1 总则  

    1.1铁路给水集中监控系统,应以满足水厂(给水站)生产工艺控制和管网自动监控要求为前提,以实现水厂(给水站)生产与管理的全面自动化为目标,结合国内外自动化控制技术发展的情况,选择技术先进、经济合理、运行可靠的自动化控制设备,建成适合铁路供水系统特点的集中监控系统。

1.2给水集中监控系统,应使水厂(给水站)的生产和供应系统运行更加科学合理,更加安全可靠,使供水水质全面达到和超过国家的规定标准,电耗、药耗等成本支出相对减少,并可合理地减少值班和巡检人员,达到减员增效的目的。　

    1.3为了规范给水监控系统的覆盖范围、控制内容、监控手段和设备特性,使之更符合铁路的实际需要,特制定本标准。　

    1.4本标准适应于新建和改扩建的水厂及给水站。　

    2 集中监控系统的分类 

    2.1 一类系统

    一类系统指日供水3000m3及以上的水厂(给水站)和客车上水站。这些水厂(给水站)按一类系统标准建设和管理。本标准没有特别指明之处均为描述一类系统水厂(给水站)。一类系统水厂(给水站)具有完整的集中监控系统,系统可分为以下7部分:

    (l)取水单元:包括水源和一级泵站。当水源采用管井时即为井群。

    (2)投加单元:包括混凝投药和消毒两部分。若地下水不需净化处理,该单元只有消毒部分。

    (3)终级处理单元:主要指过滤,也可为反渗透或电渗析等其他终级处理内容。管井水不需要净化处理时则没有本项内容。

    (4)送水单元:主要指向管网压送清水的二级泵站。

    (5)网运单元:指供水管网的主要控制点监控。

    (6)中央控制单元:指上述5个单元的中心控制室。

    (7)废水处理单元:指对生产工艺产生废水进行处理的设备。

    2.2 二类系统

    二类系统为介于一类系统和三类系统间的给水站监控。由于二类系统中的给水站供水量跨度较大,供水条件又有很大的不同,各地可根据实际需要比照一类系统标准相应简化。

    2.3 三类系统

    2.3.1三类系统指沿线日供水300m3(不包括消防用水)及以下的小站(客车上水站、工业站、港湾站及货运站除外)监控系统,系统只设各项设备开停、安全保护、事故报警和运行报表自动统计。

     2.3.2各水厂(给水站)给水集中监控系统按以上3种类型标准归属建设,各类自动监控系统手动改自动部分应保留手动作为备用。

    3 系统监控的内容

    3.1取水单元

    3.1.1水源:地表水、井水及贮水池水位等工作参数。

    3.1.2电源:三相电压、电流及总电量等参数。

    3.1.3水泵:工作吸、扬程及水泵工作流量等参数,真空泵和排水泵开停及各阀的启闭。

    3.1.4电动机:三相电压、三相电流、电机温升、单机电量。

    3.1.5控制

    3.1.5.1扬水机组的开停;

    3.1.5.2扬水机组的优化组合运行;

    3.1.5.3电源及控制柜切换;

    3.1.5.4真空泵及排水泵开停;

    3.1.5.5各阀门开闭。

    3.1.6在下列情况下报警或报警并停机

    3.1.6.1吸水井超下限水位;

    3.1.6.2清水池及贮水池超上、下限水位;

    3.1.6.3沉淀池(澄清池)超上、下限水位;

    3.1.6.4真空引水超时;

    3.1.6.5水泵空车运转或其他故障;

    3.1.6.6电源过压、欠压、缺相;

    3.1.6.7电机过流或其他故障;

    3.1.6.8阀门故障;

    3.1.6.9集中监控故障;

    3.1.6.10其他设备故障。

    3.1.7按不同频率采集并累计记录各项参数、机组运行时间。设备工作异常时加大数据采集及记录密度。

    3.2投加单元

    3.2.1投加单元分为投矾监控和投氯监控两部分。

    3.2.2投矾(包括沉淀和澄清,若地下水不需该项工艺时则无此内容)

    3.2.2.1原水:浑浊度、pH值、水温及流量。

    3.2.2.2沉淀澄清:絮凝出口pH值,出口浑浊度,泥渣悬浮层浓度及厚度,排泥机(阀)状态。

    3.2.2.3制药、投药

    (1)液位、浓度及投加量;

    (2)投加药液设备状态和参数视设备和需要而定。

    3.2.2.4控制

    (1)宜优先选用游动电流检测仪(SCD仪)控制投矾计量泵的冲程;

    (2)用源水流量及浑浊度控制投矾计量泵电机的转速;

    (3)药液配置及输送设备的运行;

    (4)排泥机(阀)的开停。

    3.2.2.5发生下列情况之一时报警或报警并停机

    (1) 沉淀或澄清设备出口浑浊度超标;

    (2) 溶药池液位超上限或超下限;

    (3) 排泥(阀)故障;

    (4)计量泵故障;

    (5)其他设备故障。

    3.2.2.6按一定的频度采集并累计记录各项参数,累计记录药耗量、设备开停机及运转时间、排泥时间、排泥次数和排泥耗水量。记录设备故障时间,并在设备工作异常时加大数据采集及记录密度。

    3.2.3加氯

    3.2.3.1消毒设备:各项运行指标和运行状态(视设备而异)。

    3.2.3.2消毒剂:液位(或重量、体积)、浓度、投加量。

    3.2.3.3出水:余氯。

    3.2.3.4控制:通过控制消毒设备的运行调控消毒剂发生量、消毒剂投加量。

    3.2.3.5当发生下列情况之一时报警或报警并停机

    (1) 余氯超上限或超下限;

    (2)消毒设备发生故障;

    (3)消毒剂浓a度低于限定值;

    (4)氯气泄漏;

    (5)各种阀门故障;

    (6)其他故障。

    3.2.3.6按一定的频度采集并累计记录各项参数,当设备工作异常时加大数据采集和记录密度。累计记录制取消毒剂原料用量、消毒剂用量、机组开停和运行时间。

    3.3终级处理单元

    3.3.1本标准只介绍常规过滤监控。若采用反渗透、电渗析等其他工艺时,可斟情比照本单元标准执行。

    3.3.2水质:进、出厂浑浊度及pH值。当有其他处理项目(如除Fe、除Mn、除F等)时,应相应检测其进出水处理项目指标。

    3.3.3运行:各滤池运行状态,包括滤池水位、滤头堵塞值(酌情采用)、阀门的开关状态。

    3.3.4反冲设备运行状态:包括反冲洗水泵、风机、压缩机等设备的运行状态。

    3.3.5控制:反冲洗泵、鼓风设备及其真空泵的开停, 移动罩的走行及滤池强制反冲洗等。控制功能标准主要是以实现滤池的恒水位、恒滤速过滤和自动反冲洗来认定。

    3.3.6当发生下列情况之一时报警或报警并停机

    3.3.6.1滤后水浑浊度或其他处理项目超标;

    3.3.6.2滤池超水位运行;

    3.3.6.3反冲时间过长;

    3.3.6.4反冲设备、鼓风设备故障;

    3.3.6.5真空泵故障;

    3.3.6.6移动罩故障;

    3.3.6.7其他故障。

    3.3.7按一定的频度采集并累计记录各项参数,设备工作异常时加大数据采集和记录密度。累计记录设备运行时间、反冲设备反冲时间和反冲水量。

    3.4送水单元

    3.4.1水源:清水池水位。

    3.4.2出厂水质:浑浊度、余氯、pH值或其他应处理水质指标。

    3.4.3电源:三相电压及电流、总电量等参数。

    3.4.4电动机:各单机组的工作三相电压及电流、温升、单机用电量。

    3.4.5水泵:工作吸扬程及水泵工作流量等参数。

    3.4.6配水:水塔或山上水槽水位。

    3.4.7控制

    3.4.7.1扬水机组的开停;

    3.4.7.2扬水机组的优化组合运行;

    3.4.7.3电源及控制框切换;

    3.4.7.4真空泵、排水泵开停;

    3.4.7.5各阀门开闭。

    3.4.8当发生下列情况之一时报警或报警并停机

    3.4.8.1清水池水位超下限;

    3.4.8.2出厂水水质超标(一般指浑浊度、余氯、pH值或其他非常规水处理项目超标);

    3.4.8.3水塔(或山上水槽)水位超上、下限;

    3.4.8.4电源过压、欠压或缺相;

    3.4.8.5真空泵引水超时;

    3.4.8.6水泵空车运转或其他故障;

    3.4.8.7电机过流、轴承过热或其他故障;

    3.4.8.8控制阀门故障;

    3.4.8.9集中监控系统故障;

    3.4.8.10其他故障。

    3.4.9按一定的频度采集并累计记录各项参数。设备工作异常时加大数据采集和记录密度。累计记录机组开停和运行时间。

    3.5网运单元

    3.5.1水压:出厂水压,管网主干管水压及测控点(按其具体情况确定)水压,客车上水栓出口压力。

    3.5.2水量:管网主干管(按具体情况确定)流量变化及重要用水设备使用流量。

    3.5.3水质:管网未梢及重要用水点的余氯含量和浑浊度。

    3.5.4安全保护:当压力、流量及水质异常时报警。

    3.5.5按一定的频度采集并累计记录各项参数,并做好运行时间及故障统计。

    3.6中央控制单元

    3.6.1监视功能:能监视上述五单元所述各现场端机及被控设备的工作情况,模拟显示全部检测参数。

    3.6.2控制功能

    3.6.2.1控制上述五单元所述执行端机的工作情况;

    3.6.2.2修改工艺参数和控制程序;

    3.6.2.3对各单元的各设备进行自动、手动切换;

    3.6.2.4对各设备的故障点进行复位操作。

    3.6.3管理功能

    3.6.3.1对取水单元

    (1)   绘制水源水位曲线、泵站扬水压力曲线、扬水机组随时间运行曲线;

    (2)   计算累计扬水量、单机和总站电耗;

    (3)   输出并打印日报、月报、季报、年报。

    3.6.3.2对投加单元

    (1)   绘制源水水质随时间变化曲线、出水水质随时间变化曲线、余氯与时间的关系曲线;

    (2)   计算药耗量及药耗指标、配制消毒剂原料用量、消毒剂用量及其单耗指标;

    (3)  输出并打印日报、月报、季报、年报。

    3.6.3.3对终级处理单元

    (1)   绘制出水水质与时间的关系曲线;

    (2)   输出并打印日报、月报、季报、年报。

    3.6.3.4对送水单元

    (1)   绘制泵站总出口压力随时间变化曲线;

    (2)   绘制机组随时间运行曲线;

    (3)   绘制扬水量随时间变化关系曲线;

    (4)   计算总扬水量及用电量;

    (5)   计算单机和总站用电单耗;

(6)  输出并打印日报、月报、季报、年报表。

    3.6.3.5对网运单元:绘制各点压力、水质、流量随时间变化曲线。

    3.6.3.6对中央控制单元本身

    (1)   绘制给水站设备平面示意图;

    (2)   绘制给水站工艺流程图; 

    (3)   绘制给水站设备运行现状图;

    (4)   给水站人员状况列表统计;

    (5)   给水站管理制度分列;

    (6)  计算给水站工作量、各种消耗、单耗及水质合格率;

    (7)  输出并打印全站日报、月报、季报、年报表;

    (8)  建立相应的数据库;

    (9) 进入网络远传、控制系统或预留该项条件。

    3.7废水处理单元

    对于废水处理监控,各地可根据废水排放质量决定是否增设处理工艺和采用何种工艺,监控内容酌定。

    4 给水设备的几项要求

    4.1扬水机组宜选用变频调速设备和软启动设备。

    4.2电力主回路交流接触器宜采用无触点电力元件。

    4.3扬水管须安设多功能水泵控制阀,以消除水锤,简化自动控制程序。

    4.4新建、改建、大修管道,原则上采用符合要求自 UPVC管材、球墨铸铁管材或其他优质新型管材。

     4.5供水主控阀门推荐采用软密封闸阀,以提高关闭的严密性。

    4.6应为集中监控设备配备相应的性能测试设备(如频率计、功率计、示波器、场强仪、扫频仪、信号发生器等),并配置相应的房建设施。测试中心及测试点的建设由各局统筹布局,并应加强领导和管理。

    5 控制方案的确定

    5.1建设工艺说明

    5.1.1下述5.1.2~5.1.9的详细工艺内容由建设单位或制水工艺设计者负责提出。

    5.1.2工艺过程、工艺条件说明:工艺流程图、工艺设备平面布置图。

    5.1.3工艺设备组合的相互关系、控制顺序、控制方式、组合层次。

    5.1.4工艺所选现场设备的类型和可控条件。

    5.1.5复杂控制回路条件、数学计算公式。

    5.1.6在线仪表的类型及在工艺过程中的作用、精度 要求、最大使用范围、计量单位等。

    5.1.7数据采集的频度要求、各类信号的处理方法(显示、计算、报警、报警方式、数据存储周期等)、计算精度要求及报表格式。

    5.1.8对自动化功能的要求和描述、系统的运行方式、操作方式。

5.1.9计算机流程图画面、监控画面和操作画面的数量及画面设计(可在应用软件制作之前完成)。

    5.1.10使用单位应参与监控系统的全部开发、设计、调试及验收。

    5.2设计工艺说明

    5.2.1下述5.2.2~5.2.4中的详细设计工艺及资料说明由集中监控设计者负责提出。

    5.2.2所采取的监控工艺应能满足建设单位或制水工艺设计者提出的详细工艺要求,并具有适当的冗余设计和可扩展性。系统除了具有上述功能外,在功能设计方面,按简单、易行、安全、经济的原则进行系统功能设计,在经济合理和资源不浪费的前提下,注重系统的先进性和科学性;注重硬件系统的可靠性、可维护性。

    5.2.3集中控制部分

    5.2.3.1中心控制部分要求软件界面友好,功能齐全, 操作简单易行。

    5.2.3.2系统应采用工业控制计算机以满足长年不间断连续工作的需求。

    5.2.3.3计算机的CPU应相当PII233以上,采用Windows95以上操作系统,编程语言应采用支持网络操作的高级编程语言,内存及硬盘应留有充分的发展裕度。

    5.2.3.4系统所有的图形界面均可外部制作,计算机提供简单易行的图形界面更新方法,以满足给水设备更新变化的需求。

    5.2.4终端控制部分

    5.2.4.1控制终端采用单片机或可编程控制器作为控制系统核心,使用非易失性数据存储器记录重要数据, 运用CPU的运算功能进行较复杂的数据处理以达到对外部设备的合理控制。系统具有在特殊情况下自动恢复的功能。

    5.2.4.2在与其他设备进行数据交换中应采用国际标准的通讯接口,通讯速率能够满足控制要求,具有完备的隔离、屏蔽、防浪涌、接地等防干扰、抗冲击的设计, 以提高系统安全性、准确性、可靠性。

    5.2.4.3对现场各种动态参数的监测,应采取隔离、屏蔽、接地、输入保护等有效措施,以抑制干扰、抵抗冲击; 并具有测量准确、响应速度快等特点。

    5.2.4.4对设备的控制应禁止非指令误动作发生。

    5.2.4.5对一些需要调节的设备(例如用游动电流检测仪控制投矾计量泵的冲程,用原水流量控制投矾计量泵电机的转速等)宜采用PID调节与数/模转换技术相结合的方式,达到准确、快速、连续的调节效果。

    5.2.4.6系统通信必须采用标准的通信接口。

    6 监控系统基本技术参数要求

    6.1通讯技术参数

    6.1.1无线通讯

    6.1.1.1范围:覆盖半径宜≤50km(条件允许可适当放大)。

    6.1.1.2速率:≥300bps。

    6.1.1.3误码率<10-5。

    6.1.1.4叫通率:95%以上。

    6.1.1.5工作频率:233.025~235MHz,应在当地主管部门批准的范围内。

    6.1.1.6数传机:各种性能、工作参数符合国家标准, 工作温度适应当地的环境条件。

    6.1.1.7数传机电源

    (1) 纹波系数:≤0.2%;

    (2)输出电流:1.5倍于数传机发射时的工作电流。

    6.1.1.8天线

    (1)增益:≥8dB;

    (2)驻波系数:≤1.5;

    (3)防雷:必须架设防雷设备。

    6.1.1.9馈线

    (1)阻抗:50Ω;

    (2) 损耗:≤0.137dB/m。

    6.1.2有线通讯

    6.1.2.1速率:600~9600bps。

    6.1.2.2误码率:<10-6。

    6.1.2.3叫通率:95%以上。

    6.1.2.4通讯接口:RS-232,RS-485,RS-422。

    6.1.2.5通讯模块应与主控模块完全隔离,并应单独供电,以提高通讯的可靠性和抗干扰能力。

    6.2终端设备技术参数

    6.2.1采集标准要求

    6.2.1.1采集精度:≥8位。

    6.2.1.2系统采集误差:<0.3%。

    6.2.1.3采集周期:单扬水机组一组数据<15ms。

    6.2.2模拟量输入输出

    6.2.2.1该部分电路与主控单元至少应为总线隔式输出,隔离电压≥500v。

    6.2.2.2精度≥8位。

    6.2.3开关量输入

    6.2.3.1应与主控单元采用光电隔离方式,隔离耐压≥1500V;

    6.2.3.2输入电路应具备耐额定值3倍以上的信号冲击能力。

    6.2.4开关量输出

    6.2.4.1继电器执行指令正确动作率必须达到100%；

    6.2.4.2对于开、停控制不十分频繁的场合,可采用机械触点式继电器;

    6.2.4.3继电器控制电路与主控单元应做光电隔离处理,隔离耐压≥1500V。

    6.2.5抗干扰性:具有相应的抑制共模和串模干扰的能力。

    6.2.6抗过载能力:采集部分可承受额定输入3倍以上的能力。

    6.2.7系统可承受1.5倍工作电压冲击。

    6.2.8系统具有WATCHDOG功能,系统自恢复时间小于1s。

    6.2.9平均无故障时间≥10000h。

    6.3传感器技术参数

    6.3.1传感器要求坚固耐用,长期稳定性好,温漂小并具有温度补偿,精度高,寿命长,功耗小,抗过载能力强,抗干扰能力强,保护功能完善,可靠性高。

    6.3.2电压传感器

    6.3.2.1测试范围:0~500VAC;

    6.3.2.2过载能力:≥4倍;

    6.3.2.3精度:<2%;

    6.3.2.4工作温度:-10~85℃;

    6.3.2.5相对湿度:<90%;

    6.3.2.6输出:建议使用直流电流输出形式;

    6.3.2.7变送器耐压隔离>1500V;

    6.3.2.8可承受1.5倍工作电压冲击。

    6.3.3电流传感器

    6.3.3.1过载能力:≥4倍;

    6.3.3.2精度:<2%;

    6.3.3.3工作温度:-10~85℃;

    6.3.3.4相对湿度:<90%;

    6.3.3.5输出:建议使用直流电流输出形式;

    6.3.3.6变送器耐压隔离>1500V;

    6.3.3.7可承受1.5倍工作电压冲击。

    6.3.4压力传感器

    6.3.4.1范围:2倍于正常工作值;

    6.3.4.2过载能力:≥4倍;

    6.3.4.3精度:<2%;

    6.3.4.4工作温度:0℃以上;

    6.3.4.5相对湿度:<90%;

    6.3.4.6管路与压力传感器之间必须采用阻尼设施;

    6.3.4.7可承受1.5倍工作电压冲击。

    6.3.5水位传感器

    6.3.5.1范围:2倍于正常工作值;

    6.3.5.2精度:<2%;

    6.3.5.3输出:建议使用直流电流输出形式;

    6.3.5.4可承受1.5倍工作电压冲击。

    6.3.6流量计技术参数

    6.3.6.1即时流量测量并显示;

    6.3.6.2具有定时流量积算功能;

    6.3.6.3具有与其他连接设备相匹配的标准接口,并通过该接口与其他设备进行数据交换或接受其他设备的控制指令;

    6.3.6.4工作温度:0℃以上;

    6.3.6.5精度:<2%。　

    6.3.7数字电度表技术参数

    6.3.7.1具有定时电量积算功能;

    6.3.7.2具有与其他设备通信的标准RS-232或RS-485接口,并通过该接口与其他设备进行数据交换;

    6.3.7.3工作温度:-10~85℃;

    63.7.4精度:<2%。

    6.4主控所建设标准

    6.4.1一类系统水厂(给水站)的中心控制室应有2路电源,并设UPS。不间断电源工作时间为15min。

    6.4.2一类系统水厂(给水站)中心控制室应设2台工业控制计算机。中心控制室面积不宜小于50m2,并应铺设防静电地板。中心控制室应有空调。中心控制室室内相对湿度应在30%~60%。

    6.5防雷措施

    防雷执行中华人民共和国行业标准TB10008一99。