水厂自控系统方案设计.docx

1、水厂自控系统方案设计系统方案介绍1 概述本工程是神华乌海能源公司西来峰工业园区供水工程，系统由配水泵站、调节池、调节泵站、水旋池、澄清池、排泥泵站、投药间、加压泵站等主要设备及工艺系统组成。1.1工程主要原始资料1室外环境温度：多年平均气温 9.6极端最高气温(历年极端最高气温) 40.2极端最低气温(历年极端最低气温) -32.62海拔高度：1124.35m3安装现场地震列度：VIII度4 室内环境湿度：最高100，最低105污秽等级：III级（按设计）2规范和标准应遵循的主要现行标准，但不仅限于下列标准的要求：NDGJ16-89 火力发电厂热工自动化设计技术规定CECS81：96 工业计算

2、机监控系统抗干扰技术规范1998.09.30 火力发电厂热工仪表及控制装置技术监督规定GB 11920-98 电站电气部分集中控制装置通用技术条件GB 4720-84 低压电器控设备JB 616-84 电力系统二次电路用屏（台）通用技术条件TEC 144 低压开关和控制设备的外壳防护等级ANSI 488 可编程仪器的数字接口ISA -55.2 过程运算的二进制逻辑图ISA -55.3 过程操作的二进制逻辑图ISA -55.4 仪表回路图NEMA -ICS4 工业控制设备及系统的端子板NEMA -ICS6 工业控制设备及系统的外壳DL 5028 电力工程制图标准TCP/IP 网络通讯协议IEEE

3、802 局域网标准05X101-2 地下通信线敷设HG/T20509-2000 仪表供电设计规范 HG/T29507-2000 自动化仪表选型规定 HG/T20513-2000 仪表系统接地 HG/T 20508-2000 控制室设计规定 HG/T 20700-2000 可编程控制系统工程设计规定 GB50217-1994 电力工程电缆设计规定 HG/T20505-2000 过程测量和控制功能标志及图形符号 GBT 503142000智能建筑设计标准DB32/191-1998建筑智能化系统工程设计标准CECS/119-2000城市住宅建筑综合布线系统工程设计规范GB/T50311-2000建筑

4、与建筑群综合面线系统工程设计规范JGJ/T16-92民用建筑电气设计规范GB/50198-94民用闭路监视电视系统工程技术规范GB14050-93系统接地的型式及安全技术要求GA/T75-94安全防范工程程序与要求GA/T308-2001安全防范工程验收规则GBJ 115工业电视系统工程设计规范GA/74-94安全检查防范系统通作图形符号GBT 503142000智能建筑设计标准DB32/191-1998建筑智能化系统工程设计标准JGJ/T16-92民用建筑电气设计规范安全标准UL/CSA (UL 1950, CSA22.2-950, IEC950)EMC FCC part 15 Class

5、A, Industry,中国CCC认证加拿大工业等级 A, EN55022 Class A, EN55024, EN61000-3-2所有标准均会被修改，供货商在设备设计和制造中所涉及的各项规程、规范和标准必须遵循现行最新版本的中国国家标准和行业标准。3 运行和设计条件3.1 设备运行的环境要求1室外环境温度：多年平均气温 9.6极端最高气温(历年极端最高气温) 40.2极端最低气温(历年极端最低气温) -32.62海拔高度：1124.35m3安装现场地震列度：VIII度4 室内环境湿度：最高100，最低105污秽等级：III级（按设计）3.2 工程条件1.厂用电系统概况2.系统频率 50Hz

6、3.控制系统电压 AC220V、DC24V4.接地方式 安全地直接接入厂区接地网 屏蔽、信号地单独接地5.安装地点 室内或地下4 自动化控制系统工艺方案及流程图4.1工艺流程图：4.2 自动化控制系统的设计目标在提高水厂技术水平的前提下，充分考虑本工程水处理工艺的特性。配置均按水厂现场无人值守，设备运行全自动化、污水厂中控室集中监视操作的水厂运行管理模式实施，具体的目标是：1集中管理、分散控制基于工业以太网的中央监控系统中央控制室负责全厂运行监控、生产管理和信息服务；基于PLC和现场总线的智能化现场控制系统分控站完成各工艺段及辖区内的工艺数据采集，工艺设备控制，工艺过程协调。2网络化、数字化、

7、智能化中央控制室和各分控站的连接基于光纤环的工业以太网；在线测量仪表、在线式分析仪器和电动执行器是具有微处理器的分布式智能设备。3功能完善、管理有序中央控制室实施全厂的运行监视、生产调度、质量控制、设备管理和信息服务，采用分级授权方式实现系统和现场设备的操作和管理；通过DLP显示屏和投影机阵列相组合的方式，同时显示静态和动态运行工况；闭路电视监控系统，监视主要生产设施的运行。自动控制回路具有手动、自动和遥控三种运行模式，设置就地操作装置，用于现场控制和调试；电控设备具有现场手动控制（机旁控制箱）、就地手动控制（就地控制操作界面）和遥控及自动控制（现场控制系统或中央控制系统）；仪表配置简洁、可靠

8、、实用，满足水厂处理工艺的要求，连续监测水处理过程；成套设备（装置）的控制系统利用厂商配套提供的成熟设备。4可靠性设计采用全数字化现场总线分散式控制，使得整个污水处理厂的自动化控制不依赖于一个控制装置或系统，有利于提高控制系统的整体可靠性。即使中央控制室因故障停止运行，各现场监控系统仍可按照原来的模式独立运行。各分控站承担辖区内现场设备的直接控制，可以独立运行，从而降低了中央控制系统和其它分控站运行故障所带来的风险。采用先进的智能化的仪表和控制设备，利用其具有的自检、自校和故障隔离功能，进一步提高设备故障的检出率，缩小局部故障的影响范围。在极端情况时，如控制系统出现故障，造成局部设备运行失控，

9、通过现场的手动操作仍可以维持全厂的生产过程。5防雷、过电压保护及接地根据系统需要，对中央控制室、分控站的电源进线设置两级避雷器和退耦分压器。对非光缆通讯网络端口、仪表电源、以及420mA模拟信号端口配置相应的防雷过电压保护器件。接地装置按照国家标准，根据系统接地要求可分别接地。自控仪表系统工作接地采用独立的接地系统，不与电气系统接地系统相连。4.3 自动化控制系统的设计原则系统应高度可靠，其本身的局部故障不应影响现场设备的正常运行；系统成熟、可靠、先进、性价比高。系统配置和设备选型符合计算机发展迅速的特点，充分利用计算机领域的先进技术，使系统达到当前的国际先进水平；系统为全分布、全开放自动化控

10、制系统，既便于功能和硬件的扩充，又能充分保护应用资源和投资，分布式数据库及软件模块化结构化设计，使系统能适应功能的增加和规模的扩充；系统实时性好、抗干扰能力强，采用国际流行组态软件，人机接口界面友好，操作方便；遵循国内、国际标准。5 系统方案水厂计算机控制管理系统拟采用三级监控结构，由工厂管理级、区域监控级、现场测控级组成，对应于中央控制系统、现场控制系统、现场控制设备和仪表三个层面，三者之间由信息（数据）网络和控制网络连接。信息（数据）网络仍采用工业以太网，控制网络仍采用现场总线和I/O相结合方式。由可编程序控制器（PLC）、现场总线网络、现场控制I/O设备和自动化仪表组成的现场控制系统-分

11、控站，对水厂各过程进行分散控制；再由工业以太网、数据服务器、监控计算机组成的中央控制系统-中央控制室，对全厂实行集中管理。工业以太网系统仍采用环形光纤网络，100Mbps传输速率，全双工通信。1中央控制系统全厂控制中心设在净水厂区中心控制室内。配水厂区控制中心设在配水泵站中心控制室内，配水厂区与净水厂区之间采用光缆进行通讯。全厂控制中心设有2台操作站计算机、1台视频管理计算机、1台工程师站、大屏幕投影系统、不间断供电电源、1套事件数据图表打印记录装置。配水厂区控制中心设有1台操作站计算机、1台视频管理计算机、不间断供电电源。中心控制系统通过工业以太网与各现场分控站PLC连接。2台操作站可分别用

12、于不同的监控或监视，互为备用，构成监控的操作站。大屏幕背投由VGA矩阵控制，负责将改造后全厂生产工艺动态数据送到背投显示。大屏幕背投影仪与多台计算机连接，能够独立工作，而不依附于中控室的数据服务器和操作监控计算机。中控室完成全厂自动控制和生产的管理，它集中监视、管理、控制整个水厂的全部生产过程和工艺过程。对生产过程的自动控制、自动保护、自动操作、总调节、以及工艺流程中的各重要参数、设备工况等都进行在线实时监控。数据库服务器和监控工作站采用具有C/S（客户机/服务器）结构形式100M交换式的计算机局域网络。2现场控制系统具有PLC，配置操作界面可视化、无人值守的分控站，可以独立运行。现场总线是将

13、自动化最底层的现场控制设备和自动化测控仪表互连的实时通信网络，遵循ISO的OSI开放系统互连通信协议。用户可以自由选择不同制造商的性能价格比最优的现场设备或仪表，实现“即换即用”。3现场控制设备及测控仪表主要电控设备的控制采用就地控制、现场控制、中央控制的三层控制模式，控制级别由高到低为：手动控制、遥控控制、自动控制：1）手动模式：通过就地电控箱或MCC开关柜的按钮实现对设备的启停操作。2）遥控模式：即远程手动控制方式。操作人员通过分控站操作面板或中控室监控操作站用鼠标器或键盘来控制现场设备。3）自动方式：设备的运行完全由各分控站PLC根据水厂的工况及工艺参数来完成对设备的启停控制，而不需要人

14、工干予。对于不具有现场总线接口的现场控制设备和测控仪表，采用远程I/O单元或分散式I/O模块作为现场总线接口。5.1 系统组成及功能按照工艺及控制对象的功能、设备量，根据改造工程工艺流程和平面布置，设立3个分控站，净水厂2个、配水厂1个。每个分控站由设1套可编程控制器PLC，1台现场操作显示单元OP、1台UPS电源、以及辖区内的自控仪表、设备等组成。每个分控站均可独立运行，且均具有监控的功能，均可作为临时中控室，可进行全厂数据采集，程序下载等功能。5.2 测控内容 1 净水厂区1.1 闸阀井闸阀井控制范围：2台流量计。由于电磁流量计距离中控室PLC柜距离太长，无法通过控制电缆上传流量信号，因此

15、采用现场总线方式连接，在电磁流量计就地增加一个现场总线AI模块，通过双绞线上传至中控室现场总线主控器，将现场总线主控器与PLC连接，实现流量信号的上传。供水管流量；1.2调节泵站调节泵站控制范围：4台螺旋离心式潜水泵，4台出水管电动阀门，泵站出口阀门井1台电动阀门，4台压力变送器，1台液位计。阀门及水泵的工作状态；水泵出口压力；调节泵站液位高低；每台泵的工作电流、电压（通过智能仪表）；低压配电系统进线开关状态；1.3水旋池水旋池控制范围：1台进水管电动阀门、1台出水管电动阀门，2台流量计，并且通过RS485通讯接口（具体的通讯接口及通讯规约待监控系统厂家与控制屏厂家协商确定）连接水旋池搅拌机控

16、制屏，通过通讯方式监视搅拌机运行工况，也可通过通讯方式控制搅拌机启停，并且反映搅拌机工作状态；水旋池搅拌机自带控制屏，自成一套控制系统，正常运行工况时，上位机计算机监控系统只对其运行状态进行监视，不参与控制。控制系统按2座水旋池考虑。阀门工作状态；水旋池进、出水管流量；1.4 澄清池澄清池控制范围：1台进水管电动阀门、1台出水管电动阀门，2台流量计，1台浊度仪，并且通过RS485通讯接口（具体的通讯接口及通讯规约待与控制屏厂家协商确定）连接澄清池刮泥机及搅拌机控制屏，通过通讯方式监视刮泥机及搅拌机运行工况，也可通过通讯方式控制刮泥机及搅拌机启停，并且反应刮泥机及搅拌机工作状态；澄清池刮泥机及搅

17、拌机自带控制屏，自成一套控制系统，正常运行工况时，上位机计算机监控系统只对其运行状态进行监视，不参与控制。控制系统按2座澄清池考虑。阀门工作状态；澄清池出口浊度；澄清池进、出水管流量；1.5投药间加药系统控制范围：通过RS485通讯接口（具体的通讯接口及通讯规约待与控制屏厂家协商确定）控制阀门及加药泵的工作；加药系统自带控制屏，自成一套控制系统，正常运行工况时，上位机计算机监控系统只对其运行状态进行监视，不参与控制。 加药池液位高低；阀门及加药泵的工作状态（通过RS485通讯接口，具体的通讯接口及通讯规约待与控制屏厂家协商确定）；加药泵转速及注塞行程的调节与显示（通过RS485通讯接口，具体的

18、通讯接口及通讯规约待与控制屏厂家协商确定）；1.6排泥泵站排泥泵站控制范围：4台排泥渣浆泵，4台进水管电动阀门、4台出水管电动阀门，4台廊道电动阀门，3台压力变送器。水泵进、出口压力；阀门及水泵的工作状态；每台泵的工作电流、电压（通过智能仪表）；低压配电系统进线开关状态；1.7 吸水井吸水井控制范围：1台液位计。吸水井水位状态；1.8 二级泵站二级泵站控制范围：3台卧式离心泵，3台进水管电动阀门、3台出水管电动阀门，3台出水管液控止回阀，6台压力变送器，3台压力开关，2台流量计，1台32路温度巡检仪，阀门井5台电动阀门。水泵进、出口压力；出水流量；电机温度；阀门及水泵的工作状态；每台泵的工作电

19、流、电压（通过智能仪表）；低压配电系统进线开关状态；2 配水厂区2.1 清水池清水池控制范围：进水阀门井5台电动阀门，出水阀门井2台电动阀门，2台液位计， 2台流量计。清水池水位状态；阀门工作状态；进水流量；2.2 配水泵站 配水泵站控制范围： 9台卧式离心泵，9台进水管电动阀门、9台出水管电动阀门，9台出水管液控止回阀，18台压力变送器，9台压力开关，6台流量计，进水阀门井2台电动阀门，3个出水阀门井共21台电动阀门。水泵进、出口压力；出口流量；阀门及水泵的工作状态；每台泵的工作电流、电压（通过智能仪表）；低压配电系统进线开关状态；5.3 I/O表 系统配置I/O如下:系统初步AI初步DI初

20、步DO配置AI配置DI配置DORS485净水厂区闸阀井2预留约20%的余量调节泵站54518水旋池42082澄清池62082投药间1排泥泵站38032吸水井1二级泵站87931总数2924497配水厂区清水池43514预留约20%的余量配水泵站24322127总数28357141合计576012386软件系统方案6.1 操作系统(OS)软件运行于工作站中的操作系统(OS)软件,是计算机正常运行的基础和一切应用软件的基础平台。操作系统软件均采用Microsoft Windows系列操作系统。Microsoft Windows系列操作系统是一个多任务窗口式操作平台。工作站采用Windows XP操

21、作系统,Microsoft Windows系列操作系统是基于客户机/服务器体系结构的多进程多线程操作系统，计算机网络符合国际开放式标准，所建立的LAN符合IEEE802.3u标准，网络通讯支持TCP/IP通信规约，支持各种网络资源的共享，是能支持几乎所有新一代微处理器，同时又能兼容当前所有的网络协议的操作系统。Windows XP建立在成熟的Windows 2000操作系统基础之上，Windows XP提供了可靠的功能特性，足以确保计算机长时间稳定运行。Windows XP不仅在稳定性方面取得了长足进展，还可以提供轻松的针对系统问题进行恢复。Windows XP具有以下特点和优点：依赖最为可靠

22、的Windows体系结构。Windows(R) XP建立在 Windows 2000和 Windows NT(R) Workstation 所使用的核心软件代码之上。这些代码，即所谓的 NT 内核或新的 Windows 引擎，使 Windows XP 与 Windows Me、Windows 98 或 Windows 95 相比更强大、更安全，也更稳定。在系统故障情况下能将计算机回滚至原先正常状态。当重要的系统文件被更改或安装了不兼容的程序时，Windows(R) XP可帮助避免出现问题。此外，如果已经发生了严重的问题，Windows XP 能更容易地将计算机还原到正常操作状态。提供设备驱动程

23、序回滚、上次的正确配置、系统还原的恢复方式。关键性系统文件将永远处于安全状态。编写拙劣的程序和有缺陷的设备驱动程序是导致计算机出现问题的常见原因，而 Windows(R) XP可通过对重要系统文件的保护帮助您避免这些问题。获取发送至桌面的最新更新内容。很少有其他事物比软件变化得更快。并且很少有例外，您的计算机一定包含来自众多不同来源的软件。使用最新、最好的新代码更新软件可以改进系统的性能和可靠性，但更新软件也可能会带来麻烦。Windows(R) XP让这一工作变得更加轻松。使用最新硬件与设备。Windows(R) XP使新设备的安装和使用变得更加容易，同时它支持硬件技术方面的最新标准。这意味着

24、在安装新硬件时可以花费更少的配置和故障排除时间，而将更多的时间投入工作。可运行与原先版本Windows操作系统相兼容的软件产品。6.2 数据库系统软件数据库管理系统使用Microsoft SQL Server 2000。Microsoft SQL Server2000采用分布式处理结构和先进的数据库管理系统，具有扩展性，可靠性，能够与Internet有机地结合，可以迅速开发新的因特网系统，可以直接存贮XML 数据，将搜索结果以 XML 格式输出，同时具有各种分析、预测等辅助决策功能。Microsoft SQL Server 2000具有以下特点和优点：操作的简易性SQL Server 2000

25、通用安装程序(Universal Installer)和数据库配置助手(Database Configuration Assistant)都是基于Java的应用，它们通过探测硬件特征和提示信息来安装、预调整和配置SQL数据库环境。可扩展性SQL Server 2000网络计算体系结构(Network ComCPMting Architecture NCA)引入了一个开放的、易于使用的方法，用来扩展具有多媒体数据类型(称为插件cartridge)的数据库。SQL为数据插件的开发人员提供了一组全面的API。它允许合作伙伴开发的数据插件具有与Oracle开发的数据插件相同的内部访问机制。合作开发商可

26、以开发出高度客户化的数据插件，并满足日益增多的多媒体应用在性能上的要求。安全性改进SQL Server 2000引入了细粒度化的访问控制，并改进了多层环境的安全模式。细粒度化的访问控制使用参数驱动的、可扩展的应用上下文关系，从而允许应用根据用户属性控制用户的访问。中间层，特别是Web服务器或应用服务器，常常可能设置在防火墙上或防火墙外，为此，Oracle9i提供了这样一种能力，即限制一个中间层可以连接哪些用户，以及将中间层作为一个特殊用户进行审计。复制功能SQL Server 2000高级复制(Advanced Replication)功能包含重要的性能改进和重要的新功能，其目标特别针对正在部

27、署办公前台(Front-office)自动化应用的用户。性能改进SQL Server 2000继续将更多的复制代码迁移到数据库内核之中，以进一步提高复制性能。内部包能够安全地防止用户的干涉，而不至因此而需要重新生成。快照刷新性能也进行了改进。当推状态能够充分利用内部包所提供的性能优势时，拉状态的性能就会大大提高，因为它大大减少了所需回程(round-trip)的数目。这种优化对大型刷新群组的用户特别有益。自动复制在SQL Server 2000中有许多特性被设计用于帮助用户实现前台办公自动化应用，特别是繁杂(mass)的分布式应用。快照刷新群组模板、在Oracle复制管理器中附加的监视能力，以

28、及脱机安装都允许管理员集中定义和管理数百个远程快照站点。快照刷新组模板允许在主侧(master-side)为远程快照进行定义。网络功能SQL Server 2000提供了先进的网络特性和管理能力，并引入了SQL安全目录(Oracle Secure Directory-OSD)服务。网络管理通过自动配置Net9，以及将管理功能集成至Oracle企业管理器从而得到了大大简化。6.3监控软件方案监控软件配置易控运行版软件。本监控系统软件是精心打造的一套基于Microsoft最新操作平台.net的组态式工业自动化监控系统软件。具有领先的技术优势，是完全基于Microsoft最新操作平台.Net Fra

29、mework之上的组态软件；功能强大，唯一能将C#高级语言程序开发能力和组态式监控软件的丰富功能集成为一体，内置大量设备通信驱动程序、复合动画、MSN报警等创新功能；界面表现能力最强，达到专业级图形系统的水平，动画能力一流，网络能力强大，架构优越，易于维护和扩展和易学易用等大量优势，是新一代的监控系统平台软件。在系统中开发和其它相对独立系统的通信接口时，快捷、不易于出错；开发出来的监控工程界面精美，而且工程开发的时间相对其它软件缩短30% 。 本监控系统坚持“一切以用户为中心”的产品理念,通过采用.net这一革命性平台所引领的一系列最新技术，使软件更加健壮和稳定；功能更加丰富，具有如复合动画、

30、内置设备数据通信网关、将报警信息送入即时消息软件等许多开创性的功能；软件更加易学易用，监控系统的开发时间缩短百分之三十；软件的画面开发能力可媲美专业级图形处理软件；具有全方位的开放架构、扩展容易。本监控系统软件提供了一系列针对控制系统的监视、控制和管理的功能和工具。你可以使用本监控系统的一部分或全部达到如下目的：以图形及动画的方式直观监视控制系统的工作状况，了解警告信息等本监控系统能读取现场控制设备的内部状态和信息，并将这些信息以非常直观的图形化的形式显示出来，使得对系统的运行情况一目了然。对控制系统进行参数设置、发送指令等，干预和影响控制流程本监控系统能将数据写入现场控制设备，数据的输入是通

31、过点击、拖动、键盘或者在屏幕上的虚拟键盘来进行的。辅助控制系统进行运算控制一些复杂的数学计算对PLC等控制器来说是比较难以实现的，本监控系统则可以充分利用电脑的强大运算能力，来替这些控制器完成这部分工作。对控制系统的数据进行历史存储、统计和报表，历史记录可以对控制系统所发生的事故等进行追忆和分析本监控系统可以充分利用电脑的强大存储能力将读取到的现场控制设备的数据进行保存，对这些数据进行统计分析和报告。在用户系统发生事故和故障的时候，利用本监控系统多种形式记录的历史数据，可以对系统故障原因等进行分析定位，责任追查等。通过对数据的质量统计分析，还可以提高系统的运行效率，提升产品质量。为用户的其它应用控制系统提供数据本监控系