摘要：针对净水处理厂及加压泵站电气设备的特点，提出水厂、泵站自动化改造设计原则。结合本工程案例，介绍了现代净水处理厂常用的自动化运行的设计方案。遵循净水处理厂各工艺流程，兼顾其技术性及实施难度等因素，分析了设计中需要考虑的问题及具体实施方法。
关键词：水厂；加压泵站；集中管理、分散控制；网络化；数字化；智能化
一、万宁水厂现状自控系统、安防视频监控系统
1.1 万宁水厂现状自动化系统
目前万宁市供水工程主要为万宁水厂，万宁水厂位于万城镇，项目于1996年立项建设，设计净水厂规模为10万吨/日，分两期建设，一期建设5万吨取水、源水输水、净水规模及相应配水管道，一期工程已于2000年建成使用，现已投入使用十七年。二期扩建5万吨规模，二期工程于2015年建成使用。
万宁水厂净水工艺为传统净水工艺，工艺流程为：源水→混合→絮凝→沉淀→消毒→清水池→送水泵房→城市管网（用户）。工艺流程图见下图：
万宁水厂净水工艺流程图
根据现场调查，万宁水厂一期工程供电电源等级为二级，采用市政电网+柴油发电机组供电。万宁水厂一期工程已投入使用十七年，虽然电气设备基本良好，然由于使用年限较长，大部分自控设备已破损、老化，自控信号无法正常传输。现状万宁水厂一期自动化控制中心设备、PLC柜也无法正常运行，控制中心已变成办公室。一期水厂运行依靠人工巡查，手动操作进行生产，导致厂区运行数据无记录、设备发生故障时，信息无法及时反馈等问题，直接影响厂区生产效率，本项目升级改造刻不容缓。
万宁水厂二期工程于2015年建成，二期自动化系统运行良好，本次设计不进行改造完善。
由于现状万宁水厂一期自动化控制中心设备也无法正常使用，万宁水厂二期工程自动化分控室位于V型滤池二层。为了科学管理，数据传输、保存。本次自动化升级完善的同时，将一期控制中心改造为一、二期总控中心。
1.2 万宁水厂现状安防视频监控系统
根据现场调查，现状万宁一期、二期水厂安防视频监控系统升级改造于2015年建成，已设置48路视频监控，现场监控信号良好，视频总存储量时间30日，视频监控室设置于水厂出入口值班间。由于本项目即将新建中央总控室，为了科学统一管理，因此，现状出入口值班间设备继续使用，在中央总控室内设置一套安防监控设备。
1.3 8个泵站现状自控系统、安防视频监控系统分析
根据现场调查，本次需要改造自动化的泵站有8个，分别是东澳加压泵站、后安加压泵站、礼记加压泵站、万宁水库取水泵站、兴隆加压泵站、牛路岭取水泵站、莲花加压泵站、英豪半岛加压泵站。8个泵站供电电源等级为二级，采用市政电网+柴油发电机组供电。泵站内的电气设备基本良好。概况如下：
1.3.1 8个泵站现状自控控制系统
8个泵站中3个（东澳加压泵站、兴隆加压泵站、莲花泵站）已有自己独立的自控系统，存在部分监视信号不足及无线通讯传输兼容等问题，其余5个泵站无自控系统，急需完善。8个泵站自控系统运行数据未能及时上传至万宁水厂控制室，导致万宁水厂自控系统管理滞后，影响整体供水效率。
1.3.28个泵站现状安防视频监控系统
8个泵站中6个泵站（东澳、后安、礼记、兴隆加压泵站；万宁水库、牛路岭取水泵站）已设置安防视频监控系统，存储为30天，2个泵站（莲花、英豪半岛加压泵站）未设置安防视频监控系统，急需完善。
1.4 配水管网现状自控系统
万宁水厂目前配水管网已覆盖万宁城区、石梅湾旅游度假区、神州半岛旅游度假区，连接至兴隆旅游区，同时向周边礼记、东澳、和乐、后安、大茂、长丰等6个乡镇供水。万宁水厂目前实际供水人口约28万人，实际供水规模约8.22万吨/天，出水水质符合《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）要求。
根据现场核实，由于供水管网管道监控设备已使用多年，大部分已老化破损，监控设备信号传输故障率较高。
二、工程设计应遵循的原则
为了实现水厂及加压泵站稳定和高效的生产，减轻劳动强度，改善操作环境，同时为了实现净水厂的现代化生产管理。因此，自控系统遵循“集中管理、分散控制、资源共享”的原则，仪表系统遵循“工艺必需、先进实用、维护简便”的原则。
三、自动化系统及安防视频监控系统改造研究
3.1 万宁水厂及泵站自控改造研究
3.1.1 万宁水厂及泵站自控改造概况
（1）修复完善万宁水厂一期自动化系统、新建水厂中央总控室；
（2）8个泵站中3个（东澳加压泵站、兴隆加压泵站、莲花泵站）已有独立的自控系统。新建5个泵站自控系统，并将此8个泵站自动系统的设备运行状态通过无线传输方式汇总到总厂中控室实现统一监视（不控制）；
（3）供水管网管道监控设备需采集20个点的流量及压力信号通过无线传输方式汇总到总厂中控室实现统一的监视。
3.1.2 万宁水厂及泵站自控系统改造组成
根据全厂工艺流程和总平面布置组成如下：
（1）中央控制室
中央控制室主要设备：一套工业数据库服务器、一套工程师站、一套操作员站、一套无线传输远程监控站、一套不间断电源，一套电视墙等系统结构及组成见下图
（2）万宁水厂二期分控制室及设备功能良好，不改造，并将信号上传至一期总控制。
（3）万宁水厂一期现场PLC控制站配置
修复完善万宁水厂一期送水泵站、滤池、加氯加药间现场三个PLC控制站。
（4）8个泵站远程泵站终端
8个泵站的自动控制系统的设备运行状态信号、流量值信号、压力值信号、液位值信号、水的浊度值信号、水的余氯值信号和PH值信号通过无线传输方式汇总到总厂中控室实现统一监视（不控制）。
主要配置以下主要设备：可编程序逻辑控制器（PLC），远程终端单元模块（带GPRS通讯接口及SIM卡）
（5）20个远程终端信号采集站
给水管网每10公里左右设1处测压测流点，采用远程终端单元模块采集管网压力、流量信号，通过GPRS网络远程传送至远程终端信号采集站。每个测压测流点分别配置以下主要设备：远程终端单元模块，远程终端信号箱。
（6）数据远程传输系统
泵站信号、供水管网监视点信号无线传输到总厂监控中心：本方案是基于租用运营商专用GPRS通信传输网进行信号的无线传输。
3.2 安防视频监控系统改造研究
安防监控系统主要由摄像、传输、控制、显示、记录等五个主要部分组成，通过视频控制线传送至视频输入、输出光端机，控制、显示及记录设备设置在中控室内的硬盘录像机及体管理主机。
3.2.1万宁水厂、泵站安防视频监控改造内容
1、8个泵站中6个（东澳、后安、礼记、兴隆加压泵站、万宁水库、牛路岭取水泵站）已有监控视频监控系统，存储量为30天，根据《中华人民共和国反恐怖主义法》 2015年12月7日，第三十二条，第五点要求，重点目标的管理单位应当建立公共安全视频图像信息系统值班监看、信息保存使用、运行维护等管理制度，保障相关系统正常运行。采集的视频图像信息保存期限不得少于九十日，将视频监控系统存储量30天扩容至存储量90天。将8个加压泵站的硬盘录像机更换为网络32路8盘位硬盘录像机，硬盘更换为6个8T硬盘；万宁一期、二期水厂硬盘录像机更换为网络64路16盘位硬盘录像机，硬盘更换为13个8T硬盘。
、新建2个泵站（莲花、英豪半岛加压泵站）视频监控系统，安防视频监控存储量按90天设置；莲花加压站设监控点32个，网络32路8盘位硬盘录像机1台，硬盘8个8T，4G路由器1台，液晶显示器1台；英豪半岛加压泵站设监控点16个，网络32路8盘位硬盘录像机1台，硬盘4个8T，4G路由器1台，液晶显示器1台。
3、8个泵站的视频信号通过外网无线传输方式汇总到总厂监控中心实现统一的视频监控，并能解码上电视墙显示。
4、数据远程传输系统
8个泵站信号无线传输到万宁水厂总监控中心，解码上电视墙。考虑到各加压泵站位置都较偏僻，采用租用移动互联网运营商专用VPN网络，利用移动互联网进行信号无线传输，整体方案结构图如下：
①在监控中心租用专用VPN网络一路，为保证信号稳定，租用的VPN要有固定IP地址。
②在各泵站的设备有：网络枪机、网络球机、网络存储硬盘录像机、4G路由器及SIM卡等。
③在监控中心的设备有：装有客户端管理软件工控机、视频综合管理平台、网络交换机、大屏及高清解码器等。
④各泵站NVR网络硬盘录像机通过4G路由器和SIM卡接入租用的4G移动通信网络（VPN专网），并通过专用IP地址与监控中心视频综合管理平台连接，由监控中心安装有平台客户端管理软件的工控机实现对各分站的视频实时监控和录像存储，并通过图像解码上电视墙显示。
四、总结
随着海南省万宁市主城区、东南沿海旅游度假区及周边乡镇经济的快速发展，居民生活水平的日益提高，供水基础监控设施的不足日益严重阻碍居民生活水平的进一步提高和经济的进一步发展。为了改善万宁市供水基础设施条件，提高当地居民生活水平，提升经济发展环境和投资环境，促进社会、经济和环境可持续发展，本项目的研究是十分必要的，在技术和经济上也是可行的。
参考文献：
[1] 中国建筑工业出版社，主编.给水排水设计手册 第8册 电气与自控（第三版）2014年01月。
论文作者:林琪琪
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/21
标签：泵站论文; 水厂论文; 信号论文; 自控论文; 安防论文; 监控系统论文; 视频论文; 《电力设备》2017年第20期论文;