桐梓污水厂技术方案

XX 县城污水处理厂自控系统技术方案 1 目 录 1、工程概述 . 3 1.1 项目概述 . 3 2、系统设计原则和遵循的标准 . 3 2.1 实用性 . 4 2.2 先进性 . 4 2.3 安全可靠性 . 4 2.4 开放性和可扩充性 . 5 2.5 遵循的标准和规范 . 5 3、设备选型 . 7 3.1 设备选型说明 . 7 3.2 PLC 系统 . 8 3.3 监控软件 . 15 3.4 检测仪表及其它设备 . 20 4、系统设计 . 21 4.1 自动化控制系统 . 21 4.1.1 系统概述 . 21 4.1.2 系统网络结构 . 21 4.1.3 系统配置及功能简介 . 22 4.1.4 中控室设备配置及功能详述 . 23 4.1.5 PLC 控制站 . 29 PLC1 控制站 . 30 PLC2 控制站 . 31 生产管理计算机网络 . 33 4.2 检测仪表 . 34 4.2.1 概述 . 34 4.2.2 设计原则 . 34 4.3 系统防雷及接地 . 34 4.3.1 自控系统防雷 . 34 4.3.2 自控系统接地 . 35 5 自控设备及仪表的施工组织及安装 . 36 5.1 施工组织 . 36 5.2 仪表安装及测试 . 42 5.3 电缆 . 46 5.4 管线敷设及电缆桥架 . 47 5.5 电缆托架 . 52 5.6 防雷和接地 . 53 5.7 施工验收 . 54 桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 3 1、工程概述 1.1 项目概述 本工程为桐梓县城污水处理厂，工程规模为 0.8万吨 /日。全厂由粗格栅、进水泵房、细格栅、钟式沉砂池、 AmOn生物池、污泥脱水机房、计量井、紫外线消毒曲、变配电室、综合楼、门卫等组成。污水处理厂设计污水出水水质应满足污水排放国家标准： 项目 BOD5 (mg/L) COD (mg/L) SS (mg/L) NH3-N (mg/L) T N (mg/L) T-P (mg/L) 设计出水水质 20 60 20 8（ 15）1 20 1 本工程仪表自动控制系统由控制管理系统及仪表检测系统两大部分组成，其计算机监控系统由中央控制室和两个测控分站组成。全厂的自动化系统采用集中控制（遥控），自动控制和就地控制三种控制方式，分别由中央控制室、分控制室及现场控制箱实现。中央控制室设在厂区综合办公楼内，在中央控制室内集中设置两套监控管理计算机操作站。现场各种数据通过 PLC采集，现场与中央控制室通过高速通讯网络连接，通信网 络采用开放式的总线结构，以便于远期工程的扩展。 2、系统设计原则和遵循的标准 本污厂自动化系统在充分考虑系统特性的基础上，既考虑设备运行、人员操作、系统管理的先进性，同时也考虑到高新技术应用的合理性、经济性和实用性，因地制宜，突出重点，不盲目追求大而全。在保证满足管理系统要求的前提下，尽可能节约投资，获得良好的技术经济指标，并能保证系统长期稳定高效地运行。 本污厂自动化监控系统技术上主要遵循“集中管理、分散控制、数据共享、扩展灵活”的原则。在设计选型上，除了采用先进、成熟、兼容性强的桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 4 可编程逻辑控制器 PLC（ Programmable Logical Controller）作为系统的核心控制硬件外，还充分考虑了整个系统在工艺环节上、现场执行设备、仪器仪表上的相互关系和作用，以及今后整个自动控制系统作为供水企业信息管理系统的一部分与其它系统的衔接。在达到实现预期目标的前提下，项目设计和建设过程中遵循以下原则： 2.1 实用性 针对污厂的水质特点和污厂规模，建立规范的数据模型和管理机制，使系统具有优良的性能。根据国家相关技术标准和规范，利用成熟先进的实用技术；系统的操作界面尽量完备和简洁友好，符合管理人员操作习惯；系统体现现代水处理技术发展的实际要求和水行业管理工作的需求。 2.2 先进性 为使整个系统能满足污厂统一管理工作不断深化与发展的需要，适应新技术发展，整个系统应该具备技术先进、功能综合性和适度前瞻性，保证系统在技术上具备一定的先进性。系统采用具有国际先进性的软、硬件产品，技术处理方法尽可能采用当前的最新研究成果。 2.3 安全可靠性 污厂自动化系统项目的设计和建设过程中要充分考虑设备和系统可靠，保证数据采集和传输的安全可靠，能提供实时、有效、准确的数据信息。系统正式运行后，要做到以下几点以保证整个系统安全可靠的运行 ： 一、保证硬件系统的安全可靠； 二、建立软件系统中的用户、角色和权限等安全管理体系，确保不被非法篡改； 三、做到数据的备份，确保数据的安全可靠； 四、建立完善的病毒防范机制，防止病毒侵害发生；五是建立安全管理制度和机制，防止人为的破坏行为。 系统的可靠性与设备的选型、系统软件的选择、应用软件的可靠性等多桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 5 种因素有关。一方面，系统应选用可靠的通讯方式、计算机，同时配备成熟的系统软件保障系统的可靠运行；另一方面，还要从管理入手，制定科学合理的规章管理制度，以确保系统可靠地运行。安全性是一项重要的系统指标，工程设 计和设备选型充分考虑安全性。 2.4 开放性和可扩充性 污厂自动化系统设计要符合结构化、模块化、标准化要求，做到标准统一，连接畅通，具有开放的接口和灵活定制功能，以满足不同的需求。 除此之外，系统要具有较好的可扩展性，以适应社会发展对系统扩展的需要，为今后实现更高层次的城市水资源管理提供可行的技术基础。 2.5 遵循的 标准和规范 本方案中 所有材料和设备 皆 符合投标截止时最新的国际仪器仪表协会、GB、 IEC、 ISO 等有关标准，并以其中要求最高 来 执行之。 设备的安装应符合最新的国际仪器仪表协会标准和执行规范或其它国际认可的同类标准中的要求，包括但不限于： CECS81： 96 工业计算机监控系统抗干扰技术规范 GB50174-93 电子计算机机房设计规范 GB T8566-95 信息技术软件生存期过程 GB8566 计算机软件开发规范 GB T12504 计算机软件质量保证计划规范 GBJ42-81 工业企业通信设计规范 GBJ79-85 工业企业通信接地设计规范 GB4208 93 外壳防护等级 GB7450 87 电子设备雷击保护条例 IEC1158 现场总线标准 桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 6 IEC1000 1995 电磁兼容性 IEC1312 3 雷电电磁脉冲的防护 IEC529 89 外壳保护等级 IEEE472 浪涌保护规格 IEC61754 光纤连接器接口 GB50168 92 电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范 GBJ131 90 自动化仪表安装工程质量检验评定标准 GBJ93-86 工业自动化仪表工程施工及验收规范 GBJ13-86 室外给水设计规范 GB50052-95 工业与民用供配电系统设计规范 GB/T12504 计算机软件质量保证计划规范 ANS1488 可编程仪器的数字接口 JGJ/T16-92 民用建筑电气设计规范 GB2887-89 计算站场地技术要求 GB50174-93 电子计算机机房设计规范 GB/T50311-2000 建筑 与建筑群综合布线系统设计规范 GB50334-2002 城市污水处理厂工程质量验收规范 GB50093-2002 自动化仪表工程施工及验收规范 GB50057-94 建筑防雷设计规范 GB/T15153-94 远动设备及系统工作条件 GB/T13729-92 远动终端通用技术条件 GBJ232-82 电气装置安装工程施工及验收规范 GB4720-84 低压电器电控设备 桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 7 JECC144 低压开关和控制 设备的外壳防护等级 GB50198-94 民用闭路电视系统工程技术规范 GBJ115-87 工业电视系统工程设计规范 GB1583-79 彩色电视图像传输标准 ISO/IEC11801 客户建筑通用布线系统信息技术国标标准 EIA/TIA568A 商务楼通用信建筑布线标准 EIA/TIA569 商务楼通信通道和空间标准 EIA/TIA570 住宅及小型商业区综合布线标准 CECS89-97 建筑和建筑群综合布线系统工程施工及规范 EIA/TIATSB67 无屏蔽双绞线布线系统现场测试传输性能规范 YD/T9261-2-1997 大楼通信综合布线系统 3、设备选型 3.1 设备选型说明 系统系统设计采用了远程传输、数据联网、分散控制、集中管理等先进技术。为此在设备选型时考虑了以下原则： 系统功能满足污水处理厂系统要求； 设备采用国际上先进的主流产品，符合自动化系统发展方向； 系统设计考虑良好的安全性、可靠性和先进性； 系统设计考虑开放性、可扩展性和合 理的性能价格比； 系统与其它处理设备通讯方便可靠； 系统平台选用统一的软件平台结构，能在统一平台上实现管理； 人机界面采用成熟的软件、界面友好、稳定可靠，具有汉化功能； 系统易于开发和维护； 桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 8 系统考虑完整框架结构，方便以后建立更大更灵活的系统； 系统所选用的设备保证整个系统的安全操作和运行，并考虑长期为业主提供备品备件和技术服务，确保系统的长期安全运行和现场调试检修。 经仔细的考虑，并参照以往工程经验，我们在选用时考虑了以下因素： 质量第一，主要设备选用的世界知名品牌或引进技术产品； 配套和辅助设备选用的国 内知名并得到广泛应用的品牌； 技术性能及质量保证完全符合系统技术要求； 服务方便，选用产品世界知名品牌基本上在成都地区或重庆地区设有办事处，并能长期供应备品备件，对提供的各类产品我公司具有产品供应和技术服务能力，以便于加强服务； 选用的产品具有工程业绩合良好的声誉，并于水处理行业中已大量应用，便于控制系统运行及产品备品备件的供应； 设备可分为 PLC 系统、监控软件、编程软件、通讯设备、检测仪表、避雷装置、电气控制设备、控制柜、电缆、不间断电源等部分。 3.2 PLC 系统 可编程序控制器（ PLC）选用国际知名 的 西门子（ SIEMENS） 公司 S7系列 PLC。 西门子是世界上最大的电气和电子公司之一，也是中国最知名、最受爱戴和尊敬的企业公民之一，西门子与中国的合作历史可以追溯到 1872 年。西门子公司的中国业务正迅速发展成为西门子全球业务的基石。西门子的全部业务集团都已进入中国，并活跃在中国的信息与通讯、自动化与控制、电力、交通、医疗、照明以及家用电器等各个行业中。西门子集团的业务遍布全球 100 多个国家，拥有 104,000 名桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 9 员工。 西门子集团位列全球 500 强企业。西门子公司是电力和自动化技术领域的全球领导厂商，致力于为 工业和电力行业客户提供解决方案。西门子在中国参与了众多国家重点项目的建设，如三峡电站建设和输配电工程、南水北调工程、青藏铁路、北京奥运工程中的首都国际机场的改扩建项目、变电站项目、轻轨项目等。此外，西门子还为亚洲最大的石化项目上海赛科、广州地铁、上海地铁、北京人民大会堂、上海通用汽车、宝钢等众多客户提供了可靠的电力或自动化技术解决方案。 西门子的 S7-300 系统易于调整，总线模块在不断点或不中断总线运行的情况下可以更换。即使系统扩展，所要做的也只是简单的扩展总线模块，增加的总线模块由系统自动检测，且被系统 总线唯一识别，并通过模块地址开关或通过可编程序控制器中的系统常数来定义独立的模块类型。同时允许 I/O设备直接从用户程序中定义地址，不用对总线另外进行组态。整个安装是由一个简单的双绞线连接起来，通过本地智能单元组，经中央处理单元处理后将所有的来自传感器的信息传送到执行器。 S7-300 方便扩展，保证与其它自动化系统的集成，可支持下面的通讯接口： MODBUS、 ASCII、 ARCNET、 RCOM、AF100、 CANopen、 DeviceNet、 Profibus-DP和 Ethernet等。 系统组成： 中央处理单 元 (CPU) 各种 CPU 有各种不同的性能，例如，有的 CPU 上集成有输入 /输出点，有的 CPU 上集成有 PROFIBUS-DP 通讯接口等。 信号模块 (SM) 用于数字量和模拟量输入 /输出 通讯处理器 (CP) 桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 10 用于连接网络和点对点连接 功能模块 (FM) 用于高速计数，定位操作 (开环或闭环定位 ) 和闭环控制。 负载电源模块 (PS) 用于将 SIMATIC S7-300 连接到 120/230 伏交流电源，或 24/48/60/110 伏直流电源。 接口模块 (IM) 用于多机架配置时连接主机架 (CR) 和扩展机架 (ER)。 S7-300 通过分布式的主机架 (CR) 和 3 个扩展机架 (ER)，可以操作多达 32 个模块。运行时无需风扇。 SIMATIC S7-300 适用于通用领域： 高电磁兼容性和强抗振动，冲击性，使其具有最高的工业环境适应性。 S7-300 有两种类型： 标准型：温度范围从 0到 60 环境条件扩展型 ：温度范围从 -25 到 +60 更强的耐受振动和污染特性。 功能 ： - SIMATIC S7-300 的大量功能支 持和帮助用户进行编程、启动和维护 高速的指令处理： 0.60.1 s 的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。 浮点数运算 ：用此功能可以有效地实现更为复杂的算术运算 方便用户的参数赋值 ：一个带标准用户接口的软件工具给所有模块进行桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 11 参数赋值，这样就节省了入门和培训的费用。 人机界面 (HMI) ：方便的人机界面服务已经集成在 S7-300 操作系统内。因此人机对话的编程要求大大减少。 SIMATIC人机界面 (hmi) 从 S7-300 中取得数据， S7-300 按用户指定的刷新 速度传送这些数据。 S7-300 操作系统自动地处理数据的传送。 诊断功能 ： CPU 的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件 (例如 ：超时，模块更换，等等 )。 口令保护 ：多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改。 操作方式选择开关 ：操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式。这样就防止非法删除或改写用户程序。 通讯 ： - SIMATIC S7-300 具有多种不同的通讯接口： 多种通讯处理器用来连 接 AS-I 接口、和工业以太网总线系统 串行通讯处理器用来连接点到点的通讯系统 多点接口 (MPI) 集成在 CPU 中，用于同时连接编程器、 PC 机、人机界面系统及其他 SIMATIC S7/M7/C7 等自动化控制系统。 CPU 支持下列通讯类型： 过程通讯：通过总线 (AS-I 或 PROFIBUS ) 对 I/O 模块周期寻址 (过程映象交换 ) 数据通讯 ：在自动控制系统之间或人机界面 (HMI) 和几个自动控制系统之间，数据通讯会周期地进行或被用户程序或功能块调用。 结构 ： 桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 12 DIN 标 准导轨安装 只需简单地将模块钩在 DIN 标准的安装导轨上，转动到位，然后用螺栓锁紧。 集成的背板总线 ： 背板总线集成在模块上，模块通过总线连接器相连，总线连接器插在机壳的背后。 更换模块简单并且不会弄错 更换模块时，只需松开安装螺钉。很简单地拔下已经接线的前连接器。在连接器上的编码防止将已接线的连接器插到其他的模块上。 可靠的接线端子： 对于信号模块可以使用螺钉型接线端子或弹簧型接线端子 TOP 连接 ： 采用一个带螺钉或夹紧连接的 1 至 3 线系统进行预接线。或者直接在信号模块上进行接线。 确定的安装深度 ： 所有的端子和连接器都在模块上的凹槽内，并有端盖保护，因此所有的模块都有相同的安装深度。 没有槽位的限制 ： 信号模块和通讯处理模块可以不受限制地插到任何一个槽上，系统自行组态。 PLC 和人机界面主要性能参数： 1) 电源 输入电源电压范围： 170-265V AC 桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 13 输入电源频率： 47-63Hz 输出电流范围： 5A 工作温 度： 0-60 2) CPU 基本内存： 34KB 数字 I/O 点数： 3410路； 模拟 I/O 点数： 632 路； 电源电压范围： 20.4-28.8V DC； 位逻辑指令执行时间： 0.3 S/步； 字逻辑指令执行时间： 1 S/步； 带 有 CS31主 /从接口，支持 MODBUS 3) I/O 模块指标： -数字输入模块（ DI）： 输入点数： 32 点 输入电压： 24VDC 每个输入点都具有状态指示 连 接方式：接线端子排 -数字输出模块（ DO）： 输出点数： 16 点 桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 14 触点开关能力： 24VDC/0.5A 每个输入点都具有状态指示 连 接方式：接线端子排 -模拟输入模块（ AI）： 输入点数： 8 点 输入范围： 0 20mA， 4-20mA， 1-5V， 0-10V， -10 +10V 分辨率： 14 位 断线检测、在线诊断、超限设定、滤波功能 连 接方式：接线端子排 模 拟量的输入与模块每点之间加有 AI 隔离电路 -模拟输出模块（ AO）： 输出点数： 4 点 输出范围： 4-20mA 分辨率： 14 位 隔离功能： 1500VAC， 50/60Hz，端子和外壳间 连 接方式：接线端子排 模拟量 的输出与模块每点之间加有 AI 隔离电路 4) 人机界面（ MMI） 显示器件： TFT 彩色， 256Color 桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 15 显示区域： 10.4” 显示分辨率： 640*480点 符合规格： UL/CSA、 IEC 通讯接口： RS-485口、 RS-232C 口 工作温度： 050 保护等级： IP65 运行时 间 : 25000小时 3.3 监控软件 WINCC 功能介绍： 监控组态软件不仅有监控和数据采集 (SCADA)功能，而且有组态、开发和开放功能。监控组态软件是伴随着计算机技术、 DCS 和 PLC 等工业控制技术的突飞猛进而发展起来的。随着个人计算机 (PC)的普及和开放系统的推广，基于 PC 的监控组态软件在工业控制领域不断发展壮大。监控组态软件广泛运用于工业、农业、楼宇和办公等领域的自动化系统。 随着计算机硬件和软件技术的发展，自动化产品呈现出小型化、网络化、PC 化、开放式和低成本的发展趋势，并逐渐形成了各种标准的硬件、软件和网络结构系统。监控组态软件已经成为其中的桥梁和纽带，是自动化系统集成中不可缺少的关键组成部分。 西门子公司的 WinCC 是 WlndowsControIConter(视窗控制中心 )的简称。 它集成了 SCADA、组态、脚本 (Script)语言和 OPC 等先进技术，为用户提供了桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 16 Windows 操作系统 (W1ndows 2000 或 XP)环境下使用各种通用软件的功能。WinCC 继承了西门子公司的全集成自动化 (TIA)产品的技术先进和无缝集成的特点。 WinCC 运行于个人计算机环境，可以与多种自动化设备及控制软件集成，具有丰富的设置项目、可视窗口和菜单选项，使用方式灵活，功能齐全。用户在其友好的界面下进行组态、编程和数据管理，可形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表等。它为操作者提供了图文并茂、形象直观的操作环境，不仅缩短了软件设计周期，而且提高了工作效率。 WinCC的另一个特点在于其整体开放性，它可以方便地与各种软件和用户程序组合在一起，建立友好的人机界面，满足实际需要。用户也可将 WinCC 作为系统扩展的基础， 通过开放式接口，开发其自身需要的应用系统。 WinCC 因其具有独特的设计思想而具有广阔的应用前景。借助于模块化的设计，能以灵活的方式对其加以扩展。它不仅能用于单用户系统，而且能构成多用户系统，甚至包括多个服务器和客户机在内的分布式系统。 WinCC集生产过程和自动化于一体，实现了相互间的集成。 海纳百川，有容乃大。 HMI/SCADA 软件系统的发展史，就是近 30 年来气势恢弘的工业自动化系统、软件工业及 IT 技术发展史的缩影。无论是平台的变迁，还是技术的更迭，现代 HMI/SCADA 系统都折射出同时代工业自动化系统和 软件工业的最先进技术。从工业自动化系统的发展来看， PLC技术、总线和通讯技术、诊断技术等，早已成为 HMI/SCADA 软件的核心技术；从软件工业和 IT 技术的发展来看，客户机 /服务器系统、瘦客户机、 Web 技术、组件技术、数据库技术、软件冗余技术乃至方兴未艾的 XML 和 .NET 技术等，都已深桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 17 深地渗透到 HMI/SCADA软件开发、工程实施及运行的各个阶段。 西门 子公司的 HMI/SCADA 软件系统 WinCC，正是这样的系统。 它帮助我们站在了自动化技术与软件和 IT 技术融合的峰顶浪尖上，让我们同时享受到二者的无限风光。纵观 WinCC系统的特点，我们可以看到以下明显的特征。 深厚的自动化系统领导厂商背景作为传统的自动化系统领导厂商，无论是现代自动化系统的核心 -可编程控制器，还是工业自动系统的神经系统 -总线技术，西门子公司都始终走在技术和创新的最前沿。全集成自动化TIA(TotallyIntegratedAutomation)，更是把这种优势推向了前所未有的高度和广度 。正是基于这样博大精深的自动化系统， WinCC承袭了西门子公司的TIA产品家族技术先进和相互间无缝集成的特点。这也就意味着， WinCC不是孤立的软件系统，它时刻与以下系统集成在一起： 与自动化系统的无缝集成。西门子公司的 PI。 C 产品，经历了从早期致力于提高运行速度，到增强系统通信和联网能力，再到融合了运动控制技术等诸多技术的 T 系列产品以及故障安全型的 F 系统的发展阶段。在这样的背景下， WinCC 与相应的硬件系统紧密结合，通过统一的组态和编程、统一的数据管理及统一的通讯，极大地降低了用户软硬件组态的工程量，实现 了整个产品范围内的高度集成。 与自动化网络系统的集成。从现场总线 PROFIBUS 到工业以太网，再到PROFINET 技术和基于组件的自动化技术 CBA(Component-Based Automation)，以及无线通讯解决方案，由于 WinCC 内置了基于 S5/S7 协议的通讯系统，并提供了大量面向这些系统和技术的组件，从而为 WinCC 和这些系统的最优化通讯和良好的互操作性提供了保证。至于在 WinCC 平台上实现基于 PROFIBUS的诊断功能，以及基于以太网的网络管理功能等，更是锦上添花之笔。 桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 18 与 MES 系统的集成。制 造执行系统 MES(Manufacturing Execution Systems)，作为连接企业生产系统和管理系统的桥梁，包含了生产订单管理、原材料管理、生产运营记录、设备管理、工厂信息管理、生产规范管理系统和实验室信息管理等系统，代表着现代化智能工厂发展的最新潮流。来自西门子公司的 MES系统 SIMATIC IT 正是代表这一潮流的优秀系统。通过适当的适配系统， WinCC可以轻松地集成在该系统下。换言之，实施了基于 WinCC 的HMI/SCADA系统，就为实施 MES系统打下了坚实的基础。 与相应的软硬件系统一起 ，实现系统级的诊断功能。诊断功能包括产品和系统的层次，贯穿于工程实施阶段、调试阶段和运行阶段。配合适当的软硬件系统，如 Pr。 Ag-ent 等， WinCC 可以方便地实现基于不同通讯协议、从软件到硬件、从自动化站到操作站乃至整个 SCADA网络的诊断。 WinCC 不仅是可以独立使用的 HMI/SCADA 系统，而且是西门子公司众多软件系统的重要组件。比如， WinCC 是西门子公司 DCS系统 PCS7 的人机界面核心组件，也是电力系统监控软件 P。 werCC和能源自动化系统 SICAM 的重要组成部分。这也许正是 WinCC 在不到 10 年的时间，发展成为 HMI/SCADA 软件领域全球领导品牌的原因之一。二、坚持开放性和先进性高于一切的理念开放性和标准化是软件系统的生命线。当 WinCC 作为与技术和行业无关的通用自动化系统信息软件平台时，这一点就显得更为突出了。而 WinCC，正是从以下几个方面体现出了其开放的特性： 整个系统通过完整和丰富的编程系统实现了双向的开放性。借助 C 脚本，WinCC几乎可以通过 Win32 API无限制地访问到 Windows操作系统及该平台上各种应用的功能，这正是现代 SCADA 系统的魅力所在；而 VB 脚本则从易用性和开发的 快速性上相得益彰。反过来，通过 ODK， WinCC的整个组态和运行系桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 19 统又完全呈现给任何用户自行开发的系统，为希望以 WinCC 作为平台软件进行工厂管理级软件和信息系统开发的用户提供了绝佳的平台。 数据库系统全面开放。数据库是 SCADA 系统的灵魂。从最基本的单用户系统开始， WinCC就内置了高效的数据库系统。它既可与操作站部署在同一台PC 上，又可以紧耦合 (中央归档服务器 )或松耦合 (长期归档服务器 )的方式独立于操作站配置。通过 ADO， OI。 EDB， SQL 等， WinCC的数据库系统完全开放，这就为构成灵活而高效的 IT 和商务系统做好了充分的准备。 广泛采用最新的开放性软件技术和标准，面向多种操作系统平台。 WinCC是第一个完全基于 32 位内核的 HMI/SCADA软件，因而，各种开放和最新的软件技术就成为 WinCC 的代名词。西门子公司作为 OPC 规范的五个发起公司之一，在各类产品中广泛支持 OPC， WinCC更是囊括了 OPCDA， OPCHDA， OPCASLE和 OPCXML 等多种规范。与此同时， WinCC支持包括 Windows C 正在内的多种Wind。 ws 平台，能满足用户从移动式设备 (如 PDA)到远程瘦客户机等各种应用需求。 软件 应用开发功能： 远控各 PLC 现场子站，实时接收 PLC 采集的各种数据，建立全厂生产过程监控信息数据库；处理并显示各种数据。 监测全厂工艺流程和各细部的动态模拟图形。 从检测项目中，按需要显示历史记录和趋势分析曲线。 重要设备主要参数的工况及事故报警、打印制表。 编制和打印生产日、月、年统计报表。 在投影机屏上实时显示工艺流程及各种设备的工作状态、报警。 数据处理：数据分类、检索及显示；基本的点状态清单；对 PLC 子站桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 20 的程序数据下载；历史数据存档、检索、访问、管理。 报警处理：当故障发生时，发出声光报警，并记录打 印输出。 事件处理：包括事件登录、检索、事件驱动报表。 报表及打印：生产报表，全厂成本分析报表，事故报警，检测量的曲线图，事故追忆记录。 显示：除显示文字、表格、图形、曲线及报警外，还显示各站点主要设备的状态，显示各站点的所用工艺参数及工艺布置图，流程图等。 3.4 检测仪表及其它设备 超声波液位计、压力变送器和电磁流量计选用国内技术成熟、具有广泛生活服务业绩的产品， PH 测量仪、 ORP测量仪均选用美国 HACH 公司原装进口产品，悬浮物和浊度检测仪、溶解氧测量仪选用瑞士 E+H 公司原装进口产品，COD 测量仪选用日 本日本岛津公司原装进口产品。 避雷装置： 选用兴业雷安公司系列产品，分别用于电源、信号和网通信接口，质量可靠，并已用于多项工程。 控制柜： 控制柜选用德国 Rittal 公司柜体，依据德国及欧洲相关标准制造，高于GB7251-1997低压成套开关设备和控制设备的要求，柜体防护等级为 IP54，满足工况要求；柜体内外、支架内外涂银灰色，桔皱烘漆，漆层强度高，不易剥落。柜内设计安装有防雷电及防过电压保护器 ,柜内设有 M10 接地螺栓，用于系统可靠接地；设有接地母排，用于系统屏蔽接地。 电缆： 选择国内知名的重庆三峡电 缆 (集团 )有限公司优质控制电缆 KVV 系列、信号电缆 KVVP系列、仪表电缆 DJYVP系列、电源电缆 JYV 系列。 桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 21 4、系统设计 4.1 自动化控制系统 4.1.1系统概述 污厂生产过程自动化控制系统选用基于 PLC 的集散控制系统， PLC控制器支持工业以太网（ 10M/100M），通过工业交换机与中控系统构成完整的、可靠的自动化控制系统，网络拓扑结构为光纤环网。 生产过程自动化控制系统由中央监控计算机、工业以太网及各控制子站组成。 中央监控计算机通过交换机与工业以太网相连，配置实时监控软件，实现对生产现场设备状态的实时 监测、远程控制、生产过程数据存储分析、报表报警打印等功能。 控制站根据污厂的生产管理、工艺流程和构筑物位置分布特点设置，分别为：粗格栅、进水泵房、细格栅、沉沙池（ PLC1）； AmOn、脱水机房、消毒渠、出水在线（ PLC1） ；综合楼监控中心站。 4.1.2系统网络结构 系统网络结构图参见附件“自控系统网络结构图”。 系统网络结构说明： 如“自控系统网络结构图”所示，全厂控制系统分三级：中控室集中控制和管理、车间级现场控制（ PLC 控制站）和现场设备控制单元（电控箱及远程测控单元）。 其中，中央监控计算机、管理 部门计算机、服务器等站点的计算机组成污水处理厂的计算机办公局域网。中央监控计算机及车间级现场控制站组成厂区工业以太网，完成对各车间范围内的生产过程、仪表、设备的监视与控制；厂区工业以太网采用光纤作为传输介质，保证网络的可靠性、安全性。现场设备控制单元组成工业控制总线控制网，完成其范围内的生产过程、仪表、设备的监视与控制。 鼓风机控制站和泥处理控制站以及紫外线消毒装置桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 22 由设备提供商提供配套 PLC 控制站，通过工业以太网直接接入自动化控制系统。 计算机办公局域网、厂区工业以太网、现场总线通过网络连接设备进行数据通讯。 全系统构成一个完整的无缝的分级网络结构体系。 4.1.3系统配置及功能简介 中央控制室作为污厂生产监控和调度中心，它的主要任务是通过工业以太网络，实时接收各现场自动控制子系统的数据，对全厂生产环节进行全面监视和控制，是全厂生产数据处理中心。两台上位机通过工业以太网络将 PLC站采集的全厂整个工艺流程中所需数据进行显示、存储、管理，并将上位机的操作指令传送到下面各个 PLC 站，完成数据通信、网络管理、人机界面和数据处理的功能。 中心控制室运行控制方式主要体现在污厂各工艺环节和过程的远程自动控制、远程参数设置和报警 监视等方面。中心控制室的上位计算机采用立体感强的全图形监控界面，提供友好的全中文操作界面，形象直观地显示和调节各种生产工艺参数和设备工作状况 ,能够直接监控现场各类设备。同时 ,具备数据分析、数据转储，报表打印，高速通讯等功能。并可通过投影仪将工控机的监控画面投影到屏幕上。 当生产系统的某部分发生异常报警时，系统则自动以消息框、颜色、声音等方式向操作人员报告，并提供报警类型、时间和级别，还可以进行记录。按照报警的级别、时间和类型对报警信息进行分类，以得到所需要的报警信息。 中心控制室设有对 SCADA系统的接口， 以便连接公司中央调度室。 中心控制室操作系统及基础软件、监控组态软件、应用软件均为国际专业厂家产，主要功能如下： （ 1）图形显示：包含整个污水处理系统的运行状态总貌，显示主要设备状态，有关参数以及控制回路中过程变量与值的偏差。可以采用一次击键即能调出用于监控的其它显示画面。 桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 23 （ 2）报警功能：对系统中的主要设备故障、网络故障、仪表检测参数超标、运行操作等均有实时报警和历史报警并记录 ,通过报警打印机进行声音提醒，报警系统能判断出故障点，并能区分报警级别（如事件记录、报警提示、故障等）。 （ 3）趋势功能：对全厂所 有仪表检测参数都有实时和历史趋势记录，对趋势记录的时间段和测量值段任意可调。 （ 4）管理功能：对生产管理具有指导作用，能统计主要机泵累计运行时间，自动给出维护建议。 （ 5）报表功能：具有报表统计功能，能自动生成日报表、月报表和年报表 （ 6）历史数据的存储与查询：对趋势曲线和报警信息以及生成报表可以存储和查询，保证 10年内的数据可查询。 4.1.4中控室设备配置及功能详述 中心控制室有两台中央监控计算机（一台工程师站、一台操作员站）、两台 打印机、 一台 UPS（不间断电源） 等外设构成。 工程师站用于数据管理和工程师 开发使用；操作员站用于全厂自动化的操作控制。中央监控计算机 采用工业级专用计算机，它采用高强度钢壳体结构设计，具有两个风扇，一个内部通风，一个电源风扇，可应用于各种恶劣工业环境。 打印机 主要完成报表、报警、曲线等打印任务。 配置 UPS 的目的是停电时有足够的时间在监控计算机上进行数据存贮等操作。 两台 计算机 上都采用稳定可靠的 Windows 2000 Profession SP4 操作系统，开发软件采用国际知名的 WINCC 工控 组态 软件，完成对生产现场的模拟显示（包括现场模拟图、机泵运行状态、仪表检测参数等）， 远程 控制（提 升 泵、 推流器等 设备启停及调速控制 ）和生产管理 (参数的实时 /历史曲线 查询、报表生成、报警等 )。 中心控制室还设有投影仪，能够对污厂生产过程的主要环节和参数进行直观显示。可以通过计算机和投影仪将计算机的监控画面影到大屏幕上。 中央监控计算机全部汉化，可以打开任意多画面，一次击键调出画面。画面刷新时间 1s。操作画面系三维动态图形，可以根据用户要求制作任意桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 24 多画面。操作员可以通过键盘、鼠标 /球标完成操作、控制指令发送、报警确认等功能。 中央监控计算机可以根据实际情况设置多个用户登陆以及不同区域的操作。本工程中中央监 控计算机也可以作工程师站使用。 功能详细介绍： 每个显示器可以综合显示字符和图像信息，操作人员通过显示器实现对各子系统运行过程的操作和监视。 每幅画面显示过程变量的实时数据和运行设备的状态，这些数据和状态每秒更新一次。显示的颜色或图形随过程状态的变化而变化。棒状图和趋势图可以显示在任意一个画面的任何一个部位上。 可显示系统内所有的过程点，包括模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出、中间变量和计算值。对显示的每一个过程点，应显示其标志号（通常为 Tag）、英文说明、数值、性质、工程单位、高低限值等。 提 供对各子系统运行工况的画面开窗显示、滚动画面显示和图形缩放显示，以便操作人员能全面监视，快速识别和正确进行操作。 提供对各子系统运行时的操作指导，并由显示器的图像和文字显示出来。 运行人员可通过键盘、鼠标，对画面中的任何被控装置进行手动控制。画面上的设备处于自动顺控状态时，模拟图上应反映出运行设备的最新状态及自动程序目前进行至哪一步。若自动程序失败，则应有报警并显示故障出现在程序的哪一步。 业主可在工程师工作站，使用该站的画面生成程序，自己制做和修改画面。软件提供丰富的符合 ISA 过程设备和仪表符号标准的图素 。当用户需使用的图素未包括在 ISA 标准符号中时，用户可以从 Office， Photoshop 等文字和图形工具中建立自己的新图素，并能被存储和检索。 每个显示器可以显示任意多画面。 A、显示 桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 25 显示分子系统工艺流程显示、成组显示、棒状图显示、趋势显示、报警显示等多种显示。 采用多层显示结构，显示的层数根据工艺过程和运行要求来确定，这种多层显示可使运行人员方便地翻页，以获得操作所必需的细节和对特定的工况进行分析。 多层显示应包括工艺流程显示、功能组、子功能组显示和细节显示。 工艺流程显示 工艺流程以特定的符号及线段 、颜色绘制。可显示各子系统整体流程，也可分区显示或者采用缩放功能显示。 流程中标有主要参数数值、设备状况、报警提示。设备在运行过程中，不同的状况以不同的颜色表示。 功能组、子功能组显示 功能组、子功能组显示应可观察某一指定功能组或子功能组的所有相关信息，可采用模拟图、成组显示、棒状图显示，或采用模拟 M/A 站面板的画面，画面上有带工程单位的所有相关参数，并用数字量显示出来。 功能组、子功能组显示包括过程输入变量、报警条件、输出值、设定值、回路标号、缩写的文字标题、控制方式、报警值及操作指导等。 每幅功能组、子 功能组显示画面，能显示所有控制站或功能块，从功能组显示画面中可以直接进入各功能组的详细显示，按照显示、操作和调试要求，并且提供尽可能多的功能组显示画面。 组态的功能组、子功能组显示画面中包括所有调节控制回路和程序控制回路。 细节显示 细节显示应可观察以某一回路为基础的所有信息，细节显示画面所包括的每一个回路的有关信息，以便运行人员能据以进行正确的操作。对于调节回路，显示出设定值、过程变量、输出值、运行方式、高 /低限值、报警状态、桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 26 工程单位、回路组态数据等调节参数。对于开关量控制的回路，显示出回路组态数据和设备 状态。 标准画面显示 提供报警显示、趋势显示、成组显示、棒状图显示等标准画面显示，并已预先做好并提交业主和设计部门审查通过。 成组显示 在技术上相关的模拟量和开关量信号，组合成成组显示画面，并保存在存储器内，便于运行人员调用。 成组显示便于运行人员按需要进行组合，并且根据需要存入存储器或从存储器中删除。 成组显示有色彩增亮显示和棒状图显示。 一幅成组显示画面可包含 20 个以上的测点。 任何一点在越过报警限值时，均应变为红色或闪光。 棒状图显示 运行人员可以调阅动态棒状图画面，即以动态棒状图的外形尺寸反映各种过 程变量的变化。 进入系统的任何一点模拟量信号，均可设置成棒状图形式显示出来。 趋势显示 系统能提供无限点历史数据的趋势和无限点实时数据的趋势显示。趋势显示可用整幅画面显示，也可在任何其它画面的某一部位，用任意尺寸显示。所有模拟量信号及计算值，均可设置为趋势显示。 在同一幅 显示器 显示画面上，在同一时间轴上，采用不同的显示颜色，能同时显示 8 个模拟量数值的趋势。 在一幅趋势显示的画面中，运行人员可重新设置变量、趋势显示数目、时间变量、时间基准及趋势显示的颜色。 桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 27 提供实时数据趋势曲线显示，每个实时趋势值的时间分辨率 为 1秒。 提供历史数据趋势曲线显示，每个历史趋势值的时间标度可由运行人员按 0.5 分钟、 1分钟、 2分钟、 5 分钟、 10 分钟、 15 分钟、 30 分钟和 60 分钟等进行选择。 趋势显示画面还同时用数字显示出变量的数值。 趋势显示可存储在内部存储器中，便于运行人员调用，运行人员亦可按要求组态趋势，并保存在外部存储器中，以便今后调用。 报警显示 系统能通过接点状态的变化，或者参照预先存储的参考值，对模拟量输入、计算点、平均值、变化速率、其它变换值进行扫描比较，分辨出状态的异常、正常或状态的变化。若确认某一点越过预先设定的限值 ， 显示器 屏幕应显示报警画面，并发出声响信号。 报警显示按时间顺序排列，最新发出的报警应优先显示在报警画面的顶部，每一个报警点可有 8 个不同的优先级，并用不同的颜色显示该点的 Tag加以区分。 报警可一次击键进行确认。在某一站上对某一点发生的报警进行确认后，则所有其它站上该点发出的报警也同时确认。该报警点显示的背景颜色有变化并清去音响信号。某一点发出的背景确认后，该报警点显示的背景颜色有变化并清去音响信号。 采用闪光、颜色变化等手段，区分出未经确认的报警和已经确认的报警。 当某一未经确认的报警变量恢复至正常时， 在报警清单中清除该报警变量，并由仍处于报警状态的其他报警点自行填补其位置空缺。 所有出现的报警及报警恢复，均由报警打印机打印出来。 若某一已经确认的报警再一次发出报警时，将作为最新报警再一次显示在报警画面的顶部，这一报警的标签颜色的改变能表示出该报警点重复报警的次数。 桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 28 所有带报警限值的模拟量输入信号和计算变量，均分别设置“报警死区”，以减少参数在接近报警限值时产生的频繁报警。 在设备停运及设备启动时，有模拟量和开关量的“报警闭锁”功能，以减少不必要的报警，在中央监控计算机上实现这一功能，启动结束后，“报警闭 锁”功将自动解除。“报警闭锁”不影响对该变量的扫描采集。 对所有输入信号和计算变量均提供可变的报警限值。这些报警限值可以是过程参数（如负荷、温度、流量）的一个函数。 报警 /事件具有优先显示权，除在流程上单点显示外，应对报警或事件状况列表显示，表中至少包括标志符（位号）、数值、说明、时间（年、月、日、时、分、秒）等。 报警具有容易引起警觉的声响输出，应考虑语音提示功能；报警显示可由操作员抑制或消除；对过程变量超限数值应给出警告、危险二级报警。在中央监控计算机，通过一次击键能调用多页的报警一览。报警一览的信息以表格形式显示，并包括如下内容：点的标志号、点的描述、带工程单位的当前值、带工程单位的报警限值、报警状态（高或低）及报警发生时间。每一页报警一览有 20 个报警点，报警一览至少有 1000 个报警点（包括系统诊断报警点）。 其它显示 Help 显示： 为帮助运行人员在设备的启、停或紧急工况时，能成功地操作，系统提供在线。 系统诊断信息显示： 系统状态显示表示出与数据总线相连接的各个站的状态。各个站内所有的 I/O 模件的运行状态均包括在系统状态显示中，任何一个站或模件发生故障，相应的状态显示画面改变颜色和亮度，以引起运行人 员的注意。 B、记录及打印 桐梓县城污水处理厂自控系统技术方案 29 所有记录和打印使用可编辑的标题，记录的标题按用户指定的格式。记录功能可由程序指令或运行人员指令控制，数据库中所具有的所有过程点均可以记录和打印。 定时报表 定时报表使用用户指定的格式将所有的历史记录制作成打印表格，可分为交接班记录、日报表、月报表、操作记录以及设备运行记录等。 事件触发实时打印报表 可以根据用户要求，当有新报警、登录、开关机、确认报警和系统本身故障发生时，系统会自动实时打印出来。 内部文件打印报表 主要指数据库每一参数内容的报告、安全权限报告、系统配置报告、 I/O驱动的地址说明、历史数据趋势的打印等。 4.1.5 PLC 控制站 1、控制原则 正常情况下，现场设备设三级控制：现场检测执行层、 PLC 就地控制层、中央控制层。上、下控制级之间，下级控制的优先权高于上级。每一级均设有“手动 /自动”两种控制方式，就地控制级设有“就地 /遥控”两种方式，各设备均可通过“就地 /遥控”选择开关