村镇水厂的信息化管理Word文件下载.doc
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2.信息管理系统
信息管理系统对生产调度、水质监测、信息查询等进行微机联网，实现资源共享。
信息管理系统不仅完成传统的信息管理任务，还需要在其平台上实现对生产界面的监控、决策分析以及下达控制命令。
在监控现场，操作者通过监控客户端，运行人机界面客户端软件，对整个水厂的生产进行监控、同时完成报表、决策分析的任务。
3.智能化的分析系统
水厂的智能化分析系统，其核心是针对水厂生产运行管理的一种专家系统。
分析系统采用“基于数据库的知识学习原理”建立专家知识规则库，并用生产数据与专家知识规则库进行比较，应用层次化结构推理技术得出分析结果。
基于数据库的知识学习原理是将多年累计的历史数据或对实时产生的生产数据进行过滤、聚合、平滑处理，回归分析等，再加上专家经验标准，对每一个分析对象，形成：
If-Then-Else方式的大量数据规则库，即知识库。
在专家知识规则库里有大量这样的知识规则库。
特点是随着使用时间增长，数据规则数据库是变化的，稳定及明显按正态频率分布的特点，规则及数据知识的准确度及可信度都会提高。
根据专家知识规则库即可对在线采集的实时参数或历史数据进行分析判断，运行方案进行比较，提出优化方案、决策信息。
4.集成技术
自动化监控系统、智能化分析系统、管理信息系统之间有大量的数据交换，充分应用现有可靠的数据库管理技术，对三个系统进行无缝连接。
四、供水管理信息系统的发展趋势
目前供水管理信息系统的发展趋势是:
（l）不断采用新的网络手段，如各种无线网络、基于VPN的公用网络等，进行水资源与供水信息采集、检测与控制。
（2）应用新型软件技术，如组件技术、网格技术、WEB服务技术实现大规模异构信息系统集成，消除信息孤岛现象。
（3）采用分布式与并行数据库实现分布式海量水资源信息存储与处理。
（4）开发综合水务信息系统，实现水质检测、供水管理与调度、区域水厂生产过程监控、面向公众的信息分布与交互等功能。
第二节村镇水厂信息化管理的设备及系统
一、村镇水厂信息化管理的设备配置及描述
1.工况监测设备
在工况监测系统中常用到的设备有：
PLC；
标准机柜；
电力专用UPS；
超声波液位计或投入式液位计；
压力变送器；
流量传感器等。
PLC：
PLC（ProgrammableLogicController）是指以计算机技术为基础的新型工业装置，实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：
电源、中央处理器、输出接口电路、功能模块、通信模块。
液位计：
常用的液位计有超声波液位计或投入式液位计。
投入式液位计是一种测量液位的压力传感器。
静压投入式液位变送器（液位计）是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用先进的隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号（一般为4～20mA／１～５ＶＤＣ）。
它具有安装方便的特点，但如果水中杂质颗粒较大，则无法使用。
超声波液位计的原理是测量一个超声波脉冲从发出到返回整个过程所需的时间。
超声波液位计需垂直安装在液体的表面。
压力变送器：
一般意义上的压力变送器主要由测压元件传感器（也称作压力传感器）、测量电路和过程连接件三部分组成。
它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号（如4～20mADC等），以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。
各类传感器：
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：
“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
水厂信息化中用到的传感器主要有流量传感器、浊度传感器、PH/T传感器、电导率传感器、余氯传感器。
UPS：
UPS（UniterruptiblePowerSupply）是指不断电电源供应器，能够提供持续稳定、不间断的电源供应。
保证在常用电源突然中断时，使重要设备能够继续运行，留有充分的时间启动备用电源，
标准机柜：
标准机柜广泛应用于计算机网络设备、有/无线通讯器材、电子等设备的叠放。
机柜具有增强电磁屏蔽、削弱设备工作噪音、减少设备占用地面面积的优点。
2.水质安全监测设备
对于水质监测，一般配置浊度传感器、PH\T传感器、电导率传感器等。
浊度传感器用于检测水的浓度和浊度，典型应用于初级和二级澄清池。
余氯传感器用于实时监测含氯胺的饮用水中的余氯。
PH/T传感器主要用于检测水处理各环节的水的PH值和水温。
3.中控室设备
中控室配置主要有主机（一般不少于两台分别为：
通讯和数据采集工作站、视频工作站）、打印机、网络交换机、路由器、大屏幕显示系统等。
主机指计算机用于放置主板及其他主要部件的容器（mainframe）。
通常包括CPU、内存、硬盘、光驱、电源、以及其他输入输出控制器和接口，如USB控制器、显卡、网卡、声卡等等。
位于主机箱内的通常称为内设，而位于主机箱之外的通常称为外设（如显示器、键盘、鼠标、外接硬盘、外接光驱等）。
网络交换机（又称“网络交换器”），是一个扩大网络的器材，能为子网络中提供更多的连接端口，以便连接更多的计算机。
路由器的一个作用是连通不同的网络，另一个作用是选择信息传送的线路。
选择通畅快捷的近路，能大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，提高网络系统畅通率，从而让网络系统发挥出更大的效益来。
大屏幕显示系统为信息发布和会商决策提供支持。
4.视频安保设备
利用摄像设备对厂区进行全覆盖视频监控，包括水厂人员活动状态和厂区安全、水泵工作状态和室内情况以及水源地安全。
基于网络的数字视频监控系统的水厂典型视频监控结构如图7-2所示，实现数字化的图像远程传输和处理。
用到的主要设备如下：
图7-2水厂视频监控系统图
摄像机：
视频监控系统用到的设备主要为智能快球摄像机和红外一体化摄像机。
红外一体化摄像机，是指半球型红外一体机、快速球型红外一体机、结合云台的红外一体化摄像机和镜头内建的红外一体机。
智能球型摄像机是现代电视监控发展的代表，它集彩色一体化摄像机、云台、解码器、防护罩等多功能与一体，安装方便、使用简单但功能强大，广泛应用于开阔区域的监控，不同的场合都可以使用。
视频编码器:
智能视频编码，根据图像运动情况，可以自动调整图像分辨率、图像帧率以及图像质量。
视频管理主机：
视频管理主机由硬件与软件组成，是整个系统的控制管理中心。
它负责所有系统设备，如视频编/解码器、管理员控制台、远程用户、逻辑连接、工作状态监视管理并负责响应相关设备的命令请求，发出控制指令到指定设备动作等。
同时它还负责整个系统中的用户认证及权限管理。
工作站：
工作站是整个图像处理系统的操作界面，也是整个系统的核心控制的用户接口部分，用户通过对它的操作来实现系统管理和图像管理。
可完成用户管理、控制数字显示终端、实时图像显示、历史图像播放等功能。
5.通讯设备
水厂内部采用有线局域LAN，对于远方监测点根据距离远近、现场情况等采用有线、无线电台或GPRS通讯方式。
其他设备：
点对点无线传输设备、投影机、安装支架、硬盘、同轴视频线、电源线、控制线等、视频管理/存储服务器等。
二、村镇水厂信息化管理系统
1.水厂信息化管理系统结构
信息管理系统建设是以提高业务的效率和质量为目标，采用先进成熟的计算机、通讯网络、自动控制和传感器技术，通过现地监测、控制等自动化设施建设，实现对水厂设备运行状态和各种信息的自动远程监测和控制。
系统可分为三层结构：
监控管理层、过程控制层、现地数据采集与控制层。
（1）水厂监控管理层
系统监控管理层集成整个水厂的数据信息。
整个系统内所监控的设备都在这里进行集中管理和显示，为操作人员提供图形界面，通过实时动态流程图、符号、曲线、棒图、闪烁等多种形式显示系统状态，并能对数据进行统计、分析汇总和制作生产报表并可报表打印。
界面友好、简单易学，通过鼠标和键盘操作管理整个系统。
（2）过程控制层
过程控制层由现地控制单元组成，采用有线通讯方式与监控管理层组成局域网络，使各系统现地控制单元与监控管理层进行高速信息通讯，并实现对现场被控设备的控制和参数数据采集。
（3）末端设备层（现地数据采集与控制层）
末端设备层由现地采集设备、现场控制回路设备等末端设备组成。
一般由现场仪表和控制执行机构组成，输入输出信号为模拟信号（0～10Vdc或4～20mA）或开关量信号，这类设备包括压力、流量等各种变送器，以及低压配电产品（开关、接触器等）、控制回路（接触器、断路器、软启或变频）等。
水厂监控与信息化管理系统的结构如图7-3所示。
图7-3水厂自动化监控与管理系统结构图
2.系统功能
2.1现地控制单元（LCU）功能
每台LCU均是一套完整的计算机控制系统。
与系统联网时，作为监控系统的一部分，实现系统指定的功能。
而当与系统脱离时，则能独立运行，实现LCU的现地监控功能。
LCU的数据处理与厂站级的数据处理分工不同，LCU负责数据采集与预处理，厂站级数据处理负责将上送的预处理数据按照规约格式更新实时数据库、写入历史数据库，进行实时显示、报警和记录。
在LCU的数据预处理时，数据缓冲区可短期保存一定的变化报警数据，当LCU与站级系统通讯中断时，短时内确保数据不丢失，待通讯正常后上送站级系统更新相应数据库。
LCU的一般主要功能如下：
（1）各种数据采集与预处理功能
（2）事件顺序记录功能
（3）数据通讯与网络通讯功能
（4）现地数据库管理功能
（5）现地人机联系功能
各LCU根据具体功能要求，可实现有关控制功能，如闸门开/闭控制、闸门开度调整、阀门开/关等。
为了确保监控系统操作的正确性，系统的所有的控制操作均有严格的闭锁。
系统硬件及软件诊断与自恢复功能。
LCU具有自诊断功能，对LCU的硬件及软件进行在线诊断报警，并根据需要进行系统的自恢复处理、报警处理。
对于冗余模件，可自动进行硬件切换处理。
闸门现地控制单元LCU可接受主控级的命令、或者在现地人机界面实现闸门的提升／降落操作、集中自动控制、以及其它相关控制与操作。
现地控制单元LCU配有触摸显示屏。
触摸显示屏显示其监控范围内的系统画面，显示模拟量数值、设备状态、主要电气量测量值和开关的运行状态，当运行人员进行操作登录后，可通过触摸显示屏进行其监控范围内的系统设备的操作。
本地控制柜上的触摸显示屏显示其监控范围内的系统接线画面，显示主要电气量测量值和开关的运行状态，当运行人员进行操作登录后，可通过触摸显示屏进行其监控范围内的其他操作控制。
现地控制单元LCU具有必要的通信接口，便携式计算机可接入，在进行现场调试或厂站设备故障的情况下，运行人员可通过便携式计算机实现现地控制单元级的交互式控制功能，完成对本LCU所属设备的相关操作和处理，以便于现场调试和保证设备的安全运行。
现地控制单元LCU还具有通过便携式计算机编译下装控制程序的手段。
2.2系统监测控制功能
系统主要采集参数：
水泵运行状态，三相电流、三相电压，泵的启停控制，出水管道压力，流量，清水池液位等。
监测功能：
（1）清水池液位参数实时采集显示，当液位参数超过极低值时发出报警信号，作为给水泵停止参考参数；
（2）供水出口压力参数实时采集显示，作为给水泵变频控制参考参数；
（3）供水出口流量参数实时采集显示；
（4）水厂总用电量参数实时采集显示，作为系统运营成本核算参考参数；
（5）供水余氯、浊度、PH、电导率、温度参数实时采集显示，作为系统水质监测指标参考参数；
（6）管网压力参数实时采集显示，当压力参数出现异常时发出报警信号；
（7）管网流量参数实时采集显示；
控制功能：
（1）水源取水泵远程/就地控制功能：
在水泵就地控制柜上可实现启停水泵，在监控画面上也可对水泵进行启停操作，即远程控制水泵的启停；
（2）给水泵变频控制功能：
通过采集供水压力信号控制水泵的启停，根据压力变化调节水泵的转速，从而实现系统恒压；
（3）水厂监控系统对以上数据信息进行显示、分析和打印，对故障信息产生报警信号，并可对历史数据存储、检索和查询。
（4）供水系统采集的参数有阀门状态，管网压力，水质参数（余氯、浊度、PH、电导率、温度），液位，增压泵三相电流，三相电压，功率因数等。
2.3视频监控功能
视频图像监控功能：
可对图像进行实时播放、历史播放，播放控制处理。
具有完善的图像切换功能。
操作人员在权限范围内将指定摄像机实时或历史图像在指定的播放窗口内任意显示或输出到数字显示墙的监视器上。
可进行图像显示方式进行顺序切换和分组切换设置。
图像参数可以远程实时调节，包括亮度、对比度、色度、帧率、码流、关键帧参数、图像格式（QCIF、CIF、2CIF、D1）等。
可以为每路图像配置文字注释和编号设置，可以叠加时间，字符和时间可在观看图像时取消或叠加。
历史图像回放，可以根据日期、时间、报警事件检索相关历史记录。
可高速率快慢回放，图像和声音同步回放。
可对图像进行放大、缩小操作。
可定格抓拍画面并实现彩色打印。
（1）具有音视频切换、云台镜头控制。
能控制相应的云台转动以及镜头的变倍、光圈和聚焦。
（2）实现远程现场辅助开关灯光、雨刷等的开闭控制。
报警功能：
（1）报警输入、输出设备连接，如红外探头、警灯等。
（2）报警参数远程设置，如报警定时开关时间、蜂鸣时间等。
（3）实现图像丢失报警。
（4）实现图像框定区域的移动变化报警。
（5）现场报警信息事件日志记录，以备查询取证。
（6）报警前、报警后录像
声音功能：
（1）现场声音实时监听。
（2）双向语音对讲。
（3）点对多点语音广播。
2.4系统软件功能
系统软件一般采用组态软件或其它面向对象的编程软件开发。
一般具有以下基本功能：
（1）水厂运行各类报表的生成与打印功能。
（2）水处理工艺流程的实时监控显示。
（3）数据库管理。
（4）信息查询。
（5）接受省级管理中心或县级管理分中心的指令。
（6）值班日志记录。
2.5系统时钟功能
水厂自动化系统可通过卫星时钟系统，以高精度的卫星实时时钟装置为基准时钟，采用NTP网络对时协议定时校对系统内各计算机系统的实时时钟，包括各服务器、工作站主机、各LCU系统的时钟，以达到监控系统内部的各子系统时钟的同步一致，满足系统实时功能的要求。
实时时钟由主控计算机周期地向各LCU发送时钟信号，再由实时卫星时钟系统向LCU发送同步脉冲或脉冲编码信号。
发送同步脉冲的周期由系统内各计算机时钟的实测日误差和系统对时钟的精度要求而决定，可由人工整定。
卫星时钟装置的可自动跟踪国际标准时间，不需人工校正。
第三节设备系统的运行与维护
整个系统的设备包括工况检测设备、水质安全检测装置、中控室设备、视频系统设备。
主要为PLC、液位计、压力变送器、各种传感器、电脑、打印机、路由器、摄像头等。
以下分别介绍各种设备的运行及维护。
一、PLC
PLC工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（一）输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。
输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。
（二）用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。
在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；
或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；
或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
（三）输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。
在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
这时，才是PLC的真正输出。
PLC使用时应注意以下几点：
1）工作环境
温度：
PLC环境温度在0～55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔；
开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；
如果周围环境超过55℃，要安装电风扇强迫通风。
湿度：
为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。
震动：
应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10～55Hz的频繁或连续振动。
当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。
空气：
避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。
对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。
电源：
PLC供电电源为50Hz、220（1±
10%）V的交流电，对于电源线的干扰，PLC本身具有足够的抵制能力。
对于可靠性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。
一般PLC都有直流24V输出提供给接线端，该接线端可为输入传感器（如光电开关或接近开关）提供直流24V电源。
当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。
因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。
2）安装与布线
动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。
PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。
PLC的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。
模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。
PLC基本单元与扩展单元以及功能模块的连接线缆应单独敷设，以防止外界信号的干扰。
交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。
3）I/O端的接线
输入接线一般不要超过30米。
但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。
输入/输出线不能用同一根电缆，输入/输出线要分开。
尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。
输出端接线分为独立输出和公共输出。
在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。
但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。
由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此，应用熔丝保护输出元件。
采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时选择继电器工作寿命要长。
PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。
4）外部安全电路
急停电路。
对于能使用户造成伤害的危险负载，除了在控制程序中加以考虑之外，还应设计外部紧急停车电路，使得PLC发生故障时，能将引起伤害的负载电源可靠切断。
保护电路。
正反向运转等可逆操作的控制系统，要设置外部电器互锁保护；
往复运行及升降移动的控制系统，要设置外部限位保护电路。
可编程控制器有监视定时器等自检功能，检查出异常时，输出全部关闭。
但当可编程控制器CPU故障时就不能控制输出，因此，对于能使用户造成伤害的危险负载，为确保设备在安全状态下运行，需设计外电路加以防护。
电源过负荷的防护。
如果PLC电源发生故障，中断时间少于10秒，PLC工作不受影响，若电源中断超过10秒或电源下降超过允许值，则PLC停止工作，所有的输出点均同时断开；
当电源恢复时，若RUN输入接通，则操作自动进行。
因此，对一些易过负载的输入设备应设置必要的限流保护电路。
重大故障的报警及防护。
对于易发生重大事故的场所，为了确保控制系统在重大事故发生时仍可靠的报警及防护，应将与重大故障有联系的信号通过外电路输出，以使控制系统在安全状况下运行。
5）PLC的接地
良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。
PLC的接地线与机器的接地端相接，接地电阻小于100Ω；
如果要用扩展单元，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。
为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给PLC接上专用地线，接地点应与动力设备（如电机）的接地点分开；
若达不到这种要求，也必须做到与其它设备公共接地，禁止与其它设备串连接地。
接地点应尽可能靠近PLC。
6）冗余系统与热备用系统
如果控制系统发生故障，将会造成停产、原料大量浪费或设备损坏，给企业造成极大的经济损失。
但是仅靠提高控制系统硬件的可靠性来满足上述要求是远远不够的，因为P
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