自来水厂自控技术方案.docx

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自来水厂自控技术方案

自来水改扩建工程仪表及自控系统

自控方案

自来水厂改建工程项目组

二零一一年十月二十日

1自控系统成立的必要性

原水通过取水、沉淀、过滤、消毒工艺流程后生产出质量合格的自来水，并由送水泵房输送到城市管网。

自来水的生产是持续生产进程，前一工艺流程的处置成效会直接阻碍到后续工艺的处置，生产中任何一个工艺环节显现问题都将可能致使生产产品的质量缺点，同时也会在必然程度上提高水处置的本钱。

为了确保产品质量、及时发觉生产进程中的异样情形，就要求工艺人员实时把握生产动态。

自来水生产进程中机械和电气设备必然产生磨损，因此在日常生产进程中就需要时刻关注重要设备的运行状态。

尽管水厂都配置了大量的设备保护人员，但通常情形下只有当保护人员抵达现场后才能发觉设备故障，且发觉的往往都是比较严峻的故障，会直接阻碍正常生产的开展。

为了提高设备保护的主动性及时发觉设备故障，保护人员需要一个平台来实时了解设备运行状态及运行参数。

综上所述，在水厂日常生产进程中为了更好实施工艺治理，需要成立一个能够直观反映实际生产状况的平台；为了更好地保障设备的正常运行，需要成立一个能够有效反映水处置进程中各重要设备状态及信息的平台。

水厂自控系统具有实时显示生产进程中工艺参数，重要设备运行状态及参数的功能，水厂自控系统的成立能够同时知足工艺和设备保护的需求，为水厂的日常生产的正常开展提供了一个平台。

同时，自控系统不单单具有信息显示的功能还具有对设备进行远程操作的功能，同时PLC系统还能实现对风机、水泵的远程操纵，实现自动投药、自动加氯及滤池恒水位操纵及滤池自动反冲洗的功能。

自控系统成立后，能够通过自控系统实现对生产现场风机、水泵及阀门的远程操作，并实时反馈设备的操作结果。

再也不需要运行人员到现场进行设备操作，可实现生产现场的无人值守。

运行人员能够将注意力更多的集中到对生产流程的把握和操纵，大大提高了劳动生产率。

另外，自控系统能够将实时生产数据保留下来，并以趋势图的方式显示出来，便于运行人员及时查看历史生产状况。

因此，自控系统的成立不仅知足了工艺人员和保护人员的需求，极大的提高了劳动生产率，同时也为生产治理的提升提供了有效的数据支持，在水厂的日常生产和治理中扮演了重要作用。

2自动操纵系统说明

依照中国市政工程西南设计研究总院关于《大丰自来水厂改扩建工程施工图设计图纸》及新都大丰新扩建自来水厂工程施工调整、设备报价讨论会议记要的精神，结合本公司连年水厂自动化施工体会，对大丰自来水改扩建工程自控系统做了如下优化调整：

一、原系统网络拓扑结构为主站与中控室点对点光纤以太网通信。

这种网络拓扑存在的最大隐患是一旦某个主站与中控室的光纤受到损坏，那么该主站与中控室的通信将中断，而通信的恢复必需待光纤恢复正常为止。

因此，建议将网络拓扑结构改成光纤以太环网结构，在这种网络拓扑结构下，每一个子站都可通过两条不同的通道与中控室进行通信，即便网络中的一处光纤受到损伤，也可不能阻碍中控室与主站之间的通信。

调整后自控系统网络拓扑图

二、所有模块I/0设计为二期进行预留，若是暂缓实施，删减相应I/0模块。

3自动操纵系统的组成

3.1整体结构与目标

大丰自来水改扩建工程仪表及自控系统按分散操纵，集中治理的原那么设置，全厂设一处中央操纵室，治理全厂生产进程，在送水泵房、反冲洗泵房、加药间、脱水间别离设置PLC操纵站，PLC站组成光纤以太环网。

各操纵站负责处置局部的数据搜集和操纵任务。

自动操纵系统具有以下功能：

1）在线实时显示各工艺环节生产数据，并依照工艺的要求对生产进程中的异样数据的严峻程度进行不同方式的夺目显示及报警信息提示。

2）实时显示水厂生产进程中各重要设备的运行状态及参数，将实际运行参数与设备额定运行参数之间进行比较，对异样参数依照严峻程度进行不同方式的夺目显示及报警系信息提示。

3）预留源水应急投加系统自控系统接口。

4）水厂原水取自东风渠，东风渠水位转变较大。

系统具有依照原水水位及沉淀池水位情形来对进水机泵进行调剂的能力，从而实现进水流量调剂的功能。

5）依照进水流量及进水水质情形成立数学模型来实现投药系统的自动操纵。

6）采纳PID调解实现滤池恒水位过滤；反冲滤池依照水位、滤料层上下压差、时刻等参数实现运行—反冲洗—再运行的全自动进程；同时也能够实此刻操作界面上进行人工强制自动反冲洗

7）加氯设备实现自动投加功能，前加氯依照原水进水流量比例投加，比例参数可在监控终端上进行手动调剂。

后加氯依照滤后水流量比例及余氯反馈值实现氯投加量自动调剂；

8）在线实时监测清水池液位。

同时送水泵房依照送水压力和管网最不利点压力的监测（远传），采纳自动操纵变频调剂。

9）生产废水污水处置系统缓建，预留自动化接口，本方案依照设计图纸设置P4站，可依照现场情形酌情考虑是不是采纳；

3.2设备操纵方式

水厂内要紧的工艺设备设中央操纵、现场操纵两层操纵模式。

中央操纵由水厂中央操纵室操作人员在工作站上完成，具有最低的操纵优先级；现场操纵那么在设备或仪表的现场操纵箱、按钮箱、变送器等上操作完成，具有最高的操纵优先级。

中央操纵层设有“自动/手动”的两种操纵方式，其中手动操纵由操作人员在中央操纵室内的工作站上进行设定和操纵。

现场操纵层设有“远程/当场”的两种操纵方式，其中远程方式是由该设备或仪表所联接的PLC操纵站进行操纵，当场方式是由操作人员在现场的操纵箱、按钮箱或变送器上进行手动操作和设定。

通常情形下，采纳远程方式进行操纵，在操纵系统保护或检修期间，切换到当场方式由人工对设备进行操作，确保生产进程的持续进行。

4中央操纵室

中央操纵室（以下简称中控室）是整个操纵系统的核心，集成了生产进程中所有实时数据（工艺参数及设备参数），能够对水厂的全数生产进程进行集中监视、治理及操纵。

同时，能够对生产进程中显现的各类报警信号进行分级夺目显示及报警信息提示，同时可记录重要历史生产数据，并生成相应的曲线便于工艺人员了解过往生产进程。

系统结构

中央操纵室通过光缆环网与各PLC操纵站进行通信，中控室内设两台操作站运算机用于监控水厂的运行。

操作人员通过监控工作站的人机界面监视生产进程，调整工艺参数，操纵现场设备。

4.1系统功能

4.1.1运行监视

操作员通过操作站运算机对水厂的生产进程进行监视，包括各要紧设备的状态、要紧现场数据，如进出口水质、流量、液位、工艺参数、设备状态、电力参数、电量数据、事故报警、历史数据趋势等，用于通盘把握水厂的生产进程。

4.1.2运行操纵

操作员通过操作站运算机可依照需求和调度指令调整厂内生产，依照监视设备状态和运行记录，以优化的方式生产调度保护。

除由中控室直接操纵的关系到全厂运行调度的设备，中央操纵室一样不直接参与现场设备的具体操纵，而要紧进行运行监视调度、参数分派和信息治理。

中央操纵室向各工艺单体操纵系统分派所在单体或节点的运行操纵目标，命令某组工艺设备投入或退出运行。

关于中央操纵室许诺投入运行的设备或设备组，其具体的操纵进程由所在单体操纵系统治理；关于被中央操纵室禁止投入运行的设备或设备组，由所在单体操纵系统操纵其退出运行，并被标记为不可用设备，再也不对其启动。

4.1.3数据治理

操作站运算机记录有各单体操纵系统上报的现场数据，并对这些数据进行处置，形成历史数据库、生产报表、统计报表等。

依照历史数据库，能够分析产品质量、能耗指标、本钱指标等，并对设备的运行和保护周期进行治理。

4.1.4报警处置

当水厂工艺进程或设备运行显现异样时，中控室当即响应，发出夺目提示及声、光报警提示信号：

夺目提示：

当工艺参数或设备参数发生异样情形后，依照异样程度改变原有显示字体的颜色或闪烁显示，以便运行人员及时发觉异样情形。

声报警：

由安装于操作站运算机内的扬声器发声，声报警可在人工确认后排除；

光报警：

操作站运算机屏幕上闪光显示报警内容，光报警在故障排除，运行恢复正常时自动排除。

报警类型包括：

1）配电开关跳闸，爱惜装置动作；

2）电源设备故障，发电机故障，频率太低太高；

3）仪表设备工作异样；

4）超高液位、超低液位、流量异样；

5）工艺数据超限；

6）设备工作异样、进线开关跳闸、爱惜装置动作；

7）闸门、闸阀设备故障、操作超时、运行不到位；

8）操纵系统自检发觉异样，状态逻辑错误；

9）通信故障；

4.1.5事件处置

事件是指运行事件和重要的系统操作，事件登录按时刻顺序排列，以下事件都要记入不可修改的事件登录薄：

1）中控室和各单体操纵系统的操作员登录；

2）操纵命令和结果；

3）修改设定值；

4）写入数据；

5）全数的报警、确认和删除。

4.1.6报表及打印功能

中控室自动生成客户化的日报表，时期报表和事件驱动报表（包括事件和报警文件）等。

报表中有实时数据和统计数据，并能够插入说明文字。

系统生成的文本，表格，图形，报表等内容都可在打印机上输出。

4.2配置表

序号

设备名称

设备主要规格

单位

数量

1

操作站计算机

CPU主频，内存2048MB，160GSCSI硬盘，10/100M自适应网卡，DVD-ROM,21英寸TFT

台

2

2

黑白激光打印机

A3单色激光打印机

台

1

3

黑白针式打印机

A3单色针式打印机

台

1

4

工业以太网交换机

2光口、6电口10/100M交换机

台

1

5

不间断电源

2kVA输入三相,输出单相.电池放电时间30min

台

1

6

监控组态软件开发版

套

1

7

监控组态软件运行版

套

1

8

PLC编程软件

套

1

9

通讯软件

套

1

4.3上位监控软件说明

在操作站运算机上安装上位监控软件，负责提供清楚、良好的人机界面，便于操作人员操作，包括监视全厂各工业设备运行状态、工艺参数，完成报警、历史数据、历史趋势曲线的贮存、显示和查询。

实时生成、打印各类生产运行治理报表。

利用监控软件开发平台对软件进行应用开发。

具体功能描述如下：

4.3.1用户治理

在监控系统中，依照不同的用户设置不同的权限：

1）工程师（系统保护人员）：

超级用户，具有所有权限。

2）操作人员：

依照不同的操作人员设置不同的操作权限，操作人员无法主动退出监控系统。

4.3.2监视画面

为了便于直观观看整个厂的总貌和生产流程，实时显示检测到的数据，设计如下监视画面：

1）全厂总貌图：

显示全厂各工艺点散布情形和重要水质参数、重要设备运行情形，点击各显示工艺点能够切换至其工艺点监视画面。

2）生产工艺流程图：

现场设备的图片，工艺流程图，设备简图，单线图等。

画面包括数字、字符和图形符号，通常采纳可转变的颜色、图形、闪烁表示进程变量的不同状态，所有进程变量的数值和状态动态刷新。

3）实时数据显示：

4）历史趋势图：

用户可依照需要输入查询时刻，以曲线的方式在历史趋势图上显示出来。

5）系统报警图：

显示当前所有运行参数报警，系统硬件故障报警，报警优先级和状态通过不同的颜色来区分。

报警内容包括：

报警时刻、报警设定值、报警名称、报警产生缘故、报警维持时刻和报警优先级别等。

4.3.3操纵画面

依照不同的用户权限，不同的用户具有不同的操纵功能。

在监控软件的操纵画面上即可设置工艺参数，也可对工艺设备进行启停操作，还可对故障设备进行标记，使其退诞生产，待维修后，从头投入利用。

4.3.4报表

依照用户要求设定报表格式，报表即可选择打印，也可按时打印。

报表包括固定的生产报表和事件顺序报表、诊断报表、设备操作记录等。

5仪表系统

大丰自来水改扩建工程中仪表设计和选型遵循如下原那么：

✧准确、全面的反映进出厂水水质参数和水量情形

✧各个处置单元出口要紧参数监测，以监视各个处置单元的处置成效

✧检测参与操纵的各类工艺参数和物理参数

✧仪表选用运行靠得住、性能稳固的产品

依照设计图纸，结合《大丰水厂仪表配置说明》，厂内仪表配置清单如下：

序号

设备名称

型号规格

单位

数量

安装位置

备注

1

电磁流量计

7ME6510-5DF11-1CA1（DN900）

套

1

进水管

2

电磁流量计

7ME6510-5DF11-1CA1（DN900）

套

1

出水管

3

电磁流量计

7ME6510-5DF11-1CA1（DN500）

套

1

滤池反冲水管

4

空气流量计

COMBIMASSeco（DN350）

套

1

滤池反冲气管

5

压力仪

7MF4033-1DA10-2AV7-Z~16Bar

套

1

出水管

6

压力仪

7MF4033-1DA10-2AV7-Z~16Bar

套

1

出水管

二阶段

7

压力仪

7MF4033-1DA10-2AV7-Z~16Bar

套

4

滤池

8

压力仪

7MF4033-1DA10-2AV7-Z~16Bar

套

3

滤池

二阶段

9

超声波液位仪

SITRANSProbeLU0~5m

套

6

污泥调节池、回收水池、平衡池

10

静压式液位仪

7MF1570-1BA010~5m

套

3

清水池、吸水井

11

静压式液位仪

7MF1570-1BA010~5m

套

4

滤池

12

静压式液位仪

7MF1570-1BA010~5m

套

3

滤池

二阶段

13

超声波液位仪

SITRANSProbeLU0~10m

套

1

配水井

14

进水浊度仪

sc100+ss7sc0~9999NTU

套

1

配水井

15

浊度仪

sc100+1720E~99NTU

套

2

预沉池、沉淀池

16

浊度仪

sc100+1720E~99NTU

套

2

预沉池、沉淀池

二阶段

17

浊度仪

sc100+1720E~99NTU

套

1

滤池汇水总渠

18

出厂水PH/温度仪

P53A4A1N+PD2P10~14

套

1

配水井

19

余氯分析仪

sc100+9187sc~2ppm

套

1

送水泵房

20

余氯分析仪

sc100+9187sc~2ppm

套

1

滤池汇水总渠

21

进水浊度仪

sc100+ss7sc0~9999NTU

套

1

进水管

22

PH/温度仪

P53A4A1N+PD2P10~14

套

1

进水管

23

氨氮仪

AmtaxTMCompact氨氮分析仪

套

1

进水管

6PLC系统

依照操纵对象的功能、设备量和所在地理位置划分，全厂共设置4座PLC操纵站，别离安装在送水泵房、反冲洗泵房、加药间、脱水间。

PLC操纵站配置10.4”彩色触摸屏，方便操作人员巡检，当场操作及设备调试。

各PLC站监控范围如下：

✧CP1操纵站设在送水泵房内，监控范围包括加氯间、送水泵房、清水池、吸水井设备及出水仪表。

✧CP2操纵站设在反冲洗泵房内，监控范围包括反冲洗泵房、滤池、变配电间、预沉池、沉淀池的设备及水质仪表。

✧CP3操纵站设在加药间内，监控范围包括加药间、提升泵房及原水仪表。

✧CP4操纵站设在脱水间内，监控范围包括脱水间、污泥调剂池、回收水池、污泥浓缩池。

6.1CP1操纵站

6.1.1操纵功能

在送水泵房设置CP1操纵站，监控变配电间、送水泵房、清水池范围内的设备和出厂水仪表等参数。

CP1通过光纤工业以太网环，向中央操纵室传送数据。

送水泵操纵进程：

当出厂水压力或管网压力低于设定值，吸水井液位高于设定值时，且送水泵无端障信号，自动启动送水泵。

送水泵的启动顺序按累计水泵运行时刻从小到大排列。

当压力高于设定值时，吸水井液位低于设定值时，水泵停止，停止顺序与开启顺序相反。

水泵运行时刻自动累计，实现水泵的自动轮值，保证水泵处于最正确运行状态，且设有逻辑爱惜，幸免水泵频繁起停。

压力值和液位值可通过中控室操作站运算机和现场触摸屏上进行设置。

6.1.2操纵内容

✧通过现场总线获取变配电间内开关柜上的进线电压、电流、功率因数、有功功率、等电量参数和进线/分线断路器开/断、故障信号等；

✧搜集开关柜开关状态，变压器温度报警等信号；

✧搜集清水池、吸水井液位；

✧依照送水压力和管网最不利点压力的监测（远传），实现送水泵的自动操纵；

✧搜集出水压力、浊度、余氯、PH、流量等信号。

6.2CP2操纵站

6.2.1操纵功能

在反冲洗泵房设置CP2操纵站，监控反冲洗泵房、滤池、加氯间、预沉池、沉淀池范围内的设备和水质仪表等参数。

CP2（反冲洗泵房）通过光纤工业以太网环，向中央操纵室传送数据。

滤池操纵箱设置在滤池管廊上部，通过导线和CP2进行连接。

单口滤池的运行和反冲洗由CP2操纵站进行操纵。

单口滤池恒水位过滤：

PLC依照压力变送器搜集到的滤池的上下压力，计算压差，与设定的压差进行比较，通过PID算法，输出4～20mA模拟信号调剂滤池进水调剂阀、清水调剂阀进行调剂操纵，保证滤池在设定的恒水位过滤。

单口滤池反冲洗：

✧判定条件：

单口滤池及反冲设备无端障信号；运行时刻超过一个运行周期或出水水质下降超过设定值或压差增大，过滤效率降低。

✧反冲进程：

关闭进水调剂阀；开大清水调剂阀；压差达到设定值，打开排水阀；关闭清水调剂阀；打开气冲阀——气冲阀全开——打开鼓风机出口阀——出口阀全开——开启鼓风机组——距离设按时刻，开启第二组鼓风机组——依照预先设定的时刻进行气冲——气冲时刻到——打开反冲水阀——停止一组鼓风机组——水冲阀全开——开启一组反冲洗水泵——依照预先设按时刻进行气水混冲——混冲时刻到——关闭鼓风机；关闭鼓风机出口阀；关闭气冲阀；开启排余气阀——开启第二组反冲洗水泵——水冲时刻到——关闭反冲洗泵；关闭反冲洗泵出口阀——反冲洗泵出口阀关闭，反冲洗泵关闭，关闭反冲水阀——关闭排水阀，开启进水调剂阀，进入正常过滤。

✧预沉池和沉淀池排泥阀可在操纵箱上手动开启，也可通过PLC上设定运行周期，运行时刻超过设定周期后按时开启。

设定周期可在在中央操纵室的操作员站运算机和CP2程控柜内触摸屏上进行设置。

6.2.2操纵内容

✧滤池内的鼓风机、出风阀自动操纵；

✧滤池内的冲洗水泵、出水阀的自动操纵；

✧空气紧缩系统自动运行并维持；

✧累计各滤池运行时刻，和谐各滤池的自动翻冲洗；

✧依照滤池内液位检测值，调剂出水蝶阀的开启度，以保证滤池内恒水位过滤；

✧依照过滤时刻、滤层上下压力差值确信是不是进行反冲洗。

✧在冲洗进程中，依照工艺要求完成滤池内相关启动阀门的配合。

✧依照原水流量调配加氯量，保证原水净化成效；

✧依照滤池出水加氯后的余氯测定值反馈及流量比例操纵后加氯；

✧预沉池和沉淀池的排泥阀依照时刻周期自动运行；

6.3CP3操纵站

6.3.1操纵功能

在加药间操纵室设置CP3操纵站，监控加药间、提升泵房内的设备等参数。

CP3（加药间）通过光纤工业以太网环，向中央操纵室传送数据。

提升泵采纳液位操纵，在启动提升泵时先启动累计运行时刻长的提升泵；在停止提升泵时遵循先开先停、后开后停的原那么，当提升泵处于故障状态、禁止运行该设备。

提升泵的启动、停止水位可在中央操纵室的操作员站运算机和CP3程控柜内触摸屏上进行设置。

格栅可依照时刻周期或液位差超过设定值进行操纵，时刻周期和液位差值可在中央操纵室的操作员站运算机和CP3程控柜内触摸屏上进行设置。

6.3.2操纵内容

✧多参数自动加药（PAC、PAM）：

依照进水流量、原水浊度、原水PH值等累计参数的统计分析、操纵体会的总结，确信模糊操纵规那么，优化加药操纵；

✧潜水泵依照运行时刻和液位自动切换和泵组的故障检测和爱惜；

✧格栅依照时刻或液位差进行操纵

6.4CP4操纵站

生产废水污水处置系统暂缓建设，预留接口。

配置清单中依照图纸信号量清单对CP4站进行配置设计，详见配置清单。

6.5配置清单

PLC推荐采纳国际知名品牌罗克韦尔（AB）或SIEMENS公司产品，并对这两种PLC产品进行方案比较。

6.5.1方案一（AB）

方案一采纳罗克韦尔（AB）公司的PLC。

子站采纳CompactLogix以太网处置器并组成光纤以太环网。

序号

名称

型号

数量

备注

一

CP1

1

CompactLogix以太网处理器

1769-L32E

1

2

16点数字量输入模块

1769-IQ16

2

3

16点数字量输出模块

1769-OB16

1

4

8点模拟量输入模块

1769-IF8

2

5

4点模拟量输出模块

1769-OF4

1

6

电源模块

1769-PA4

1

7

终端挡板

1769-ECR

1

8

工业以太网交换机

EDS-405A-MM-SC

1

9

10.4”触摸屏

2711PC-T10C4D1

1

二

CP2

1

CompactLogix以太网处理器

1769-L35E

1

2

32点数字量输入模块

1769-IQ32

4

3

32点数字量输出模块

1769-OB32

9

4

8点模拟量输入模块

1769-IF8

4

5

8点模拟量输出模块

1769-OF8C

3

6

电源模块

1769-PA4

3

7

终端挡板

1769-ECR

1

8

工业以太网交换机

EDS-405A-MM-SC

1

9

10.4”触摸屏

2711PC-T10C4D1

1

10

扩展电缆

1769-CRR3

1

11

扩展电缆

1769-CRL3

1

四

CP3

1

CompactLogix以太网处理器

1769-L32E

1

2

16点数字量输入模块

1769-IQ16

3

3

16点数字量输出模块

1769-OB16

1

4

8点模拟量输入模块

1769-IF8

4

5

8点模拟量输出模块

1769-OF8C

3

6

电源模块

1769-PA4

1

7

终端挡板

1769-ECR

1

8

工业以太网交换机

EDS-405A-MM-SC

1

9

10.4”触摸屏

2711PC-T10C4D1

1

五

CP4

1

CompactLogix以太网处理器

1769-L32E

1

2

32点数字量输入模块

1769-IQ32

3

3

32点数字量输出模块

1769-OB32

1

4

8点模拟量输入模块

1769-IF8

3

5

4点模拟量输出模块

1769-OF4

1

6

电源模块

1769-PA4

1

7

终端挡板

1769-ECR

1

8

工业以太网交换机

EDS-405A-MM-SC

1

9

10.4”触摸屏

2711PC-T10C4D1

1

方案一设备费用预估万元，其中CP4站设备预估万元。

6.5.2方案二（SIEMENS）

方案二采纳SIEMENS公司的PLC。

主站采纳SIEMENSS7300PLC组成光纤以太环网。

序号

名称

型号

数量

备注

一

CP1

1

CPU单元