盐城市区饮用水源生态净化工程综合自动化系统设计

符新峰，仓基俊，陆惠萍

（1.上海勘测设计研究院，200434，上海；2.江苏省盐城市水利科学研究所，224000，盐城）

江苏省盐城市区饮用水源生态净化工程是盐城市重点城市供水项目，项目建成后提高了城市供水安全保障能力，并同时提高了城市供水水质。该工程采用人工湿地水质净化的处理工艺，通过设置必要的工程措施和生物措施，使蟒蛇河原水经本工程净化后水质达到Ⅲ类水质标准，大多数水质指标满足Ⅱ类水质标准，净化后的水再经输水泵站引至盐城市自来水厂。

水源生态净化需要根据预先设定的工艺流程进行操作，每天的取水量、净化量、水体的净化时间、流量、水质等都是一些重要参数。计算机技术的应用能够极大地提高生产率，用自动化技术实现生态净化是当前的一个必然趋势。该工程综合自动化系统主要由计算机监控系统、视频监控系统、水质在线监测系统组成，即利用以太网技术将计算机监控、视频监控和水质在线监控构建在一个网上，在一个硬件平台下进行站内所有设备的立体化监控，节省了投资，提高了工作效率。

一、设计原则

综合自动化系统按 “无人值班”（少人值守）进行总体设计，本着安全可靠、技术先进、经济实用原则进行配置，建成后可实现遥视、遥信、遥测、遥控和遥调等功能。系统配置和设备选型适应计算机发展迅速的特点，采用全分布开放式系统，便于功能和硬件扩充。软件的模块化、结构化设计使系统更能适应功能的增加和规模的扩充。系统人机接口功能强，操作方便，全汉化界面，具有语音报警功能。

二、系统结构

1.计算机监控系统

系统总体框架分为管理楼集中监控中心与取水泵站监控分中心、取水泵站、配水总渠涵闸、引水涵闸和溢流堰调节闸现地控制设备LCU等几部分组成，各系统通过冗余光纤环形以太网连接通信，各个系统通过以太网进行联动控制。工程设置两个监控中心——管理楼集中监控中心和取水泵站监控分中心，两个监控中心均能实现对水源地各系统的联动控制。泵站内部、配水总渠涵闸、引水涵闸和溢流堰调节闸分别设置单元控制机设备，负责采集各个单元的监控对象数据，并进行控制。

集中控制中心、分中心和LCU之间通过10 M/100M冗余光纤以太环网进行通信，通信协议采用TCP/IP网络协议。LCU之间通过以太网进行通信，在上位机退出运行时，也能够完成相互协调工作，实现水体控制。LCU通过现场总线与现场各种微机型保护装置、智能电力仪表、自动化设备进行数据通信，采集数据并监控设备。

2.视频监控系统

视频监控系统分成两个部分：①水源地内部设备监控，即取水泵站、涵闸管理区视频，均接入水源地自动化系统。②大坝周界视频监控系统，视频监视点的设置按照全库区无死角进行设计，即在环绕水源地的大坝上，按100～200 m间隔安装网络高速球形摄像机，可利用图像技术进行视频报警监控。

3.水质在线监测系统

工程设有水质在线监测站3套，分别设在蟒蛇河取水口（取水泵站）、深水植物区和输水泵站附近，其中输水泵站监测站由自来水公司负责实施。水质自动监测系统主要由采配水单元、预处理单元、分析单元、过程逻辑控制、数据采集及传输单元和辅助设备构成。

三、系统功能

该工程综合自动化系统采用三级控制方案，即上级远方监控、管理区取水泵站集中监控和现地控制，优先顺序自下而上。各级控制严格安装优先级进行设定，以防误操作。

①监控系统主控层上位机设备完成对水源地所有受控对象的监控。其主要功能包括图形显示、系统监视、水源地视频图像监控、水质监测、运行参数计算、数据存储及管理、数据报表打印、全泵站运行监视和控制功能、发操作控制命令、作定值切换、设定与变更工作方式、通信控制、系统诊断、软件开发以及语音报警等功能。

现地控制层以PLC为控制核心，实现自动控制。PLC主要完成数据的采集及数据预处理功能，具有控制操作和监视功能。各LCU通过以太网与主控层通信，当PLC与主机系统脱离后实现对各受控设备必要的监视和控制，当其与主机恢复联系后又能自动地服从上位机系统的控制和管理。

②泵站视频监视系统主要功能是在取水泵站运行过程中对各个电气设备、现场运行人员及水工建筑物运行工况进行视频监控，保证设备安全运行；大坝周界视频监控系统主要功能就是保证水源地的安全，预防非授权人员进入水源地，当发现无关人员进入水源地时，能及时进行报警。

③水质监测站完成各个水质监测点相关水质参数的在线测量，水质监测频次为每天监测12次 （具有时间设置功能，可根据需要任意设定监测频次）。水质监测参数主要包括pH值、水温、电导率、浊度、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、挥发酚等。当被测断面水质出现异常值时，系统能及时报警并自动采集断面瞬时样品（配置有水质自动采样器）。

四、系统特点

①监控系统采用分层分布式系统结构，冗余环形光纤以太网，当出现网络中的一个接点故障或一段光缆故障时，不会影响系统的正常工作，为当前主流网络结构，具有可靠性高、性价比高的特点。

②水源地日常管理采用三级监控模式，同时增加管理区监控，正常运行时集中在管理区进行监控，特殊情况下可在取水泵站控制室内进行监控，管理方式灵活且效率高。

③各监控主机、监控分站、通信计算机在物理层面处于平等地位，系统扩充时不会引起原系统的重大变化，为系统的不断完善创造了条件。

④各LCU均通过100 M/s以太网接口接入监控系统，可靠性高，通信速率快，系统响应时间快。

⑤PLC选用的产品，为水利行业使用的高端PLC产品，系统的运行速度快，一个逻辑指令运算速度为0.0525～0.075μs，并具有I/O模块带电插拔功能，维护方便；采用Unity Pro软件编程，可以直接通过以太网进行远方编程、远方组态，支持5种IEC语言，编程维护方便。

⑥在线式水质监测设备的使用，可以实时在中控室监测每天的水质参数，保证了水源地的安全性。

⑦视频监控系统采用数字化、网络化和智能化相融合的新一代视频监控系统，基于IP网络实现图像、声音及各种报警信号的远程采集、传输、储存和处理，提供便捷、经济、有效的远程视频监控解决方案。

五、结 语

盐城市区饮用水源生态净化工程综合自动化系统的设计和实现，充分考虑和采用了现代计算机技术，其开放性、可扩展性、分层分布式结构、冗余环形网络技术和现场总线技术都是当前比较先进的技术，能够很好地保证水源地的正常运行。在线式水质监测系统的应用，能够实时地对水源地内的水质进行监测，当水质超标时能够及时报警，停止取水或供水，保证水源的安全性。