要求。水泵變頻調(diào)節(jié)電源連接應(yīng)滿足下列要求：電壓：380V～480V三相，-15％～10％（自動(dòng)識(shí)別輸入電壓）；功率：1.1KW～132KW，頻率：40Hz～63Hz。電機(jī)連接應(yīng)滿足下列要求：電壓：0～USUPPLY，頻率：0Hz～50Hz；電流：額定輸岀電流I2；過載能力：1.1×I2N；開關(guān)頻率：l/4/8/12kHz；加速減速時(shí)間：0.1s～1800s?？刂七B接應(yīng)滿足下列要求：模擬輸入2路（電壓0V～10V，電流4mA～20mA，精度±1％）；模擬輸出2路（4mA～20mA，負(fù)載500Ω，精度±3％）；數(shù)字輸入6路（輸入阻抗2.4kΩ，最大延時(shí)5ms±1ms）；繼電器輸出3路（6A/30VDC）；通信接口（RS-485，MODBUS協(xié)議）。多功能電能表多功能電能表應(yīng)滿足下列要求：測量參數(shù)：實(shí)時(shí)測量三相電流、電壓、功率、頻率、功率因數(shù)、電能；計(jì)量功能：分時(shí)計(jì)量正反向有功、無功、最大用量及發(fā)生時(shí)間，負(fù)荷曲線記錄，測量參數(shù)自動(dòng)輪顯功能；通信接口：RS-485，MODBUS協(xié)議。加藥機(jī)控制加藥機(jī)控制應(yīng)滿足下列要求：磁力泵：電壓380?V，功率0.37kW；變頻器：電壓380V，功率0.37kW。加氯裝置加氯裝置應(yīng)滿足下列要求：設(shè)備要求：二氧化氯發(fā)生器；控制信號(hào)：加氯給定量、輸出量信號(hào)4mA～20mA。監(jiān)測儀表監(jiān)測儀表應(yīng)滿足下列要求：流量計(jì)：流速范圍±12m/s，輸出接口4mA/RS-485～20mA/RS-485；水位計(jì)：量程范圍0m～10m，輸岀接口4mA/RS-485～20mA/RS-485；壓力計(jì)：量程范圍0MPa～1MPa，輸出接口4mA/RS-485～20mA/RS-485。系統(tǒng)軟件平臺(tái)開發(fā)平臺(tái)城鎮(zhèn)自來水廠站監(jiān)控系統(tǒng)軟件應(yīng)使用KingSCADA作為監(jiān)控組態(tài)軟件開發(fā)平臺(tái)，且能滿足下列要求：支持Windows操作系統(tǒng)；支持SQLServer實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫；兼容各類PLC設(shè)備及通信協(xié)議；具有集成化管理、模塊化開發(fā)、可視化操作、智能化診斷與控制、Web發(fā)布訪問功能；使用簡單方便、運(yùn)行安全可靠。PLC編程PLC編程基于PLC梯形圖語言、指令表、順序功能圖和C語言等，用于表達(dá)被控制對(duì)象的動(dòng)作及輸入輸出關(guān)系，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于控制過程的算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、邏輯控制和聯(lián)網(wǎng)通信功能，具有系統(tǒng)初始化、信號(hào)檢測、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、實(shí)時(shí)監(jiān)測、視頻監(jiān)視、過程控制、閾值設(shè)置、故障甄別、事故停機(jī)自動(dòng)監(jiān)控等保障供水安全的措施。上位監(jiān)控采用全貌圖、組貌圖、功能鍵相互關(guān)聯(lián)的軟件結(jié)構(gòu)，結(jié)合城鎮(zhèn)自來水廠站管控邏輯思維和操作流程，使用可視化模擬仿真功能、城鎮(zhèn)自來水廠站自動(dòng)監(jiān)控流程概念圖（參見圖A.2）、取水泵、供水泵、加藥泵、加氯裝置運(yùn)行狀態(tài)以及所包含的動(dòng)態(tài)畫面、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、趨勢曲線、聲光警示等對(duì)應(yīng)功能，實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)自來水廠站監(jiān)控參數(shù)設(shè)置、監(jiān)控指令發(fā)送、運(yùn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視、故障診斷報(bào)警、事故停機(jī)處置、實(shí)景圖像監(jiān)視、運(yùn)行數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算、生產(chǎn)報(bào)表生成、系統(tǒng)維護(hù)管理、運(yùn)行日志查詢、生產(chǎn)報(bào)表打印等水處理全流程的監(jiān)測、控制、管理功能。遠(yuǎn)程監(jiān)控基于省級(jí)和縣級(jí)業(yè)務(wù)應(yīng)用支撐平臺(tái)，采用B/S模式，將開發(fā)自動(dòng)接收處理所轄區(qū)域內(nèi)由各水廠站監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)送的所有監(jiān)測數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，統(tǒng)一通過網(wǎng)絡(luò)終端與移動(dòng)智能終端，實(shí)現(xiàn)各個(gè)城鎮(zhèn)自來水廠站運(yùn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視、越限報(bào)警、統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)表打印，以及遠(yuǎn)程發(fā)出監(jiān)控運(yùn)行指令，實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。設(shè)備配置城鎮(zhèn)自來水廠站監(jiān)控設(shè)備配置部署表如表1所示。凈水廠站監(jiān)控設(shè)備配置部署表類型設(shè)備名稱技術(shù)規(guī)格部署說明設(shè)備數(shù)量水質(zhì)水量監(jiān)測流量計(jì)流速±12m/s取水泵后1個(gè)加藥計(jì)流速0～12m/s取水泵后1個(gè)液位計(jì)0～10m配水井1個(gè)濁度儀0～4000NTU配水井1個(gè)pH儀0～14配水井1個(gè)濁度儀0～5NTU沉淀池后1個(gè)濁度儀0～5NTU過濾池后1個(gè)液位計(jì)0～10m清水池1個(gè)濁度儀0～5NTU供水泵后1個(gè)pH儀0～14供水泵后1個(gè)壓力計(jì)0～1MPa供水泵后1個(gè)余氯儀0～10ppm供水泵后1個(gè)流量計(jì)流速±12m/s供水泵后1個(gè)取水控制變頻調(diào)節(jié)器取水泵（3臺(tái)控1）1臺(tái)多功能電能表取水泵耗能計(jì)量變送1只加藥控制磁力泵加藥泵（2臺(tái)用1備1）2臺(tái)變頻器加藥泵（2臺(tái)用1備1）2臺(tái)加氯控制ClO2發(fā)生器前加氯與后加氯2套自控裝置前加氯與后加氯2套供水控制變頻調(diào)節(jié)器供水泵（2臺(tái)用1備1）1臺(tái)多功能電能表供水泵耗能計(jì)量變送1只集中監(jiān)控設(shè)備可編程控制器CPU［集成RJ-