污水处理厂自控系统方案设计.docx
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污水处理厂自控系统方案设计
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天水工业园区
污水办理厂自控系统
技
术
方
案
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北京华联电子科技发展有限企业
2014年9月29
天水工业园区污水厂自控系统方案及有关技术说明
一、系统概括：
天水工业园区污水办理厂的自控系统由PLC站与监控操作站控制管理系统
构成的自控系统和仪表检测系统两大多数构成。
前者依据“集中管理、分别控
制、资源共享”的原则；后者依据“工艺必要、先进适用、保护简易”的原则。
为了知足武威工业园区污水办理厂工程实现上述要求，一定保证控制系统
的先进性和靠谱性，才能保证本厂设施的安全、正常、靠谱运行。
本方案本着质量靠谱、技术先进、性价比高的原则，联合我企业在实行其
它近似项目中的设计、实行和组织的成功经验，充足考虑技术进步和系统的扩
展，采纳分层散布式控制技术，发挥智能控制单元的优势，降低并分别系统的
故障率，保证系统较高的靠谱性、经济性和扩展性，进而实现对各现场控制设
备的操作、控制、监督和数据通信。
1.1系统基本要求
工控通信网络为光纤冗余环型工业以太网，通信波特率≥100Mbps，系统自适应恢复时间<300ms，通信距离（无中继器）≥1Km，网络介质要求使用可直埋的光缆,在出现故障时,可在线增添或删除随意一个节点,都不会影响到其余设施的运行和通信。
本系统采纳先进的监控操作站控制系统，即系统采纳
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全开放式、关系型、面向对象系统构造，支持不一样计算厂家的硬件在同一网络中运行，并支持及时多任务，多用户的操作系统。
主要用于污水厂的生产控制、运行操作、监督管理。
控制系统不单有靠谱的硬件设施，还应有功能强盛，运行靠谱，界面友善的系统软件、应用软件、编程软件和控制软件。
1.2系统靠谱性的要求
控制系统在严格的工业环境下能够长久、稳固地运行。
系统组件的设计切合真实的工业等级，知足国内、国际的安全标准。
而且易配置、易接线、易保护、隔绝性好，构造牢固，抗腐化，适应较宽的温度变化范围。
系统具备优异的电磁兼容性，支持I/O模板在系统运行过程中进行带电热插拔。
能够蒙受工业环境的严格要求。
1.3系统的先进性
系统的设计以实现“现场无人职责，分站少人值班”为目的。
设施装置的启、停及联动运行均可由中央控制室远程操控与调动。
1.4系统的故障诊疗
控制系统有一套完好的自诊疗功能，能够在运行中自动地诊疗出系统的任何一个零件能否出现故障，而且在监控软件中及时、正确地反应出故障状态、故障时间、故障地址、及有关信息。
在系统发生故障后，I/O的状态应返回到系统依据工艺要求预设置的状态上。
1.5系统扩展性和兼容性
为了保证武威工业园区污水办理厂扩建或改造时知足工厂的控制要求，控制系统拥有较强扩展能力。
控制系统主要用于污水办理厂的生产控制、运行操作、监督管理。
不单有靠谱的硬件设施，还有功能强盛，运行靠谱，界面友善的系统软件、应用软
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件、编程软件和控制软件。
监控系统的数据库构造为面向对象的，及时式，关系型数据库。
操作系统
和监控软件拥有冗余和容错及灾害性恢复等功能。
二、系统构造及特色：
2.1控制系统构造
天水工业园区污水办理厂自控系统采纳分层散布式构造网络控制方式。
该控制系统共分为主控级（中控室）和现地控制层（分控站）。
实现相应控制层设施的监督、操作、控制和网络通信连结。
网络构造图以下：
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2.2中控室
拟设于综合楼内。
中央控制室的监控管理操作站系统达成全厂的自动控
制。
包含两套互为热备的监控工作站、印机、UPS电源。
中央控制系统经过工业以太网，采纳光缆与各现场控制PLC站连结。
这两套工作站为热冗余装备，能够分别重视监测或组态功能，故障时互为备用，拥有灵巧的运行方式。
为观显示全厂工艺过程全貌，方便管理，在中控制室建立了电动投影屏幕和投影仪，显示全厂工艺流程图和主要参数及设施运行状态。
经过大容量的UPS为中央控制室的所有设施供给了高质量的电源。
2.3分控站
每个分控站配置一套PLC控制柜。
柜内包含可编程序控制器、操作员界面HMI、24VDC电源装置、冗余光纤互换机、电源防雷过电压保护装置、小型断路器、接线端子、小型继电器，安装连结缆线和附件等。
依据污水厂工艺特色，修建物的部署和现场控制的散布状况，设置四个
PLC现场子站，PLC现场子站采纳可编程序控制器（PLC），PLC为模块化结
构，硬件配置较灵巧，易于扩展，软件编程方便。
而且PLC子站与相应的MCC
置于同一地址，节俭此间电缆。
中间控室监控工作站故障退出运行或通道故障
使分控站控制单元和主控级监控工作站通信中止时，各现地控制单元能独立运
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行，进行控制和监督，提高运行靠谱性。
1#现场控制站位于污泥浓缩脱水机房内。
负责监控：
粗格栅及进水泵房、细格栅及曝气沉砂池、撇水池、污泥浓缩
脱水机房。
控制对象为：
1#、2#展转式细格栅除污机；无轴螺旋压迫机；桁车；吸砂
机；中心传动浓缩机10WF1、10WF2、10WF3轴流风机。
IO点数统计：
数字量输入DI：
83；数字量输出DO：
34；模拟量输入
AI:
17；模拟量输出AO:
1。
2#现场控制站位于鼓风机房及变配电间内。
负责监控：
加药间、鼓风机房和变配电间。
控制对象为：
7GB2、7GB3、7GB5、7GB6鼓风机、7GV2、7GV3、
7GV5、7GV6电动蝶阀；7ZF11、7ZF12、7ZF13、7ZF14、7ZF21、7ZF22、
7ZF23、7ZF24、7ZF31、7ZF32、7ZF33、7ZF34轴流风机；8WF1、8WF2、
8WF3轴流风机；2GV电动调理阀。
IO点数统计：
数字量输入DI：
113；数字量输出DO：
40；模拟量输入
AI:
8；模拟量输出AO:
6。
3#现场控制站位出水泵房内。
负责监控：
消毒池、清水池、出水泵房。
控制对象为：
1#、2#、3#、4#离心泵；6FM1、6FM2、6FM3轴流风机；
12XHB1、12XHB2循环泵；12BJB1、12BJB2补水泵。
IO点数统计：
数字量输入DI：
26；数字量输出DO：
9；模拟量输入
AI:
10；模拟量输出AO:
0。
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4#现场控制站位于A2/O+MBR池隶属建筑内。
负责监控：
A2/O+MBR池。
（此站控制系统供给商已集成，具备以太网通
讯接口，配置触摸屏和不中断电源。
）
2.4控制系统特色
因为控制设施的散布特色及控制的独立性，采纳现地元件层实现自动化
仪表的数据采集，采纳现地控制单元实现了相对独立设施的本体控制；进而大大减少了操作职工作站监控操作站的负荷，有益于各级控制设施监控功能的合理分派和利用；
2.4.2因为各现地控制单元相对独立，而且能够脱网独立运行，特别是在集控层总线网络瘫痪时，能够保证现地单元靠谱地运行，大大提高了控制系统的靠谱性；
2.4.3采纳分层散布式控制方式，使得总线网络的通信负荷减少、通信误码率大大降低，解决了数据通信的瓶径问题，同时使网络构造更清楚、检修保护更方便；
采纳分层散布式控制方式，该控制系统拥有更好的扩展性，若需对系统扩展，只需将接入相应的网络层中即可，不会影响到集控层网络的运行和操作。
三、系统控制方式及功能描绘：
3.1系统控制方式：
现场手动模式：
设施的现场控制箱或MCC控制柜上的“就地/远程”开关选择“就地”方式时，经过现场控制箱或MCC控制柜上的按钮实现对设施的启/停、开/关操作。
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，操作人员经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”方式并对设施进行启/停、开/关操作。
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
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式，且现场控制站的“自动/遥控”设定为“自动”方式时，设施的运行完好由各PLC
依据污水办理厂的工况及生产要求来达成对设施的运行或开/关控制，而不需要
人工干涉。
控制方式设计为：
就地手动控制优先，在此基础上，设置远程遥控和自动
控制。
控制级别由高到低为：
现场手动控制、遥控控制、自动控制。
3.2主控级设施：
天水工业园区污水办理厂自控系统主控工作作站接收全厂设施的运行状
况，同时也对现地控制设施发送各样控制命令。
主控级工作站由两套互为热备的台湾研华企业生产的IPC-610H型工控机作为主要控制设施，采纳Microsoft企业的WindowsXP操作系统和德国西门子的自动化监控组态软件WINCC开发版工业组态软件，达成数据的采集、设施的控制和监督以及与各分控站的通信功能等。
主控级设施功能:
数据采集
及时采集各个终端站传递的各种数据和信号，经过在彩色监督器（TFT）显示总工艺流程图，分段工艺流程图，供电系统图，工艺参数，电气参数，电气设施运行状态等。
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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、控制电气设施。
数据办理
对来自各现地控制单元的及时数据和有关设施状态信息进行数据校验检测；
实现系统的故障检测和诊疗功能，如总线网络半途断线、站的失电、站地址的矛盾、模块配置不对应等常有故障；
汇总各现地控制单元的所有上送数据和状态信息。
数据查问功能：
对系统中储存的有关设施数据能够依据时间、时段、设
备、报警等各样方式进行查问；
数据检测功能：
对现地控制单元上送数据进行及时性、靠谱性等考证，保
证数据的正确性；
依据采集的及时数据生成相应的各种生产报表、形成历史数据记录、趋向
曲线记录等；
达成语音报警等功能；
控制和监督
实现全厂各个现地控制单元的及时监督；
经过人机终端，及时显示各现地控制单元的状态信息和及时控制。
数据通信
经过光纤总线网络实现主控级计算机与分控站PLC和智能通信装置的及时
数据通信；
画面显示
依据系统采集的各分控站控制单元设施的及时数据和状态信息，及时刷新系统的有关画面；
及时显示系统的总工艺流程图，分段工艺流程图，供电系统图，工艺参数，电气参数，电气设施运行状态等；
系统画面中设置导航画面，经过导航画面可方便实现画面的迅速切换；在每个画面设置画面帮助，可为操作员供给迅速操作帮助；
储存和打印
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及时记录和储存系统中各分控控制单元中有关设施的及时数据，并形成历
史数据文件。
及时储存和打印的数据主要有：
各种操作记录；
各种事故和故障记录；
各种报表记录等。
事故、故障报警
系统可实现系统中各分控控制单元所有设施的事故、故障等的报警、记录以及相应的报警画面弹出显示、语音报警等功能，而且能够依据报警发生的时间、序次、设施名称、事故和故障名称等等进行查问等。
保护功能
系统拥有多种安全设施、操作员操作权限设置、操作命令确认、操作口令确认、设施联锁等功能，可实现系统的安全、靠谱、正常运行。
系统设置有操作员操作权限等级设置，可依据操作要求，进行相应权限的登录操作；
操作员在操作过程中设置有操作口令和操作命令确认，有效地防止了设施的误动；
自诊疗功能
系统能够供给完美的硬件和软件自诊疗功能，主要包含：
计算机硬件设施及接口设施的自检；
系统通信网络连结的自检；
系统有关设施的自检、故障提示等功能。
软件
系统软件
采纳拥有开放式软件接口的实时多任务、多用户系统的MicrosoftWindowsXp中文版网络操作系统。
数据库软件
采纳及时散布式关系型数据库系统，经过对监控对象的组态，及时监测和控制各监控对象，并自动生成操作记录、遥信变位、事故记录等及时数据。
历史数据库能够经过DDL、DDE及OLE等与其余应用软件互换数据，并带有标准的SQL接口和ODBC接口，为系统保护、管理供给技术基础。
应用软件
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包含工业及时监控组态软件、现场总线组态软件、数据库软件、标准工业
控制和专用水办理过程控制图形库等。
工业及时监控组态软件配置有开发版
（无穷点）、运行版和监控版。
其主要功能是：
（1）运行监控
采纳图控软件组态设计中控室的运行监控软件，拥有中文界面、操作提示
和帮助系统。
操作界面主要以流程图方式表示，从整体流程图直到每个单体的局部流程图，在流程图上显示的设施，均可点击进入该设施的进一步细节数据或对其进行控制。
工艺过程、运行数据和设施状态均以图形方式直观表示。
运行参数和目标控制参数，能够点击进入其属性或进行设定改正。
（2）数据库的生成及管理
供给整个监控系统运行的各样数据参数、各机械电气设施状态、以及各接口设施状态的及时数据库及历史数据库，并能依据信息分类生成各样专用数据
库，且拥有在线查问、改正、办理、打印等数据库管理软件，可进行平时的操作及保护，同时还拥有ODBC功能，与其余数据库成立共享关系。
保留在内存中的及时数据库应存贮由各样监控对象的动向数据，数据刷新
周期应可调，以保证重点数据的及时响应速度。
短期历史数据库应能够保留7
天的及时数据和组合数据，其实不停地予与刷新（其数据来自于及时数据库）。
历史数据库中能够存入各设施的运行参数、报警记录、事故记录、调动指令
等。
并拥有存贮3年运行数据的能力。
（3）组态
通信组态：
生成各样通信关系。
明确节点间的通信关系，可实现现场仪表
与PLC之间、PLC与监控计算机之间，以及计算机与计算机之间的数据通信。
控制系统组态：
生成各样控制回路。
明确系统的控制功能，各控制回路组
成构造、控制方式与策略。
（4）图形生成及查问
应用软件拥有强力而有效的图形组态显示功能。
能画出总平面图、工艺流程图、设施平立面部署图、电气主接线图等。
在确立监控画面后，可对监控对象进行形象图符设计、组态、连结、生成完好的及时监控画面，使用户能够在显示器上查问到各样监控对象的动向信息及故障，其形式能够是图像、报表、曲线、以及直方图等，并在投影屏上有动向显示数据。
同时，还拥有友善的中文人机接口界面，采纳图形、图标方式，使管理人
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员方便地使用鼠标器或键盘对系统进行管理、控制。
经过监控画面的切换，进行数据查问、状态查问、数据存贮、控制管理等各样操作。
（5）平时管理
平时的数据管理是对采集到的各样数据进行计算、办理、分类，自动生成各样数据库及报表，供及时监控、查问、改正、打印，生成后的报表文件的改正或重组。
软件系统的靠谱性能够保证数据的绝对安全，防备对数据的非法接见，特别是对原始数据的改正。
按操作等级进行管理，一般状况下，起码设置三级操作级，即察看级、控制操作级、保护即，每一级都设有接见控制。
拥有平时的网络管理功能，保持整个局域网的运行，准时对各接口设施进行自检、异样时发出报警信号。
（6）设施管理
对构成系统的所有硬件设施及运行状态进行在线监测及自诊疗；对及时监控的所有对象的运行状态进行监测及自诊疗；对各种设施运行状况（如工作累计时间、最后养护日起）进行在线监控，并存入相应文档，以备保护养护；对设施故障提出参照办理建议。
（7）能耗管理
软件系统能够对系统的设施运行记录及控制模式进行综合考虑，使系统能
在最低的能耗下发挥最大的效益。
（8）工控组态软件
系统监控组态软件是一个精心设计开发的及时系统工作平台。
软件自己及
有关文档均为中文版本，为国际或国内著名组态软件。
拥有全图形化界面、全集成、面向对象的开发方式，使得系统开发人员使用方便、简单易学。
功能覆盖广，软件组合灵巧，高效性、内在构造和体制的先进性应当保证用户可迅速开发出适用而有效的自动化监控系统。
数据采集方面，同时支持多种PLC的通信，如施耐德、西门子、AB等多产业品的数据通信，拥有很强的兼容性；支持同时采集各样PLC、仪表、变频器、板卡、RTU等设施的数据；支持电话拨号、电台、GPRS、VPN等远程多种通信方式；具备相位采集功能。
工作站应可对整个系统设置安全管理。
支持使用用户，权限，优先级，安全区的方式为用户供给安全考证。
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工作站监控、组态一定的软件均鉴于WindowsXP操作系统。
系统能够在各样语言版本的操作系统上运行，能够在画面中同时使用汉字
及其余多国文字和符号；具备全中文的开发和运行环境。
组态软件能支持OPC标准，同时具备OPCServer和OPCClient功能，可
以迅速、靠谱地与众多不一样生产商制造的硬件设施实现靠谱的通信。
支持变量的迅速搜寻，而且为方便用户二次开发，组态软件一定支持全中
文变量名和函数名及构造变量和引用变量；支持变量的批量生成、归并、导
入、导出；支持自定义函数。
具备设施模型和图形模型功能，经过设施模型迅速创立变量和对于该变量的逻辑计算办理。
经过图形模型能够迅速部署已经制作好的图形动画.
支持类C语言等作为内置编程语言，支持系统事件，变量改变事件，报警事件，热键事件，条件事件，自定义函数、准时脚本和调动脚本等多种脚本种类，为用户供给方便的开发平台。
组态软件支持各样运算函数，包含：
事件驱动的算术和逻辑运算、逻辑关系运算、报警状态办理、准时器、对数和指数运算、三角函数、按位运算、字符串办理、数制变换、取均匀值、最大值、最小值、取中间值、记录历史值、统计操作次数和操作连续时间等功能在内的统计运算。
软件画面支持在开发和运行时的无极缩放，画面能够按比率缩放；支持图
层的操作，能够把不一样的图素分派到不一样的图层上去，进行开发和管理，图层
能够控制显示和隐蔽；支持GDI+，支持过渡色和透明色；
组态软件具备多样图库,含有污水办理工程基本图库元素，节俭画图开发时间。
采纳项目树使得程序生成灵巧，程序组织清楚了然。
Windows下的在线帮助功能；项目文件备份功能；工程支持口令保护；能支持WebServer功能。
远程客户可透过网络,配合服务器及阅读器获得与现场一致之运作画面。
供给散布式报警,操作员可同时从多个远程地点阅读及确认警报信息。
为知足江南污水办理厂自控系统要求，实现软件界面人性化、实物化、动向化，同时考虑其安全性、通用性及易扩展性，监控软件采纳德国西门子的自动化监控组态软件WINCC。
自动化监控软件的基本技术要求以下：
·鉴于WindowsXp或vista平台；
·鉴于及时的客户／服务器构造及组件（COM）内核；
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·全面支持ActiveX控件及控件安全容器技术；
·内置微软标准编程语言,嵌入式VisualBasicforApplication；
·支持OPC客户及OPC服务器模式；
·标准SQL/ODBC接口,易于与关系数据库集成；
·丰富的图符图形工具，动画导游，功能键能够预约义，标签组编写功能，赐予时间和事件调动办理功能；
·报警和信息管理，报警过滤，和远程报警管理；·支持WindowsXp或vista用户级安全系统；·支持SOA功能；
·图表对象和趋向显示，历史数据采集；
·有与上层管理信息系统接口，能够同时连结多种下位控制器，易于系统扩
充。
a.监控计算机软件功能要求
·组态软件
--通信组态：
生成各样通信关系。
可实现现场仪表与PLC之间、PLC与监控计算机之间，以及计算机与计算机之间的数据通信。
--控制系统组态：
生成各样控制回路。
各控制回路构成构造、控制方式与策略。
·保护软件：
对现场控制系统软硬件的运行状态进行监督、故障诊疗，以及
软件的测试保护等。
·仿真软件：
对控制系统的零件（通信节点、网段、功能模块等）进行仿真运行。
可对系统进行组态、调试、研究。
·设施管理软件：
对现场设施进行保护管理。
配置特意的设施管理软件。
·监控软件
--及时数据采集：
将现场的及时数据送入计算机，并置入及时数据库的相应地点。
--惯例控制计算与数据办理：
标准PID，积分分别，超前滞后，比率，一阶、二阶惯性滤波，高选、低选，输出限位等
--优化控制：
依据数学模型,达成监控层的各样先进控制功能：
专家系统、展望控制、模糊控制等
--逻辑控制：
时间程序控制，如达成开、泊车的次序启停过程。
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--报警监督：
监督生产过程的参数变化，并对信号越限进行相应的办理，如声光报警等。
--运行参数的画面显示：
带有及时数据的流程图、棒图显示，历史趋向显示等。
--报表输出：
生产报表的打印输出。
--操作与参数改正：
实现操作人员对生产过程的人工干涉，改正给定值，控制参数、报警设定等。
·文件管理
--数据库管理：
在线与历史数据管理、综合利用、保留等。
--统计控制软件：
依据数理统计方法剖析现场采集的工艺变量数据，监督和评判系统的控制与运行状态，指导操作人
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