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1、西江水厂（棠下镇）自动化控制改造技术方案 广东慧信投资股份有限公司 2015年2月第31页 共31页 1、水厂概括江门市棠下镇西江自来水厂位于江门市滨江大道棠下段，主要给棠下区域供水。一期现阶段每天供水量约25000m3，峰值可达40000 m3/d。根据要求需对厂区自控控制系统进行升级改造，使整个系统运行管理更加合理与简便。目前只在二级泵房有浊度、pH、余氯三项指标在线检测并在线联网至水厂上级部门即江门供水公司水质部，其它位置水质指标的检测、监控均靠人工操作。水厂采用常规自来水处理工艺，工艺流程图如下：一级泵房反应池砂滤池平流沉淀池清水池管网二级泵房水源水 2、设计依据l 与给水厂有关的政府
2、和相关部门文件l 给水处理和自动控制有关技术规范、标准l 自动化仪表工程施工质量验收规范 GB50131-2007l 控制室设计规定 HG/T20508-2000l 过程检测和控制仪表的功能标志及图形符号HG/T20505-2000l 仪表供电设计规定 HG/T20509-2000l 信号报警、联锁系统计规定 HG/T20511-20003、设计原则自控系统的设计遵循“集中管理、分散控制、资源共享”的总原则，整个系统还遵循以下原则：l 可靠性第一的原则：从设备选择到控制策略制定都要考虑系统长期运行的可靠性。选用成熟的技术，可靠的设备。控制系统选用进口高性能产品，仪表选用有优秀应用业绩的产品。l
3、 节能高效原则：从降低能耗出发，优化控制策略，避免设备的无效运转。降低给水处理成本。l 技术领先的原则：自动控制是一门高速发展的技术，选择系统和制定控制策略都应力求采用先进的技术，且产品易于升级，系统易于更新，易于扩展，易于与外部网络交换信息。l 设计规范性原则：在方案设计、设备选型、图纸设计、软件设计、系统调试中，遵循行业规范，因为这一原则将给系统运行、维护、管理以及升级带来许多便利。l 操作方便、易于维护的原则：系统总体设计、画面设计、盘柜布置尽量考虑操作方便性、直观性、简单性。系统应具备自诊断功能，易于判别故障、易于维护。4、设计目的l 高效节能，降低给水处理成本：作为自来水厂，既要使供
4、水水质达到国家标准，又要降低处理成本和节省能耗。作为现代化的自来水厂，基于可靠的监控平台，采用先进的最优的控制技术，应用于加药自动控制、滤池自动控制等，大大地提高了生产效率，不仅降低了能耗，而且节省了人力成本。l 降低工人的劳动强度实现厂区自动化运行：采用了自动化控制技术的给水处理厂，操作员只需在中心控制室，便可监测到给水处理厂全厂各个工业区域设备的相关状态，同时还可以对现场下达指令，操作设备自动运行，完成工艺运行要求，减少了运行人员数量且工人的劳动强度大大降低。l 重要生产数据保存方便，随时可以查询：在信息管理层，采集上来的数据除了用于显示外，同时还将存储在数据库中。操作员可以通过监控计算机
5、，查询过去一天、一个月、一年甚至更长时间的工艺数据，用于指导生产或诊断设备故障等，查询方便快捷。5、自控系统介绍自控系统遵循“集中管理、分散控制、资源共享”的原则，仪表系统遵循“工艺必需、先进实用、维护简便” 的原则。力求满足西江自来水厂给水处理工艺的特性，保证给水厂生产的稳定和高效，减轻劳动强度，改善操作环境，实现西江自来水厂的现代化生产运行和管理。自控系统采用西门子PLC为主控制器的集散式控制方案。自控系统由上位监控站和控制站组成，实现对水厂的分数式控制和集中式管理。上位监控站包括1台计算机及打印机，放置在二级泵房中控室内。控制站由1台主控站和3台现场控制站组成，3台现场控制站通过光纤接入
6、主控室路由器，主控站和上位监控站直接经以太网接入主控室路由器，自控系统网络结构为星型，通过以太网自控系统实现信息共享。用户希望在距水厂4公里外的棠下镇和距水厂15公里外的江门市也能实时观察到水厂的运行工况，本方案拟通过虚拟专用网络（VPN），由设在棠下镇和江门市的客户端自动实时显示水厂运行工况。自控系统网络结构图见图1。图1：自控系统网络结构图系统网络拓扑图见图2。电机保护器水泵1电机保护器水泵3电机保护器水泵2以太网以太网光纤以太网光纤收发器以太网光纤收发器以太网3号站2号站路由器光纤以太网以太网以太网光纤收发器以太网光纤收发器MODBUS-RTU光纤以太网以太网光纤收发器以太网以太网光纤收
7、发器1号站主站PS307CPUCP34116DI8AI16DO16DIPS307CPU16DI16DI8AI8AI16DOPS307CPU16DI16DI8AI8AI8AI8AI16DO16DOPS307CPU16DI16DI8AI16DOPS307CPU16DI16DI8AI8AI16DO图2：系统网络拓扑图5.1 上位监控站上位监控站采用高性能商用计算机，运行上位监控软件，能随时独立完成给水厂工艺设备管理和监控、数据处理、数据存储等不同任务。上位监控站通过以太网采集现场数据，以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势。上位监控站是集数据采集、设备监控、故障报警、数据保存、报
8、表打印、数据管理于一体的综合操作站。5.2 上位监控站组态软件上位机监控软件选用在国内具有成功应用经验、可靠性较高的亚控公司的组态工控软件组态王6.55。组态王6.55是亚控科技在组态王6.0x系列版本成功应用后，广泛征询数千家用户的需求和使用经验，采用先进的软件开发模式和流程，由十多位资深软件开发工程师历时一年多的开发，及四十多位试用户一年多的实际现场考验。使用更方便，功能更强大，性能更优异，软件更稳定，质量更可靠。它具有以下特点：支持大画面、导航图：用户可以制作任意大小的画面，利用滚动条和导航图控制画面显示内容。绘制、移动、选择图素时，画面自动跟踪滚动。方便的变量替换：可以单独替换某个画面
9、中的变量，也可以在画面中任意选中的图素范围内进行变量替换。自定义菜单：支持二级子菜单。丰富的提示文本：系统提供丰富的图素提示条文本，包括简单图素和组合图素。任意选择画面中的图素：在画面中使用键盘和鼠标结合可以任意选择多个图素进行组合、排列等操作。组态王界面示意图见图3。图3：组态王界面示意图上位监控机画面包括：名称画面、工艺流程画面、一泵房画面、反应池沉淀池流程图画面、砂滤池清水池流程图画面、二泵房画面、参数设置画面、报警画面、实时曲线画面、报表画面（班报表、日报表、月报表）等。5.3 PLC控制站PLC控制站选用西门子PLC系列产品SIMATIC S7-300，它适合自动化工程的各种应用场合
10、。SIMATIC S7-300产品符合以下标准系列：ISO 国际标准化组织 IEC 国际电工委员会GB中国国家标准 UL（美国）保险商实验室标准CE欧洲安全标准PLC控制站由1台主控站和3台现场控制站组成，主控站和现场控制站的PLC都选用SIMATIC S7-300模块，SIMATIC S7-300具有模块化、无排风扇结构、易于实现分布式配置、以及用户易于掌握等特点。S7-300具有以下显著特点： 循环周期短、处理速度高； 指令集功能强大、可用于复杂功能； 产品设计紧凑、可用于空间有限的场合； 模块化结构、适合密集安装； 有不同档次的CPU、各种各样的功能模块和I/O模块，满足不同需要；SIM
11、ATIC系列产品技术参数 中央处理器 (CPUs) 规格型号CPU 315-2PN/DP处理时间位指令0.05us ，字指令0.09us ，浮点数运算0.45us 内置存储器 348 KB装载存储器 8M数字量I/O总数各16384模拟量I/O总数各1024定时器/计数器 256/256电流消耗（额定值）750mA每机架的模块数量 8（最多）第1接口 RS485接口(PROFIBUS-DP)第2接口 以太网RJ45工作环境温度：060，湿度：1095尺寸40125130mm重量340g 电源规格型号PS307额定输入电压120/230VAC输入电压范围93264VAC（宽范围）额定电源频率50
12、/60Hz电源频率范围4763Hz额定输入电流1A最大启动电流45A,20ms额定输出电压24VDC输出电压误差1%额定输出电流5A转换效率87%RFI特性B级（EN55011）保护等级IP 20工作环境温度：060，湿度：1095尺寸80135120mm重量约0.5Kg 通讯模块规格型号CP341物理接口 RS422/RS485传输速率（最大）76.8Kbit/s额定电压24VDC功率消耗5.8W电流消耗（最大）70mA（背板总线）工作环境温度：060湿度：最大95，在+25时尺寸40125120mm重量300g 模拟量输入(AI) 规格型号SM 331输入点数8点输入信号420mA允许最大
13、输入电压30V允许最大输入电流40mA分辨率13位误差/精度0.5%积分时间66ms最大屏蔽电缆长度 200m典型功率消耗0.4W最大电流消耗90mA绝缘试验电压500VDC工作环境温度：060，湿度：1095尺寸40125117mm重量250g 信号模块数字量输入(DI) 规格型号SM 321输入点数32/16点额定输入电压24VDC输入电压范围信号1时：1330VDC；信号0时：-30+5VDC典型输入电流信号1时，7mA(32点)/9mA(16点)最大静态电流1.5mA最大电缆长度600m（未屏蔽）; 1000m（屏蔽）典型功率消耗6.5W/3.5W最大电流消耗15mA/25 mA（背板总线）光耦合器隔离有绝缘试验电压500VAC保护等级IP 20工作环境温度：060，湿度：1095尺寸40125120mm重量260g/200g 信号模块数字量输出(DO) 规格型号SM 322输出点数32/16点输出信号类型晶体管输出额定负载电压24VDC负载电压范围20.428.8VDC额定输出电流0.5A最大电缆长度600m（未屏蔽）;
