污水处理自控系统

一、系统

       建设二期污水处理扩建项目，拟配套电气自控设备。根据污水处理水量的规模和相关技术规范等要求，拟配套对主要设备可进行监控、非主要设备进行报警采集和管理。

二、系统组成

污水站计算机管理控制系统由中央计算机控制室，PLC子站、现场仪表、被控对象等部分组成。

1、中央计算机控制室

     中央控制室（简称中控室）设在污水站的中控室内。完成本污水处理站的自动控制和生产管理，它监视、管理、控制站内各个污水处理设备的全部生产过程和工艺过程。中央控制系统通过工业以太网，采用网线与现场控制站连接。

2、PLC子站

     PLC子站设在污水站的电气室内。由电源模块、通信模块、CPU模块、I/O扩展模块、触摸屏及附属装置组成。PLC子站应有系统所需的监控软件，编程软件等。PLC的I/O容量根据I/O表计算，并增加相应余量。

     污水处理站的自动控制和生产管理可由PLC子站上的触摸屏控制，当中央控制室通讯丢失时，其控制不受影响。

     PLC子站还应为现场仪表提供电源。

3、现场仪表

     现场仪表由污水处理站内的流量计、雷达液位计、温度传感器、压力传感器、PH计、溶氧仪等仪器仪表组成。

     现场自动检测仪表对生产中各个参数自动、连续地进行检测，同时将信号反馈给现场PLC和中心控制室计算机，并在PLC子站触摸屏和计算机显示器上显示出来；PLC和计算机比较程序中设定的工艺参数，自动地调节某台设备的工况(启动、停止或调  速)，从而自动满足生产过程需要。

4、现场仪表

     被控对象由污水处理站内的风机、水泵、推流器、搅拌机以及成套工艺设备组成。

     被控对象的运行状态、故障状态反馈给现场PLC和中心控制室计算机，并在PLC子站触摸屏和计算机显示器上显示出来；PLC和计算机可以根据操作员或自动程序控制被控对象的启停，以达到集中控制的需要。

三、自动控制系统功能

      主要设备控制方式采用就地控制、现场控制、中央控制的三层控制模式；其它设备采用数据监测、报警采集的模式。

1、控制方式描述

     就地控制模式：设备的现场控制箱或按钮盒上的“就地/远程”开关选择“就地”方式时，通过现场控制箱或按钮盒上的按钮实现对设备的启/停操作。

     现场控制模式：现场控制箱或MCC控制柜上的“就地/远程”开关选择“远程”方式时，设备控制权在PLC控制站。操作人员通过PLC控制站的触摸屏，利用触摸屏对设备进行操作。

     中央控制模式：场控制箱或MCC控制柜上的“就地/远程”开关选择“远程”方式时，设备控制权在中央控制室。操作人员通过中央控制室的计算机，利用计算机对设备进行操作。

     控制级别由高到低为：就地控制>现场控制=中央控制模式。

2、中央控制/现场控制

     采集全污水站生产过程的工艺参数、电气参数，电气设备运行状态。

     在彩色监视器（LCD）显示总工艺流程图，分段工艺流程图，工艺参数，电气参数，电气设备运行状态。

     设定工艺参数、控制电气设备。

     自动建立数据库，保存工艺参数、电气参数，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S数据、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。

     按生产管理要求打印年、月、日、班运行报表。

     通过通信总线与电气室的现场PLC控制系统进行通信。

     预留接口上传污水处理厂的水量、水质、和各种运行数据，实现资源共享、综合管理。

3、就地控制

     在设备调试、维修阶段提供现场操作的手段，在意外情况下可以最快的方式进行现场紧急停车。

四、自控系统技术规范

1、中央控制系统

      采用双核处理器的工业控制计算机或高档商用机，要求订货时的最优产品.通过有线控制单元，将现场控制站、监控管理系统等构成环网。在中控室设置一台在线UPS电源，即使出现瞬间断电，也可预留充足的时间完成图象管理控制、数据保存、系统再 生、数据处理等不同任务。可保证控制和数据采集的高可靠性。

      应用软件必须有硬件测试和故障诊断程序，可在中控室监控计算机上对各PLC进行编程、监控和程序的读取、下载。

      软件的基本功能

      采用标准的Windows 10平台

      包含支持世界主要硬件厂商的各种网络驱动程序，支持Ethernet、现场总线、控制总线。

      基于实时的客户／服务器结构及组件（COM）内核,即插即解决结构，方便集成第三方应用

      全面支持Active X控件，提供专业水处理过程控制图形库

      完整的支持OPC客户及OPC服务器模式

      标准SQL/ODBC API接口，方便关系数据库集成

      采用友好的中文化的人机界面，图形界面。

      有系统员和操作员安全保密功能

      调度处理器使任务可以基于时间或事件触发，根据需要在前台或后台运行

      支持1920x1024高分辨率彩色图形显示器

      支持各种Windows标准打印机及外围设备

      内置微软标准编程语言,嵌入式Visual Basic for Application

      支持多种用户SDK开发工具包和支持VB、VC的开发接口

      为用户提供丰富方便的图形组态、系统组态功能，易于构成各种服务器、图形工作站

      先进的报警和信息管理，提供无限制的报警区域选择，报警过滤，和远程报警管理等功能

      丰富的报警功能、分析报表功能，在线编辑功能、打印功能。实时数据、历史数据分析、综合功能，数据记录保存功能。

      易于实现多用户、多任务、多终端。

     支持SCADA Server 冗余，VIEW节点冗余；双 LAN网冗余；I/O通道冗余，I/O点冗余；SCADA Server间的报警同步

     允余功能、在线、离线切换功能，自动手动切换功能。

     用户能够进行重新组态和修改程序，而不需要另外购配软件。  

     必须具有网络防火墙、实时病毒监控、杀病毒功能。            

     中央控制室应能随时监视整个污水厂的运行状态、显示各种检测值及参数，以图形、表格形式显示现行及历史值，追忆各种临界提示、错误及越限报警，显示及打印分析报表。

2、PLC可编程终端

     PLC采用世界知名公司的最新产品，应考虑选择货源充足中文资料丰富、备品备件方便，技术服务方便、国内有维修能力的生产商的产品。PLC的选型应充分考虑其可靠性、先进性、可扩充性，应能满足中高控制性能的要求。考虑到国内用户的技术水平，PLC系统应结构简洁、使用方便、特别是程序编制方法应简单易学。PLC的输入输出控制点应留有20％以上的余量，应为PLC系统提供过压保护。

     PLC具有输出错误预置功能。

     PLC编程软件支持全部5种IEC标准编程语言，并且5种编程语言可同时混编。

     具有开放的以太网协议，唯一的端口号Modbus 502。以太网模板内置Web server，支持IE浏览器对PLC进行状态监视和维护。

     选用模块化的分布式控制系统，且支持符合国际标准的现场总线协议。各个输入模块全部为隔离型，输出模块均有隔离保护，模拟输入信号的分辨率不小于14位，模拟输出信号的分辨率不小于12位。各种I/O模块必须可带电插拔。

     配置工业以太网(100Mbps)接口模块、现场总线接口模块、串行数据通信接口模块、MB网接口模块。提供完整配套的联接配件、电缆及安装附件。

3、PLC基本参数

     CPU采用高性能的32位微处理器，通讯速度满足所配置设备实时监控的需要。应本着为工程负责的原则，根据工程经验合理地配置PLC及通讯设备。

     各模块带有LED，指示运行和故障状态，各输入/输出模块均无槽位限制。便于系统维护，减少停工时间。

     输入和输出遵照下列要求：

     隔离的数字量输入(DI)，无源接点。

     通过继电器的无源数字量输出(DO)，接点容量为220V，2A。

     隔离的模拟量输入(AI)，4～20mA，带有信号隔离器。

     隔离的模拟量输出(AO)，4～20mA。

     每个PLC机架将有20％的剩余插槽，和对应的输入和输出模块，以满足I／O扩展的要求。

     输入/输出模块配快速连接端子块。

     通讯总线电缆选用光缆，提高抗干扰能力。

     通讯模块或接口采用内置的光纤电缆连接器。

4、对PLC模块的技术要求

     a）处理器模块――CPU

          逻辑解算时间：0.1~0.5 ms/K

          字操作速度： <2μs

          程序扫描速度：0.3至1.3 ms/K

          内存容量(flash/SRAM)：128K/2M

          集成在处理器中内存容量：≥64K

          带RS－232/RS－485接口 ；

          具备自定义协议的通讯功能，能与非本公司产品进行数据交换；

          具有错误历史记录功能，自诊断功能；

          支持以太网、现场总线、设备总线，支持多网配置；并带有Modbus和Modbus Plus接口。

          程序语言支持 IEC1131－3标准

     b）电源模块――PS

          为背板提供标准电压电源，保护系统免受噪音与电源波动的干扰。

          输入电压 170至276 VAC

          输入频率 47至63 Hz

          输入电压畸变 <基波有效值的10%

         浪涌电流 20A @230VAC

    c）网络通讯模块――NT

         通讯协议：工业以太网和MB网

         通讯速率：100Mbps

   d）数字输入模块――DI

        符合IEC国际电气标准，并支持“带电插拔”特性

        输入点数：隔离型8点、16点、32点、128点

        输入电压：24VDC

        允许工作电压范围：19.2至30.0VDC

        输入保护：光电隔离，电阻限流

        响应时间：1ms

        连接方式：拆卸式端子排

   e）数字输出模块――DO

        符合IEC国际电气标准，并支持“带电插拔”特性

        输出点数：隔离型8点、16点、32点

        额定工作电压：24VDC

        输出保护：RC冲击抑制

        允许工作电压范围：19.2至30.0VDC

        单点负载电流：MAX=0.5 A

        响应时间：1ms

        输出开关频率：≤100 Hz（电阻负载），≤0.5 Hz（电容负载）

        连接方式：拆卸式端子排

   f）模拟输入模块――AI

        输入点数：隔离型4点、8点、16点

        输入范围：1~5V，0~10V，4~20m A，0~20m A

        分辨率：≥14位

        误差极限：≤±0.03%

        转换速度：≤2.5 ms /点

        总精度：电压  ±0.2%，电流  ±0.4%

        共模抑制：≥-80dB @60HZ

        其他功能：断线检测，峰值保持、平均值功能、定标功能等

        外部连接：拆卸式端子排

  g）模拟输出模块――AO

        输出点数：隔离型 4路、8路、16路

        输出范围：1~5V，0~10V，4~20mA

        分辨率：≥12位

        转换速度：2.5m S/点

        总精度：电压  ±0.3%  电流  ±0.5%

        其它功能：输出限幅，上/下限报警，脉冲输出

        外部连接：拆卸式端子排

5、软件配置

      采用与PLC配套的专业的最新中文版产品。

      自动化监控软件的基本技术要求如下：   

      基于Windows NT或XP平台；

      基于实时的客户／服务器结构及组件（COM）内核；

      内置微软标准编程语言；

      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，动画向导，功能键可以预定义，标签组编辑功能，给予时间和事件调度处理功能；

      报警和信息管理，报警过滤，和远程报警管理；

      支持Windows 10用户级安全系统；

      图表对象和趋势显示，历史数据采集；

      有与上层管理信息系统接口，可以同时连接多种下位控制器，易于系统扩充。

6、监控管理计算机软件功能要求

     组态软件

     通信组态：生成各种通信关系。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：生成各种控制回路。明确系统的控制功能，各控制回路组成结构、控制方式与策略。

     维护软件对现场控制系统软硬件的运行状态进行监视、故障诊断，以及软件的测试维护等。

     仿真软件对控制系统的部件(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。

     设备管理软件对现场设备进行维护管理。配置专门的设备管理软件。

     监控软件实时数据采集：将现场的实时数据送入计算机，并置入实时数据库的相应位置。

     常规控制计算与数据处理：标准PID，积分分离，超前滞后，比例，一阶、二阶惯性滤波，高选、低选，输出限位等

     优化控制：根据数学模型，完成监控层的各种先进控制功能：专家系统、预测控制、模糊控制等

     逻辑控制：时间程序控制，如完成开、停车的顺序启停过程。

     报警监视：监视生产过程的参数变化，并对信号越限进行相应的处理，如声光报警等。

     运行参数的画面显示：带有实时数据的流程图、棒图显示，历史趋势显示等。

     报表输出：生产报表的打印输出、报警打印输出。

     操作与参数修改：实现操作人员对生产过程的人工干预，修改给定值，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、保存等。

     统计控制软件：按照数理统计方法分析现场采集的工艺变量数据，监视和评判系统的控制与运行状态，指导操作人员全面掌握生产情况，排除故障。以科学方法评估生产过程能力，指导系统改进。包括：在线与历史数据预处理、各种统计控制图、直方   图、事件触发采样、在线报警、过程能力分析、分析记录等。

7、PLC 编程软件配置及功能

     编程软件包括：PLC编程软件。

     采用国际标准IEEE1131－3的编程方式，多种语言和多种方式混合编程。

     带有故障自诊断功能，在系统运行的过程中故障诊断软件不断地监视系统运行的状态。

     系统的开放性，使系统易于升级和进一步开发

     支持多种通讯方式和协议，使系统具有较好的开放性。

     支持各种各样的通讯请求方式

     远程监视和调试功能

     控制应用软件功能要求：

     控制应用软件必须保证满足工艺控制要求，使系统安全、可靠运行。

     采集各个工段的工艺参数、设备运行状态信息及电气参数。

     操作界面采用人－机对话方式，在设备就地控制箱（或按纽箱）的手/自动转换开关为自动位置时，操作员在屏幕上选择弹出式菜单，对需要远控的电机可以进行如下操作：开，停，自动/手动。得到授权的工程师可以修改设定值。

8、系统组态功能

     监控管理计算机系统的组态生成软件应具有下述的组态功能：

     数据库生成－－数据库点记录编辑、数据库记录打印、

     数据库记录转换、数据库记录连接；

     历史数据库生成－－历史记录编辑、历史执行记录生成、

     历史数据库与实时点的连接；

     报表生成－－底表的编辑、数据库点记录值的生成、连接；