Dec 19, 2014
污水处理厂自控系统
一、概述
污水处理厂的自控系统由PLC与计算机控制管理系统、仪表监测系统两部分组成。整体性能满足如下要求：
1）可靠性—整个系统采用模块化设计，分层分布式结构，控制、保护、测量之间既相互独立又互相联系。
2）先进性—系统的设计以实现“现场无人职守，总站少人值班”为目的。设备装置的启、停及联动运转均可由中央控制室远程操纵与调度。
整个系统分为三级管理，包括中控室、控制站及就地控制。现场各种数据通过PLC采集，并通过通讯网络传送到中控室操作站集中监控和管理。同样，中控室主机的控制命令也通过上述通道传送到PLC的测控终端，实施各单元的分散控制。现场与中央控制室通过高速通信网络连接，高速通信网络采用环网结构，以便于确保系统的安全性。
二、系统组成及服务项目
整个系统包括的污水处理厂工程自控系统内所有硬件、软件的提供、安装、调试、开车及培训。
1）中控室（包括硬件与软件）的提供、安装及调试；
2）PLC控制站（包括硬件及软件）的提供、安装及调试；
3）全厂自控系统的调试、投运和培训以及图纸资料的提供。
三、系统技术要求
Ⅰ.防护等级
在室内地面上的设备用IP54，在户外的设备用IP65；安装在水中或在井内的设备用IP68。
Ⅱ.信号电平
所有控制及监控设备能在下列信号电平工作：
1）工业以太网数字通讯信号，环形拓扑结构，通讯波特率≥100Mbps，系统自适应恢复时间<300ms，通讯距离（无中继器）≥1Km，网络介质为直埋的光缆，在出现故障时，可在线增加或删除任意一个节点，都不会影响到其他设备的运行和通讯。本系统采用先进的计算机控制系统，即系统采用全开放式、关系型、面向对象系统结构，能够支持不同厂家的硬件在同一网络中进行，并支持实时多任务，多用户系统的操作系统。；
2）控制系统具有一套完整的自诊断功能，可以在运行中自动地诊断出系统的任何一个部件是否出现故障，并且在监控软件中及时、准确地反映出故障状态、故障时间、故障地点及相关信息。在系统发生故障后，I/O的状态应返回到系统根据工艺要求预设置的状态上。
3）状态及报警指示的数字信号：24VDC或220VAC电压信号；
4）控制的数字信号：24VDC或220VAC；
5）非现场总线型检测、控制仪表或设备应能在下列信号电平工作：
① 控制及监视的模拟信号：4～20mADC电流信号；
② 状态及报警指示的数字信号：0～24VDC电压信号；
③控制的数字信号：0～220VAC。
6）为了保证在工厂扩建或改造时满足工厂的控制要求，控制系统应具有较强的扩展能力。操作系统监控软件具有冗余和容错及灾难性恢复等功能。
四、实现功能
本系统所配置的硬件和软件应可实现如下功能：
中控室功能：
1）实时采集各个终端传送的各类数据和信号。
2）在彩色监视器（TFT）动态、形象的显示总工艺流程图，分段
工艺流程图，供电系统图、工艺参数，电气设备运行状态等。
3）操作站以“人— 机”对话方式指导操作，自动状态下，可用
键盘或鼠标器设定工艺参数、控制电气设备。
4）根据采集到的信息，自动建立数据库，保存工艺参数，电气设备运行状态、报警数据、故障数据，并自动生成工艺参数的趋势曲线。管理人员通过对工艺曲线进行分析、研究，进一步改进工艺运行方案，提高生产效率。
5）按生产管理要求打印年、月、日、班运行报表，报警报表、故障报表及工艺流程图（彩色硬拷贝）。实时报警打印和故障打印。
6）通过通信总线与分控制室的现场控制站进行通信。计算机系统可在线诊断各类故障。
7）设不间断电源，保证在发生停电故障时该系统仍能安全可靠地运行。
8）设置大型显示装置，用于显示全厂工艺流程。
分控站功能：
1）按控制程序对所辖工段内的工艺过程、电气设备进行自动控制，同时采集工艺参数，电气设备运行状态。
2）通过通信总线与中央控制室的监控管理系统进行通信，向监控管理系统传送数据，并接受监控管理系统发出的开停机命令。
3）在操作屏上显示所辖工段的工艺流程图，工艺参数，电气设备运行状态。通过功能键盘设定工艺参数，控制电气设备。
4）采集的主要工艺参数有：水位差、水位、流量、压力、氧化还原电位、温度。
5）设不间断电源，保证在停电故障时系统仍能安全可靠地运行。
五、控制模式
1）现场手动模式：设备的现场控制箱或MCC控制柜的“就地/远程”开关选择“就地”方式时，通过现场控制箱或MCC控制柜上的按钮，实现对设备的启/停、开/关操作。
2）遥控模式：即远程手动控制方式。现场控制箱或MCC控制柜上的“就地/远程”开关选择“远程”方式时，操作人员通过操作面板或中控系统操作站的监控画面用鼠标器或键盘选择“遥控”方式并对设备进行启/停、开/关操作。
3）自动模式：现场控制箱或MCC控制柜上的“就地/远程”开关选择“远程”方式，且现场控制站的“自控/遥控”设定为“自动”方式时，设备的运行完全由各PLC根据污水处理厂的工况及生产要求来完成对设备的运行或开/关控制，而不需要人工干预。
4）控制级别由高到低为：现场手动控制、就地检修控制、遥控控制、自动控制。
5）离工艺过程越近的控制层具有更高的优先权。
六、工控设备硬件要求
可编程序控制器PLC
PLC采用世界知名公司---西门子公司的先进产品S7系列。
PLC设备作为一套整体供货，设备主要包括：控制柜、PLC、通讯端口、I/O单元、触摸屏、UPS不间断电源等。
PLC的输入输出控制点留有15%～20%以上的余量。
网络配置方便灵活，除了产品本身的总线形式之外，还应支持包括Profibus-DP、CANopen、DeviceNet、Ethernet、ARCNET、Modbus在内的多种通讯协议，并可以通过多种网络形式和其它系统连接。
CPU 可以支持从64KB到256KB 的内存容量，并可以通过外插SD存储卡等形式扩展存储空间。
机柜
柜内设有电源工作指示灯、PLC运行指示灯、数字式电压表、门控照明灯、门控排风扇、门锁（用同一把钥匙）等。柜子整洁布局合理，防护等级为IP4×。
网络交换机
采用具有网管功能的符合IEEE802.3标准的模块化交换机，存储转发交换模式。交换机具有SNMP/WEB网络管理功能，支持SNMP TRAP自动故障报警，允许采用OPC方式将网络设备的状态信息传递到HMI/SCADA软件中。
交换机应具有高度的实时性，最大收发延迟不超过15μs，支持基于端口的VLAN设置、IGMP Snooping组播管理、IEEE802.3×流控制和SNTP协议（简单网络时间协议）。采用轨道方式装置，无风扇散热方式，工作温度范围为0～60℃。
1）防护等级IP30。
2）冗余24VDC直流电源输入。
3）故障异常时，自动发出Email报警；电源故障时，继电器报警输出。
4）控制站级交换机：3电口，RJ45口，2光口，多模光纤，SC连接头。
5）中控室交换机：6电口，RJ45口，2关口，多模光纤，SC连接头。
电源
供电方式：220VAC采用在线式、全隔离型、连续双转换、自动旁路切换的UPS不间断供电电源，蓄电池续流能力为一小时以上；24VDC配置直流稳压电源。
在断电故障情况下，或在主电源不符合规定要求的时候，为了避免设备的破坏或扰动，保证控制系统能够不中断监控任务，在分控室和中控室设置了不间断电源UPS。UPS为在线式）静态整流器/逆变器型）、全隔离型、连续双转换，蓄电池能够提供30分钟供电。
不间断电源UPS可安装在控制柜内，为控制柜内设备和现场自控和仪表设备供电。
各个UPS电源必须对本区域全部用电设备进行供电。根据实际要求配置合适容量的UPS电源。UPS电源应有不小于20%的余量。
中央控制室—2kVA 0.5小时 在线式
现场控制站—2kVA 0.5小时 在线式
化验室、细格栅—1kVA 0.5小时 在线式
工业监控管理计算机
1）主要配置：不低于 P4 2.4G/1G DDR内存/160G硬盘/3PCI/3ISA/AT×800主板/10－100M以太网接口/128M显存/DVD-RW/1.44M软驱/标准光电鼠标&键盘
2）通讯：10M/100M以太网）RJ-45），RS232，不少于2个USB口
3）机箱标准：DCS400F 4U标准19”机箱
4）机箱颜色：黑色
5）机箱材质：重型冷轧钢
6）机箱内部工艺：高级镀锌防腐
7）电源：400W AT×高性能电源
8）冷却系统：可拆卸防尘罩，2×80mm球轴承风扇，铜质散热器
9）过滤防尘系统：采用可拆卸，可清洗前面板纤维过滤网，加盖空槽防尘盖
10）开关指示灯：系统重启开关、电源开/关、系统电源LED显示、硬盘工作 LED显示
11）底板：有源AT×主板
12）工作温度：0℃到50℃
13）存储温度：-20℃-60℃
14）相对湿度：5%到95%（无凝结）
15）冲 击：10G,峰值加速度
16）振 动：不小于1.5G
17）符合标准：FCC，EMC，CE，UL，DiggCom
18）安全认证：UL-508、CSA、CE
19）21”TFT液晶显示器
或选用设备采购时的最新型号和最佳配置。
与它PLC或上位机通讯内置CPU的网卡。
HMI人机界面
1）10.4英寸；TFT真彩LCD；256色无闪烁/64色3速闪烁
2）分辨率：640×480；显示区域：213.2）W）×160.4）H）mm
3）文字设定：中文简体）GB2312-80）；亮度控制：4级可调
4）画面存储器：4MB FLASH EPROM；数据存储器：512KB SRAM
5）接口：有串行接口COM1／COM2、以太网接口、CF卡接口音频接口等
6）工作电压：24VDC；功耗：<30W
7）运行温度：0～50℃
8）防护等级：IP65
七、工控软件配置
操作软件
全部软件均为中文版Microsoft Windows 2000运行环境，软件的可选组件也适用于二期工程。应用软件的编制范围为两部分，一部分是本期工程的全部内容，另一部分为二期工程扩容部分的软件接口。
管理控制系统的每台主机的软件应包括下列内容：
1）全套计算机运行软件系统；
2）全套的管理接口和管理控制软件系统；
3）全套数据处理和记录软件系统；
4）全套系统再生、修复、数据备份的软件系统；
5）运行计算机网络的全套软件；
6）标准计算机数据处理软件、接口软件、数据处理软件如文字处理、数据库、电子制表、图象处理软件等。
监控组态软件
SCADA系统组态软件是一个精心设计开发的实时系统工作平台。它在UNI×和WINDOWS2000系统下运行。应用软件的编制范围为两部分，一部分室本期工程的全部内容，另一部分为远期工程扩容部分的软件接口。
系统需具有一下特点：
1）可兼容性：监控软件可以在不同的计算几何操作上运行。
2）可联接性：可以容易地与不同的软件和硬件系统进行联接。
3）内部可操作性：可以混合网络上工作，并可与其它信息系统在数据层和用户层进行数据交换。
4）高可靠性：2台监控主机互为热备份，操作系统和监控软件具有冗余和容错功能。
5）提供SQL，ODBC进行数据交换。
6）提供多种编程开发环境，包括C，C-Smalltalk，Fortran等。
7）系统需支持远程登录访问功能和具有安全授权功能。
8）支持开放系统的国际标准的通讯协议和界面，在网络通信协议中，应需支持TCP/IP和DNP3.0协议。
通讯方式采用轮询和事件自报方式（即：逢变则报的方式）。尤其适用于关键性的操作、控制和辅助决策系统。用户系统可以基于标准模块程序来集成建立，也可根据特殊要求专门组态。
另外，企业各类人员所用的上网媒介和方式也不尽相同。系统可以提供给各类用户以满意的上网媒介及方式。其图像用户界面可在微机、工作站、×终端机等不同的机器平台上工作。这些机器可通过局域网（LAN），广域网（WAN），ISDN网，租的专用线，电话线或无线网互连。
当系统的软件和硬件发生故障时，系统可自我恢复并继续工作。系统可以通过不断地监测网络上所有单元的工作状态来保证系统高可靠运行。当故障发生时，相应的备份单元瞬间即可完成自动切换。被监测的单元包括有：工作站和终端；通讯线路网点（路由，网桥）等。在系统里，备份的层数可以是多级的。
该数据库系统应为面向对象的，实时式，关系型数据库。SCADA系统对数据变化响应可达到1毫秒。
