وصف المشروع

تبلغ سعة المرحلة الأولى من محطة معالجة مياه الصّرف الصحي حاليًا 100 ألف متر مكعب/يوم، وستبلغ سعة التوسعة الثانية لهذه المرحلة 100 ألف متر مكعب/يوم أيضًا. وقد تم إنشاء نظام التحكم الآلي ليُلبّي متطلبات نمط التشغيل دون مراقبة يدويّة، بحيث يمكن للمحطة الاستمرار في العمليات الإنتاجية بشكل طبيعي لمدة لا تقل عن 72 ساعة دون أي تدخل بشري. كما تتوافق جودة المياه المنتجة عند المخرج، بالإضافة إلى ضغط المياه وكميتها، مع المعايير المحددة، ويضمن النظام استقرار وأمان وموثوقية وكفاءة عالية في تشغيل المعدات، فضلًا عن كونه صديقًا للبيئة وموفرًا للطاقة. هذا النظام الآلي لمحطة معالجة مياه الصّرف الصحي يتميز بمستوى رائد من حيث الأتمتة، وهو عبارة عن نظام متكامل يتيح التحكم الذكي في عمليات الإنتاج وإدارة وتخزين المعلومات الإنتاجية.

نظرة عامة على النظام

تتكامل نظام التحكم من خلال جهاز تحكم منطقي قابل للبرمجة (PLC)، وشبكة اتصالات، وواجهة بين الإنسان والآلة، وأجهزة القياس والتحكم، ومراقبة الفيديو، بالإضافة إلى الأجهزة المحيطة. يلتزم تصميم النظام بمبادئ التقدم والتطبيق العملي والموثوقية والاقتصادية والانفتاح، ويتم تصميمه حول الفكر التوجيهي المتمثل في "تحسين جودة مياه التغذية، وتعزيز أمان وإمكانية الاعتماد لعملية التزويد بالمياه، وتقليل استهلاك الطاقة، وتقليل الفاقد، وخفض استهلاك المواد الكيميائية"، مع استخدام جهاز NA400PLC كمحور لمحطة التحكم.

流程工藝

هيكل النظام وتكوينه

1. هيكل الشبكة

تتكون منظومة التحكم من جهاز كمبيوتر في غرفة التحكم المركزية، ومحطة تحكم في الموقع، وأجهزة قياس وإجراءات تشغيلية في الموقع. تعتمد الشبكة هيكلًا متعدد الطبقات ينقسم من الأعلى إلى الأسفل إلى طبقة الإدارة، وطبقة التحكم، وطبقة معدات الموقع. ونظرًا للطبيعة الموزعة لمعدات محطة معالجة مياه الشرب وكثرة مواقعها، تم تصميم 6 محطات فرعية للتحكم، حيث تستخدم المحطة الرئيسية نظام احتياطي حراري مزدوج للمعالج، بينما تتصل المحطات الستة ببعضها البعض عبر شبكة إيثرينج صناعية دائرية ذات احتياطية. كما تم تصميم نظام SCADA باستخدام بنية بيانات تتكون من خادمين + عميل. يمكن الاطلاع على الرسم التوضيحي لهيكل الشبكة لتفاصيل أكثر.

2. وحدة التحكم

• تستخدم معالج Intel Pentium M بتردد أساسي 300MHz، ووحدة معالجة مركزية احتياطية عالية الأداء وعالية الموثوقية.
• يأتي مزودًا بواجهة إيثرنت، ويدعم بروتوكولي Modbus TCP وOPC.
• مساحة ذاكرة 32 ميجابايت + مساحة تخزين 32 ميجابايت.
• يحتوي على ساعة حقيقية الوقت، تستخدم لتسجيل الوقت الحالي والتحكم في الوقت أثناء العملية.
• تتميز بوظيفة Watchdog، ويمكنها إعادة الضبط وإعادة التشغيل تلقائيًا في حالة حدوث عطل.
• يدعم التوصيل الساخن.
• حماية البيانات من فقدان الطاقة.

وظيفة التحكم

يتميز النظام بواجهة تفاعلية بين الإنسان والآلة، وتحكم متسلسل في عملية الإنتاج، وحماية متشابكة للأجهزة، وتحكم مُحسَّن في عمر الخدمة، وضبط تلقائي، بالإضافة إلى وظائف أساسية للتحكم مثل إحصاء البيانات وتراكمها وتحليلها، وكذلك ميزات المراقبة بالفيديو والأمن وإدارة المكاتب. وفيما يلي نقدم شرحًا مفصلاً لوظائف التحكم في نظام عمليات إنتاج مصنع المياه الصالحة للشرب.

1. وظيفة التحكم في مضخة السحب

تقوم وحدات غرفة ضخ المياه بتنفيذ عملية متكاملة لتشغيل وإيقاف الوحدات بناءً على تعليمات التوجيه، مع الربط بين مضخات المياه والصمامات، والضبط PID لمحركات التردد المتغير، والتشغيل المفضل للمضخات، كما تعمل مضخات الصرف تلقائيًا حسب منسوب المياه، بالإضافة إلى وظائف تحكم مثل الحماية من أعطال المضخات والإنذار، وتحديثات صيانة المعدات؛ وكذلك يتم جمع معلمات جودة المياه الخام، ومن خلال الناقل العام في الموقع يتم قياس تيار الدخول والجهد والاستهلاك الكهربائي ومعامل القدرة والتيار الكهربائي لمحركات المضخات والطاقة الفعالة والاستهلاك الكهربائي.

2. وظيفة التحكم في حوض الترسيب

تتضمن الوظائف الرئيسية للتحكم في الترسيب المتفاعل الخلط الآلي لحوض الترسيب وإضافة مواد التلبد، والزحف التلقائي لجهاز شفط الحمأة والتحكم في شفط الحمأة، وتشغيل صمامات تصريف الحمأة في قاع الحوض تلقائيًا بشكل دوري، بالإضافة إلى الاتصال المتزامن بين جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) الخاص بمحطة فرعية لجهاز شفط الحمأة وجهاز نقطة الوصول اللاسلكية (AP) الموجود في المحطة الرئيسية.

3. وظيفة التحكم في حوض الترشيح على شكل حرف V

• يُعد التحكم في حوض الترشيح على شكل حرف V من الأجزاء التي يصعب التحكم بها في عملية التحكم بالعمليات في محطات إنتاج مياه الصنبور، حيث تؤثر جودة استراتيجية التحكم بشكل مباشر على فعالية عملية التحكم الآلي في تنقية المياه، ومن أهم وظائف التحكم:
• تحكم بتنظيم مستوى المياه في حوض الترشيح على شكل حرف V (ضبط PID لصمام الخروج)؛
• التحكم في عملية التحكم التسلسلي لحوض الترشيح على شكل حرف V؛
• ترتيب جداول غسيل حوض الترشيح، وتنسيق الغسيل العكسي للجداول؛
• جمع المعلمات الجهازية والكهربائية وغيرها.

4. وظيفة التحكم في غرفة إضافة الأدوية

يعد التحكم في إضافة المواد أحد العناصر الرئيسية في عملية مصنع مياه الصنبور، ويؤثر بشكل مباشر على جودة المياه وسلامة الإنتاج. وتتمثل وظائف التحكم بشكل عام في ثلاثة جوانب رئيسية، تشمل التحكم الآلي في ضبط إضافة الألومينيوم بواسطة مضخات القياس، والتحكم في عملية خلط (تمييع) الألومينيوم ضمن نظام خلط الألومينيوم، بالإضافة إلى التحكم في وظيفة حقن كلورات الماكينة (قبل وبعد الترشيح).

5. وظيفة التحكم في غرفة جهاز إزالة الرطوبة

توفر منظومة الطرد المركزي داخل غرفة الطرد المركزي، جنبًا إلى جنب مع نظام التحكم PLC المستقل، إمكانية مراقبة نظام الطرد المركزي ونظام تزويد PAM. ويتم ذلك من خلال الاتصال بنظام التحكم، الذي يرسل بدوره إشارات تشغيل وإيقاف لجهاز الطرد المركزي. بالإضافة إلى ذلك، يقوم نظام التحكم بتنفيذ التحكم البسيط في معدات مثل مضخة إعادة استخدام المياه، ومضخة تصريف الحمأة، وخلاط حوض موازنة الحمأة، وغيرها.

6. وظيفة التحكم في غرفة المضخات الثانوية

تُشبه غرفة المضخات الثانوية في وظائفها الرئيسية غرفة ضخ المياه، حيث تتم بشكل رئيسي إنجاز عمليات تشغيل وإيقاف الوحدات بطريقة متكاملة بناءً على تعليمات التوجيه من خلال البرامج، وتشمل هذه العمليات التكامل بين المضخات والصمامات وجهاز تكوين الفراغ، بالإضافة إلى وظائف مثل الضبط المتغير الترددي PID للضغط المطلوب لتوفير المياه. كما تتضمن أيضًا جمع معلمات جودة مياه التصدير وواجهة الاتصال مع هيئة الحماية البيئية، وكذلك الإشارات التي تجمعها وحدات الحماية الشاملة الموجودة على لوحات التبديل ذات الجهد العالي والمنخفض.

7. وظائف بارزة حاسمة

إن نظام التحكم هو منتج أوتوماتيكي مصمم خصيصًا وفقًا لعملية محطة معالجة مياه الصنبور، مما يحقق الإدارة والتحكم الآليين في عملية معالجة مياه الصنبور، ويتميز النظام بالوظائف المتميزة التالية.

(1) تحقيق الترابط الكبير

مع تحسين المعدات وتعزيز تقنيات التحكم الذاتي، تمكنت محطات مياه الشرب من تحقيق "الربط الصغير"، وهو ما يعني التشغيل الآلي الكامل للأنظمة المحلية مثل الإضافة التلقائية للمواد الكيميائية، والتصريف التلقائي للحمأة، والترشيح التلقائي، وإيقاف وتشغيل مضخات الصرف تلقائيًا، والتحكم الترددي التلقائي في الضغط الثابت. ولكن لتحقيق التشغيل الآلي الكامل للمحطة بأكملها، يلزم ربط جميع الأجزاء معًا لتنفيذ "الربط الكبير" على مستوى المحطة بالكامل. ولتحقيق "الربط الكبير"، يجب حل مشكلة التوازن الديناميكي بين كمية المياه التي تُسحب بواسطة مضخات السحب وكمية المياه المُزوَّدة. وبمجرد حل هذه المشكلة، سيتم حل مشكلة "الربط الكبير" بشكل كامل. ومن خلال تحليل ودراسة عملية تشغيل محطات مياه الشرب، استخدمنا قيم تدفق المياه المنبعثة من مضخات التوزيع وقيم مستوى السائل في آبار التجميع لحساب قدرة ضخ المياه من قبل مضخات السحب، مما سمح لنا بحل هذه المشكلة بنجاح وتحقيق التشغيل الآلي الكامل للمحطة بأكملها.

(2) تنبيهات لصيانة المحركات

وفقًا لتعليمات استخدام المعدات الكهربائية مثل مضخات المياه والمنافيخ، ومن خلال تحليل الحالات غير الطبيعية مثل التراكم الإجمالي لوقت استخدام المحرك، وارتفاع درجة حرارة المحرك بشكل غير طبيعي، وعدم التوازن الكهربائي بين الأطوار الثلاثة، نسعى جاهدين إلى إبلاغ موظفي الصيانة مسبقًا للقيام بالإصلاحات والصيانة قبل حدوث تلف في المعدات أو قبل حلول فترة الصيانة، مما يساعد على توفير تكاليف الإصلاح والصيانة.

(3) ذاكرة معلمات التشغيل

غالبًا ما يتعين على موظفي التشغيل ضبط ضغط المياه الصادرة من محطة معالجة مياه الشرب حسب الوقت، استنادًا إلى خبرتهم. وتقوم مضخات المياه بإجراء تعديلات ثابتة للضغط بناءً على الضغط المحدد لكل فترة زمنية. يتمتع نظام التحكم بوظيفة الذاكرة، حيث يقوم بتحليل وترشيح معلمات التشغيل التي يحددها المشغلون، ويمكنه تلقائيًا تحديد القيم المستهدفة لضغط المياه في فترات زمنية مختلفة وفقًا لمتطلبات العملية، مما يتجنب الإعدادات الطويلة والرتيبة للضغط.

وظائف واجهة الإنسان والحاسوب

١. توضيح مخطط العملية

تعكس بدقة عملية الإنتاج، وتتميز بتصميمات بسيطة وسلسة، مع صور حية وواضحة لتدفق العملية. يتكون النظام من صورة عامة وأكثر من صورة فرعية، وكل صورة مزودة بأزرار توجيه مرتبطة بالصور ذات الصلة، مما يتيح استعراضًا سهلًا والتحكم في المعدات.

2. وظيفة عرض وإظهار التقارير وطباعتها

يتم تخزين البيانات التاريخية للنظام بتنسيق قاعدة بيانات قياسي، ويدعم تنسيقات مثل dBASE VI وACCESS وODBC؛ كما تدعم التقارير معالجة حسابية للبيانات، وتتمتع بقدرات معالجة أساسية مثل المتوسطات والقيم القصوى والقيم التراكمية، بالإضافة إلى دعم حسابات الأجهزة حسب فترات زمنية محددة. وتتميز التقارير بالمرونة، حيث يمكن إنشاؤها بناءً على متطلبات المستخدم لتقارير اليومية والشهرية والفصلية والسنوية.

3. وظيفة الإنذار

تُذكّر وظيفة الإنذار موظفي التشغيل بالوضع الحالي للأجهزة المتعلقة بمعايير الإنذار، مما يتيح لهم اتخاذ الإجراءات اللازمة في الوقت المناسب، وهي إجراءات مهمة لضمان استمرارية وثبات العمليات الإنتاجية. ويمكن مراجعة جدول الإنذارات في أي وقت، كما يمكن تأكيد كل إنذار على حدة، أو عرض الإنذارات بملء الشاشة، أو تأكيد جميع الإنذارات دفعة واحدة.

4. مخططات الاتجاهات الحية ومخططات الاتجاهات التاريخية

يمكن الحصول على الاتجاهات في الوقت الفعلي بضغطة زر يمين، كما تدعم عرض عدة اتجاهات على واجهة موحدة واحدة. تبلغ دورة جمع بيانات الرسم البياني للاتجاهات التاريخية 10 ثوانٍ، وتتيح عرض نقاط التجميع N المتعددة معًا في الجدول نفسه بشكل مريح لإجراء عمليات المقارنة والتحليل. كما يدعم الرسم البياني للاتجاهات التاريخية إمكانية العرض حسب النظام وحسب الفترة الزمنية. يتم تخزين قاعدة البيانات التاريخية بشكل افتراضي لمدة سنتين، مع دعم حفظ ملفات قاعدة البيانات وإجراء نسخ احتياطية لها؛ بالإضافة إلى وظيفة قوية للاستعلام التلقائي عن البيانات التاريخية والأحداث التاريخية.

5. إدارة أذونات التشغيل ووظيفة تسجيل العمليات

توفر صلاحيات تسجيل دخول عملية مختلفة للزوار/المتصفحين، وموظفي التشغيل، ومهندسي الصيانة، وغيرهم. تتميز بخاصية تسجيل العمليات وأحداث التشغيل، كما تدعم وظيفة استعلام قوية عن البيانات، وتتيح الاستعلام حسب المنطقة والموقع والفترة الزمنية.

ميزات المنتج

• يستخدم النظام منتجات PLC محلية الصنع ذات العلامة التجارية الخاصة؛
• تستخدم وحدة التحكم تكوينًا احتياطيًا حراريًا معالجًا عالي الأداء؛
• تُجرى معالجة مانعة للعوامل الثلاثة على المعدات المادية في بيئات مثل غرفة إضافة الأدوية وحوض الترشيح وغيرها.
• توفر المنتجات واجهة اتصال معيارية متعددة الاستخدامات، وتدعم شبكات الحافلات الميدانية الشائعة مثل PROFIBUS/HART/MODBUS/OPEN CAN، وتتميز بقابلية التوسع والانفتاح الجيدين.
• تستخدم هيكلية إيثرنت، اتصالات عالية السرعة، واحتياطي عرض النطاق الترددي؛
• شبكة حلقة ذاتية الاستعادة بسرعة 100M للإيثرنت الصناعي مزودة باتصال ذاتي الاستعادة، وتعمل ببروتوكول TCP/IP القياسي؛
• مرونة جيدة، وتصميم يراعي احتياجات الإنسان؛
• تصميم منتجات وبرامج تحكم مخصصة تلبي احتياجات العمليات بناءً على متطلبات العميل؛
• الخدمة الفورية بعد البيع والفريق التقني القوي.