污水处理厂自控系统方案

武威工业园区污水处理厂自控系统技术方案兰州研创电子科技发展有限公司2010年9月29武威工业园区污水厂自控系统方案及相关技术说明一、系统概述：武威工业园区污水处理厂的自控系统由PLC站与监控操作站控制管理系统组成的自控系统和仪表检测系统两大部分组成。前者遵循“集中管理、分散控制、资源共享”的原则；后者遵循“工艺必需、先进实用、维护简便”的原则。为了满足武威工业园区污水处理厂工程实现上述要求，必须保证控制系统的先进性和可靠性，才能保证本厂设备的安全、正常、可靠运行。本方案本着质量可靠、技术先进、性价比高的原则，结合我公司在实施其它类似项目中的设计、实施和组织的成功经验，充分考虑技术进步和系统的扩展，采用分层分布式控制技术，发挥智能控制单元的优势，降低并分散系统的故障率，保证系统较高的可靠性、经济性和扩展性，从而实现对各现场控制设备的操作、控制、监视和数据通讯。1.1系统基本要求工控通讯网络为光纤冗余环型工业以太网，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，网络介质要求使用可直埋的光缆,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。本系统采用先进的监控操作站控制系统，即系统采用全开放式、关系型、面向对象系统结构，支持不同计算厂家的硬件在同一网络中运行，并支持实时多任务，多用户的操作系统。主要用于污水厂的生产控制、运行操作、监视管理。控制系统不仅有可靠的硬件设备，还应有功能强大，运行可靠，界面友好的系统软件、应用软件、编程软件和控制软件。1.2系统可靠性的要求控制系统在严格的工业环境下能够长期、稳定地运行。系统组件的设计符合真正的工业等级，满足国内、国际的安全标准。并且易配置、易接线、易维护、隔离性好，结构坚固，抗腐蚀，适应较宽的温度变化范围。系统具备良好的电磁兼容性，支持I/O模板在系统运行过程中进行带电热插拔。能够承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“现场无人职守，分站少人值班”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。1.4系统的故障诊断控制系统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。1.5系统扩展性和兼容性为了保证武威工业园区污水处理厂扩建或改造时满足工厂的控制要求，控制系统具有较强扩展能力。控制系统主要用于污水处理厂的生产控制、运行操作、监视管理。不仅有可靠的硬件设备，还有功能强大，运行可靠，界面友好的系统软件、应用软件、编程软件和控制软件。监控系统的数据库结构为面向对象的，实时式，关系型数据库。操作系统和监控软件具有冗余和容错及灾难性恢复等功能。二、系统结构及特点：2.1控制系统结构武威工业园区污水处理厂自控系统采用分层分布式结构网络控制方式。该控制系统共分为主控级(中控室)和现地控制层（分控站）。实现相应控制层设备的监视、操作、控制和网络通讯连接。网络结构图如下：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完成全厂的自动控制。包括两套互为热备的监控工作站、印机、UPS电源。中央控制系统通过工业以太网，采用光缆与各现场控制PLC站连接。这两套工作站为热冗余配备，可以分别侧重监测或组态功能，故障时互为备用，具有灵活的运行方式。为观显示全厂工艺过程全貌，方便管理，在中控制室设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备运行状态。通过大容量的UPS为中央控制室的所有设备提供了高质量的电源。2.3分控站每个分控站配置一套PLC控制柜。柜内包括可编程序控制器、操作员界面HMI、24VDC电源装置、冗余光纤交换机、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，安装连接缆线和附件等。根据污水厂工艺特点，构筑物的布置和现场控制的分布情况，设置四个PLC现场子站，PLC现场子站选用可编程序控制器（PLC），PLC为模块化结构，硬件配置较灵活，易于扩展，软件编程方便。并且PLC子站与相应的MCC置于同一地点，节省其间电缆。当中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讯中断时，各现地控制单元能独立运行，进行控制和监视，提高运行可靠性。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#回转式细格栅除污机；无轴螺旋压榨机；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电动调节阀。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。4#现场控制站位于A2/O+MBR池附属建筑内。负责监控：A2/O+MBR池。（此站控制系统供应商已集成，具备以太网通讯接口，配置触摸屏和不间断电源。)2.4控制系统特点2.4.1由于控制设备的分布特点及控制的独立性，采用现地元件层实现自动化仪表的数据采集，采用现地控制单元实现了相对独立设备的本体控制；从而大大减轻了操作员工作站监控操作站的负荷，有利于各级控制设备监控功能的合理分配和利用；2.4.2由于各现地控制单元相对独立，并且能够脱网独立运行，特别是在集控层总线网络瘫痪时，能够保证现地单元可靠地运行，大大提高了控制系统的可靠性；2.4.3采用分层分布式控制方式，使得总线网络的通讯负荷减少、通讯误码率大大降低，解决了数据通讯的瓶径问题，同时使网络结构更清晰、检修维护更方便；采用分层分布式控制方式，该控制系统具有更好的扩展性，若需对系统扩展，只要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述：3.1系统控制方式：现场手动模式：设备的现场控制箱或MCC控制柜上的“就地/远程”开关选择“就地”方式时，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。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。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“自动/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。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主控级设备：武威工业园区污水处理厂自控系统主控工作作站接收全厂设备的运行状况，同时也对现地控制设备发送各种控制命令。主控级工作站由两套互为热备的台湾研华公司生产的IPC-610H型工控机作为主要控制设备，采用Microsoft公司的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，完成数据的采集、设备的控制和监视以及与各分控站的通讯功能等。主控级设备功能:3.2.1数据采集实时采集各个终端站传送的各类数据和信号，通过在彩色监视器(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，电气设备运行状态等。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。3.2.2数据处理对来自各现地控制单元的实时数据和相关设备状态信息进行数据校验检测；实现系统的故障检测和诊断功能，如总线网络中途断线、站的失电、站地址的冲突、模块配置不对应等常见故障；汇总各现地控制单元的所有上送数据和状态信息。数据查询功能：对系统中存储的相关设备数据能够按照时间、时段、设备、报警等各种方式进行查询；数据检测功能：对现地控制单元上送数据进行实时性、可靠性等验证，保证数据的正确性；根据采集的实时数据生成相应的各类生产报表、形成历史数据记录、趋势曲线记录等；完成语音报警等功能；3.2.3控制和监视实现全厂各个现地控制单元的实时监视；通过人机终端，实时显示各现地控制单元的状态信息和实时控制。3.2.4数据通讯通过光纤总线网络实现主控级计算机与分控站PLC和智能通讯装置的实时数据通讯；3.2.5画面显示根据系统采集的各分控站控制单元设备的实时数据和状态信息，实时刷新系统的相关画面；实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，电气设备运行状态等；系统画面中设置导航画面，通过导航画面可方便实现画面的快速切换；在每个画面设置画面帮助，可为操作员提供快速操作帮助；3.2.6存储和打印实时记录和存储系统中各分控控制单元中相关设备的实时数据，并形成历史数据文件。实时存储和打印的数据主要有：各类操作记录；各类事故和故障记录；各类报表记录等。3.2.7事故、故障报警系统可实现系统中各分控控制单元所有设备的事故、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，并且能够按照报警发生的时间、次序、设备名称、事故和故障名称等等进行查询等。3.2.8保护功能系统具有多种安全设备、操作员操作权限设置、操作命令确认、操作口令确认、设备联锁等功能，可实现系统的安全、可靠、正常运行。系统设置有操作员操作权限等级设置，可根据操作要求，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，有效地避免了设备的误动；3.2.9自诊断功能系统能够提供完善的硬件和软件自诊断功能，主要包括：计算机硬件设备及接口设备的自检；系统通讯网络连接的自检；系统相关设备的自检、故障提示等功能。软件3.2.10系统软件选用具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。3.2.11数据库软件采用实时分布式关系型数据库系统，通过对监控对象的组态，实时监测和控制各监控对象，并自动生成操作记录、遥信变位、事故记录等实时数据。历史数据库能够通过DDL、DDE及OLE等与其它应用软件交换数据，并带有标准的SQL接口和ODBC接口，为系统维护、管理提供技术基础。3.2.12应用软件包括工业实时监控组态软件、现场总线组态软件、数据库软件、标准工业控制和专用水处理过程控制图形库等。工业实时监控组态软件配置有开发版（无限点）、运行版和监控版。其主要功能是：(1)运行监控采用图控软件组态设计中控室的运行监控软件，具有中文界面、操作提示和帮助系统。操作界面主要以流程图方式表示，从总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备，均可点击进入该设备的进一步细节数据或对其进行控制。工艺过程、运行数据和设备状态均以图形方式直观表示。运行参数和目标控制参数，可以点击进入其属性或进行设定修改。(2)数据库的生成及管理提供整个监控系统运行的各种数据参数、各机械电气设备状态、以及各接口设备状态的实时数据库及历史数据库，并能根