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摘要：目前，我国正处于高速发展时期，城市建设、经济增长、工业发展、人口增长等因素导致社会对自来水的需求量越来越大。自来水厂的处理规模越来越大，对自控系统的快速性、安全性和稳定性提出了更高的要求。同时，自动化技术、视频安防技术以及网络技术的不断发展，为大处理量自来水厂自控系统的建设提供技术层面的保障。
关键词：自来水厂，生产监控，视频监控，双鉴探测周界防范，PLC，HIS
前言
自来水厂处理工艺一般如下：取水->混合絮凝->沉淀->过滤->清水池->送水加压。工艺流程如下图所示：
自来水的处理量越大，构筑物及工艺设备越来越多，对自控的要求和依赖程度越高。因此，应用于大处理量自来水厂的自控系统必须是一个运用先进的自控相关技术，使用成熟的高稳定性的产品，生产信息安全保密的现代化自控系统，其包括生产监控系统、视频监控系统和周界防范系统三个子系统。
1、生产监控系统
根据自来水厂24h生产的连续性，厂区各处理工艺段和构筑物也比较分散，处理量比较大的特点，本生产监控系统采用集散控制系统，即集中管理、分散控制。系统结构由中央监控层、网络通讯层、现场设备控制层共三层结构构成，各层之间相互独立。中央监控层主要采用基于客户端/服务器（C/S）结构的组态软件进行二次开发的人机监控软件（HIS），网络通讯层采用千兆双光纤冗余以太网环网，现场设备控制层采用高性能的PLC采集设备信号和执行系统控制任务。HIS与PLC控制站、各PLC控制站之间均利用网络通讯层进行以太网通讯，各PLC控制站相互独立，若某PLC控制站故障停机，其他PLC控制站仍可独立运行。通讯网络如下：
图2、网络结构
1.1中央监控层
中央监控层处于生产监控系统的最高层，是整个系统的人机信息交换中心。实时采集全厂生产过程仪表参数和设备运行状况，显示动态生产流程画面，具备报警功能，具备历史记录和查询功能，可以通过曲线形式显示各个时段内各种参数的瞬时或则历史变化趋势，实现日、月、年报表记录查询，对比分析等功能。
依据高稳定性、高可靠性、高安全性、适用大处理量的原则对中央监控层进行建设：
①组建一套完整的中央监控层通讯网络，该网络要与生产监控系统的光纤冗余环网隔离，满足服务器、操作员站及生产WEB监控等之间通讯的需要；
②组建服务器/客户端（C/S）结构：配置2套服务器作为生产监控数据服务器，每台服务器至少配置3个以太网卡，每台服务器各配置1套服务器版操作系统和组态软件，2台服务器之间互为热备冗余，服务器通过光纤冗余环网与现场PLC控制站直接进行通讯，实现与现场PLC站的数据交换；配置2套操作员电脑，每台电脑各配置1套操作系统和客户端组态软件，操作员站通过中央监控层网络与服务器进行通讯，通过服务器实现对现场设备的监控。
③组建服务器/浏览器（B/S）结构：配置1套WEB服务器，至少配置3个以太网卡，配置1套服务器版操作系统和带有WEB授权的组态软件，通过光纤冗余环网与现场PLC控制站直接进行通讯，实现与现场PLC站的数据交换；厂长办公室、化验室、生产办公室等职能部门可以通过中央监控层网络访问WEB服务器，通过IE浏览器实现对现场设备的监控。
④配置一套大屏显示系统，便于领导快速指挥生产，同时也有利于提高处理故障的速度。
⑤配置辅助设备：配置1台打印机、1套UPS电源设备、防雷设备等。
1.2通讯网络层
该层起到承上启下的作用，满足各层相互之间通讯的需要。网络通讯层采用千兆双光纤冗余以太环网，由单模光缆通讯介质和每个通讯站点的网管型光纤冗余交换机组成。该通讯网络作为复合型通讯网络，同时作为生产监控系统和视频监控系统的通讯主干网，对网管型光纤冗余交换机进行带宽分配，即保证了生产监控系统和视频监控系统通讯的稳定性，也合理的共享了资源。
1.3现场设备控制层
根据工艺特点和区域控制的原则，现场设备控制层通常包括取水泵站PLC站、滤池PLC站、加药间PLC站、送水泵房PLC站、脱水系统PLC站。滤池PLC站由1个主站（监控反冲设备）和N个滤池从站（每格滤池配置1个）组成；主站与从站之间通过百兆单光纤冗余以太网环网进行通讯。取水PLC站和送水PLC站采用高端的双以太网口、双电源、双CPU的冗余型PLC，滤池PLC站、加药PLC站及脱水PLC站采用高端的双以太网口的单机版PLC，滤池从站采用小型的PLC。每个站点均配置1套触摸屏和UPS电源。
2、视频监控系统
传统型的模拟视频监控相对清晰度不够，布线比较繁琐，然而大处理量的自来水厂工艺设备比较多，厂区的布线繁多且复杂，不利于模拟型视频监控的布线。因此有必要使用技术比较先进、布线相对比较简单的高清IP数字网络视频监控设备，即可以利用生产监控系统已搭建好的千兆双光纤冗余以太环网进行通讯，同时可以使用1根超五类双绞线同时满足视频信号和控制信号的传输，大大的简化了布线工作，也提高了成像的清晰度。
视频监控系统包括生产工艺视频系统和厂区安防系统。生产工艺视频系统对全厂生产区域重要设备的监控，保证生产安全；厂区安防系统对全厂围墙和主要道路及进出口进行全天候监控，保证人身财产安全。
视频监控由3部分组成，分别是前端摄像系统、传输网络及后台系统。前端摄像机根据空间和使用的需要可以选用高清的网络球机或则枪机；后台系统选用网络硬盘录像机（NVR）进行录像回放及实时监视，同时要预留通讯接口，满足围墙周界报警信号的接入，实现围墙摄像机与周界防范系统进行联动。
3、双鉴探测周界防范系统
传统的水厂周界防范系统比较常用的是红外对射或则电子围栏，红外对射误报率比较高，电子围栏存在一定的安全隐患，因此在现代化自控系统中我们选用了双鉴探测周界防范系统。该防范系统前端探测器由主动红外对射探测器和电子围栏探测器合二为一组成，主动红外对射探测器安装在围墙靠外一侧，当有非法入侵时，首先通过安装于现场的声光报警器进行预报警，警告入侵者不得再进入；电子围栏探测器安装在围墙靠内一侧，当非法入侵无视预报警继续非法闯入时，双鉴探测器在预定的时间内检测到电子围栏探测器也被触发时即刻输出报警信号，通知到管理中心的报警控制主机，此时系统将根据报警的防区联动启动围栏视频摄像进行弹框实时监视和录像，便于安防人员准确实时进行安全保护处理。
4、总体评价
自来水厂的处理规模越来越大，生产设备就会越来越多，对自控系统的要求就会越来越高，为了满足不断发展的需要，本文建设的现代化自控系统完全满足目前甚至未来很长的一段时间水厂发展的需要，具有如下的特点：
①资源共享，利用先进的交换机技术，生产监控系统和视频监控系统共用通讯干网；
②因地适宜，合理选型，取水及送水PLC采用冗余型PLC，保证取水和供水的安全，而滤池、加药及脱水采用单机版的PLC，完全满足使用需要，避免资源浪费；
③高可靠性，采用双光纤环网，保证通讯的安全性；
④先进性，采用IP网络视频系统和双鉴周界报警系统，均为行业先进水平；
5、结束语
本文建设的现代化自控系统前期投入费用比较多，但克服了传统自控系统的绝大部分缺陷，满足不断发展的大规模处理量自来水厂的要求，提高水质；同时后期维护量和维护费用大幅降低，系统能长期处于稳定运行状态。因此从长远利益考虑，本文建设的自控系统更具竞争性。
随着自来水厂未来的不断发展，本文所建设的自控系统必然存在不满足生产需要的那一天，因此就需要自控技术的不断发展，技术人员不断的提高自身水平，跟进水厂发展的步伐。
参考文献
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