自控方案技术说明

1、自控方案技术说明根据贵公司生产流程工艺特点，尊重业主意见及现有设备状况， 所提供的控制系统对生产过程中流量、 液位、直流电机速度实时监控， 达到提高产品质量，稳定生产，改善生产环境，降低劳力强度。一 DCS系统：系统的硬件、软件均采用 SIEMENS的产品，集中操作，保证系 统的安全、可靠、连续运行。整个自动控制系统由中央控制机站、1台操作员站（OS） ,1台工程师站（ES）,系统达到先进、可靠、稳定 运行的目的。选用西门子PCS控制系统，该控制系统对生产工艺过程的流量、 液位、电机速度工艺参数检测和控制，其中流量检测控制 67点，液 位检测控制50点，直流电机速度检测控制51点：在流量控制方

2、面， 要求流量定值控制，DCS能自动控制流量值，操作人员在控制室操 作能实时操作控制，CRT准确显示实时流量和累计流量；在液位控 制方面，DCS能按工艺对各储梢液位控制要求自动控制，能自动对 液位高报警及高高液位联锁。对直流电机速度控制采用手动 /自动选 择方式控制，在自动控制状态下，由 DCS按工艺要求准确监控直流 电机转速；操作人员可根据需要将自动控制状态切换到手动状态， 操作人员依据现场转速表显示速度数值直接调整电位器改变电机转 速，以达到现场测试流量数值与相对应的电机转速。系统需配置I/O点数:AIAODIDO11811810251实际配置I/O点数有10%的余量 系统设计说明1.1.

3、1 操作员站操作员站实现集中操作和统一调度。其具体的功能为： 监控系统的状态和生产的过程，完成控制方案的具体实现。 生成系统数据库，用户画面和报告。 检测和诊断故障，维护设备。 管理信息，并实现通讯方案。该系统设置1台操作员站，研华工控Pentium IV主频1.8GHz , CRT 为 19 彩显,分辨率 1280 X1024 , RAM256MB ,硬盘 30GB , 40倍光驱，操作键盘，鼠标。安装 WinCC V5.1运行版软件，操作 界面及菜单为中文。采用SIEMENS视窗控制中心 WinCC制作的操作画面，不仅视 觉美观，功能也极其强大。其主要功能包括：图形设计系统、各种 WIND

4、OWS应用程序接口、数据处理、生产报表、报警信息系统、 各种生产过程数据的记录和归档等。1 .监视与操作西门子 WINCC过程控制系统的操作员站是过程控制的窗口， 所有的操作与管理人员及维护工程师都能够在标准、友好和面向工 艺的窗口上跟踪过程活动或者参与生产控制，同时得到报警和操作 员提示。WinCC是西门子公司在自动化领域采用最先进的技术与微软 公司共同开发的居于世界领先地位的工控软件。所以，基于 WinCC的操作员站是一个强大的全面开放的监控系统，既可以用来完成小 规模的简单过程监控应用，也可以用来完成复杂的应用。操作员站 可以针对任何生产工艺生成美观而便捷的人机对话窗口，使操作员 能够清

5、晰地参与和优化生产过程。2 . 报警西门子 WINCC过程控制系统报警信号发出功能支持操作员对 偶然发生的事件进行处理，这些事件是产生在生产过程或I&C中的不正常的、不常发生的或不希望发生的状态，这些事件在发生时将 报告给操作员。除了这些事件，操作员的介入也完全加入到报警概 念之中，可以被归入到当前报警列表和档案中。有三种不同类型的 报警分列如下：过程事件报警发生在自动过程中，例如过程信号超出极限。I&C报警产生于系统在其自身的元器件上发现并报告的故障。这类故障范围从一个部件的故障甚至到一个连接器的断线报警。操作报警在操作过程变量时产生，例如当改变一个闭环控制器 的模式时。如果

6、使用了库中所提供的操作员显示，操作报警就会自 动产生。i«JD4r卜“1 *t30 3 3 M91 时口口 3 F 3/n 中 M B 国 L/KJW Fx. < _不。可 RA? V U :WAfrUna L:N jFF 通产 14或343/闽I 3扁明;L：jcr k I d M _ 丞同8制i工3.显示1. . 西门子 WINCC控制系统的每个CRT都能综合显示字符 和图形信息，操作人员完全可以利用鼠标通过 CRT的画面实 现对生产运行过程的操作和监视。2. （每幅）画面都能显示过程变量的实时数据和设备的运行 状态，这些数据和状态在规定时间内更新一次。数据或图形 的显示随

7、过程状态而变化。棒图和趋势图可以在任意画面的 任意位置显示。3. 控制系统的所有测点，包括模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出、中间变量和计算值都可以在画面上 显示。对每一个测点，还包括显示其位号、文字说明、工程 单位、高低限值等。4. 操作员站可提供多种窗口显示。5. 操作员站软件具备顺控逻辑和步序的模拟图显示功能，画面的数量是不受限制的。运行人员可以通过鼠标对画面中的 被控装置进行手动控制。画面上的设备正处于自动程控状态 时，模拟图上显示出设备的最新状态及自动程序目前进行至 哪一步。如果自动程序失败，则有报警并显示出故障出现在 哪一步。6. 操作员站软件为用户提供了丰富的图形和仪

8、表符号图库，用户还可以建立自定义的新图库，新建的图库可以被存储和 检索。7. 操作员站的性能直接依赖于 PC硬件的性能。采用高性能的PC将明显获得高的性能。画面的数量只受硬盘容量的限 制，每幅画面容纳的过程测点数可以达到 500个以上。8. 操作员站采用多层显示结构，显示的层数可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， 以获得操作所必须地细节和对特定地工况进行分析。多层显 示包括总貌显示（区级显示）、成组显示和回路显示。9. 操作员站提供地标准显示画面有报警显示、趋势显示、成 组显示等。rnri4,报表（记录）和存储操作员站提供了一套集成的报表系统，数据库里的所有过程

9、 点都可以打印输出。它可以把在过程中录入的数据按以下方式输 出，输出的页面格式是自由的，用户自定义的。除了打印到打印纸，还可以打印输出到文件及在屏幕上打印 预览。可以定义打印任务按小时、天、星期及月报表形式循环输 出。报表输出可按时间顺序触发、事件触发或操作者触发。信息顺序记录可以将输入的信息立即打印输出到预先定义号的打印机上，逐行打印。信息存档可以分成短期存档和长期存档。短期存档最多可 存储10000条信息，存档信息达到10000条时，新来的信息首 先覆盖最老的信息。长期存档用作短期存档的延续，通常被置于 硬盘或软盘上，只受磁盘空间大小的限制。操作员站借助 Wizard（向导程序）及AS控制

10、站的功能，可 以轻松地实现操作记录。操作员站通过标签管理器可以周期地或事件触发地记录测 量值。用户不仅可以记录外部测量值，还可以记录内部标签值、 或来自任何应用的值以及手动输入的值。数据被存储在硬盘的测 量值存档中，采样周期的范围在 500ms到一年之间。为了快速 地获得这些测量值，系统在内存中提供了一个循环地缓冲区来管 理这些数据（在线曲线）。操作员站提供了不同地方法来记录测量值：连续周期存档，即开机后就以规定时间顺序存储测量 值。有选择的周期存档，即满足某条件时开始存储测量 值。非周期存档，即一个或多个事件触发或停止测量值的 记录。超限时存档1.1.2 工程师站该系统设置一台工程师站，研华

11、工控Pentium IV主频1.8GHz ,CRT 为 19 彩显,分辨率 1280 X1024 , RAM256MB ,硬盘 60GB ,40倍光驱，操作键盘，鼠标。系统供电电源为220VAC , 土15%/50Hz。安装一套 WinCC开发版、工程师软件包软件（运行在Windows NT Server4.0 上），实现系统全局编程、调试。现场工程师可在工程师站上进行软件开发、在线编程、在线监 视和修改用户程序，使得系统维护和组态极其方便流畅。工程师站使用以太网与过程站及其它设备进行通信，可以实现硬件 编辑、现场过程站编程、现场总线智能仪表组态、操作员站组态一 体化编程及调试。便于对整个控制

12、系统组态和维护，完成操作站和 现场控制站软件的编制。该软件可以离线和在线编程，在线修改参数，能对整个系统的 硬件监视和故障诊断，被修改的参数具备自动备份功能可以恢复。 工程师工作站能完成全部操作站的功能。可对整个工艺线进行监视 和操作。1.1.3 安全管理规划说明操作员站画面设计充分发挥了 WinCC系统作为工业控制的强 大优点，使整个系统具有安全性、先进性、经济性、规范化。操作权限(由低到高分为两级)：操作员级工程师级各级之间责任明确，分别由专业人员使用，用钥匙进行转换过程 分区和授权。对于操作员级而言，生产过程最多可分为18个区(-1 , 0, V 16),不同的分区可指定到操作台上，对来

13、自不同分区目标进行操作， 有三种类型的限制：“P” ：禁止。不允许操作，只有查看权；“W” ：警告。可进行操作，但发出警告信息；”没有操作限制。操作系统本身的事件和报警没有授权的问题。操作员只能且可以集中精力处理控制自己负责的分区， 不会被管 辖范围之外所发生的事件所干扰。企业管理站： 本次配置留终端接口，监视器（台式/笔 记本式）待定。系统为模块化结构，能可靠完成顺序控制、过程回路控制和过 程参数采集等功能。数字量输入/输出模件的输入/输出信号类型为24VDC。每个数 字量模板输入通道拟采用现场的无源节点信号，每个输出通道均外 配继电器来隔离220VAC 5A 现场信号。模拟量输入模件（AI

14、）的为4 20mA ,系统能提供两线制变送 器24VDC电源，各通道间隔离。输出模件（AO）为4 20mA的标 准信号，各通道间隔离。输入/输出模件与现场信号间隔离。输入/输出模件通道之间隔 离。1.1.4 打印机系统的各种控制参数、重要的控制数据、在操作员站上的所有 操作（包括操作对象、操作指令、时间、执行过程、结果等）、重 要监视量的变化趋势等，系统进行自动记录、存储，在必要的时候 可以打印成报表，通过打印机打印出来。打印机拷贝趋势曲线画面时，有相应的符号标记来区分不同颜 色的曲线。1.1.5 维护和可靠性要求1.1.5.1 维护系统设计时考虑了可以使任何系统故障都可以尽快解除， 并且可

15、以在不断电情况下更换卡件。应使买方的技术人员/工程师能够完成 整个系统的维护，直到更换卡件一级。系统能够生成维护报表，该报表每周、每月都可以自动打印， 列出所有超出正常限的变送器、以及系统的诊断报警。报表附有故 障出现日期和时间以及返回正常的日期和时间。每一卡件的电源组件都配有发光二极管或类似标记，指示卡件 或电源组件是否有故障。1.1.5.2 可靠性所有提供的设备都以经过考核检证后的硬件为基础，决不使用在开发中的硬件和软件。系统硬件按模块化设计和搭配，并可以做到在线更换和调整。 系统的硬件设计能够防止用户将卡件插错梢位造成硬件损坏。设备和整个系统的设计、生产制造可以使总的可利用率 (Avai

16、lability )达到99.9% ,即每年整个系统的累计故障修复时间 不得超过八个小时，而且系统的设计、组装和后备在任何可预见的 情况下都不发生整套系统的倒闭.1.1.5.3 供电要求总则系统采用两路独立的220V、50HZ单相交流电源。保证所有设 备都能够适用上述电源规格，并且保证控制站能同时接收两路交流 电源供电，只要有一路电源能供电，控制站就应能持续不断地工作。 同时，提供系统不间断电源以确保能在两路交流电源供电失去时，系统仍能持续不断地工作不低于 30分钟。系统配有电源监视设备，对内部直流电源输出电压进行检查。 任 何电源故障都有相应的报警和保护。内部电源带有熔断丝作为短路 保护，并

17、带有过载自动断电保护。电源带有限流保护电路和过电压 保护电路。电源故障除有系统报警外还有就地指示（发光二极管）。系统机柜和操作站的电气端子有清楚的标记。并且编号与系统接线 图上的编号一致。电气接线符合适用的电气法规要求。我们提供的 接线图附有对接地、线径和屏蔽方面要求的详细说明。在每个机柜和操作站内设有一个 220V、50HZ电源输出插座供 校验用。供电波动允许限值电源电压：220 15 % VAC 频率：50 1HZ接地要求保护接地电阻：小于或等于4欧姆工作接地电阻：小于或等于4欧姆1.2系统特性 基于全集成自动化思想 与PROFIBUS现场总线有机地结合在一切 吸收了各种先进技术，面向工艺

18、 更分散的系统配置，特别适用于分散的过程控制应用场合 系统配置灵活，易于扩展 模块化结构，通用的硬件模块 强大的系统软件，组态与编程轻松简单 丰富的人机界面产品提高了监控与管理的水平系统可以保证系统运行的可靠性，全集成自动化保证系统的完 整性，产品的选择具有先进性、系统的易维护性、可扩展性，通讯 的开放性。2.2 系统的可靠性系统的可靠性体现在 PLC控制系统的可靠和网络的可靠两个方 面。SIMENS的S7-400系列PLC由于有很高的电磁兼容性和抗冲 击、耐震动性能，因而能最大限度的满足各种工业标准，模板能带 电拔、插，允许环境温度范围为 0 c60 C。工业以太网以光缆为主要传输介质，环形

19、的光缆构成冗余运行的系统能提供更高的可靠性。PROFIBUS网络传输介质为专用的屏蔽双绞线电缆。本系统选 用的所有PROFIBUS传输介质和附件均采用SIEMENS专用产品。上述SIEMENS网络产品抗干扰能力强，可靠性高，适合于工业 环境下的长期运行。2.3 系统的完整性全集成的自动化系统各部件之间的兼容性已经得到优化，通讯流畅、完整性强。2.3.1 系统的先进性本方案选用的硬件及软件产品原则是： 产品必须经过实践检验， 性能优越、安全可靠；与自动化系统的发展趋势一致；对其它厂商 产品具有良好的兼容性。2.3.2 系统的易维护性本方案采用STEP V5.1版本的编程软件。该软件是 SIEME

20、NS 与MicroSoft联合开发的编程软件。WINDOWS 界面操作使得具有 普通计算机使用经验的工程技术人员很容易掌握。模块化的设计结构使得PLC硬件维护极其简单；CPU的智能诊 断系统能连续地监视系统功能并记录错误和系统的特殊事件（如超 时、模板更换、冷启动、停机等），所有事件均标记上时间并储存在 环形储存器中以便进一步查找故障。2.3.4 系统的可扩展性系统的环形冗余以太网具有极强的扩展能力。分布式I/O结构也具有极强的扩展能力，可最大扩展到31个ET站。WinCC不仅仅是数据开放，系统功能同样是开放的。意味着系 统开发人员可用WinCC做为基础开发与其有关的应用软件，或编写 扩展功能

21、。2.4 系统配置2.4.1 系统配置清单2.4.1.1西门子系统DCS系统设备清单1.西门子系统序号名称型号数量1机架 S7-400 UR26ES7 400-1JA00-0AA02个2CPU 414-2DP6ES7 414-2XG00-0AB02块3CP443-56GK7 443-5FX00-0XE02块4电源 PS407 4A6ES7 407-0DA00-0AA02块5FLASH EPROM6ES7 952-1KK00-0AA02个6RAM6ES7 952-1AH00-0AA02个7后备电池6ES7 971-0BA004个8机架 S7-300 DIN5306ES7 390-1AF30-0A

22、A08个9IM153-16ES7 153-1AA02-0XB08块10电源 PS307 5A6ES7 307-1EA00-0AA08块11AI 8POINT6ES7 331-1KF00-0AB016块12AO 4POINT6ES7 322-5HD01-0AB032块13DI 32POINT6ES7 321-1BL00-0AA07块14DO 32POINT6ES7 322-1BL00-0AA02块1520针前连接器6ES7 392-1AJ00-0AA041个1640针前连接器6ES7 392-1AM00-0AA016个17总线连接器6ES7 972-0BA12-0XA015个18总线电缆6XV1

23、930-0AH10150米195613 卡6GK15613AA003块20Winch开发版6AV6 381-1BP04-0AX01套21Wincc运行版6AV6 381-1BE04-0AX01套22STEP 7 V5.06ES7 810-4CC02-0YX01套合计2.控制室辅助设备序号名称型 号 规格数量1中间继电器欧母龙MY2NJ602计算机研华工控 PIV 1.8G, 256M RAM 48XCDRC)M23显示器19彩色4I/O机柜2100*900*60025主机操作台26稳压电源DC 24V 10A26UPSt 源3KVA17打印机范幻丁 1式1合计二，现场仪表1, 流量仪表：根据工艺对正常流量的要求及介质特点，我们建议采用LZDH-全不锈钢金属转子流量计，其中介质是盐酸液的需内衬四氟才能抗腐蚀，金属转子流量计二线制，输出信号是420Ma,精度为±2.5%, （如果精