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1、技术文献第一章 设计方案及说明1.1概述1.1.1、水厂自动化控制系统的发展现状水厂自动化控制系统经历了从无到有、从简朴到复杂的过程。从一开始仅有常规仪表检测，到加药、加氯的局部自动控制，直到九十年代，随着可编程序控制器（PLC）的大量推广使用，水厂自动化控制系统才真正建立起来。PLC具有可靠性高、编程简朴、使用方便以及通讯联网功能强的特点。水厂以PLC为主控设备建立的控制系统一般模式为：由设在中控室的上位监控计算机及若干现场PLC联网组成集散型监控系统。开始建立的系统，各分站以功能划分，站内设有监控计算机，这是针对当时PLC的通讯能力不够强大，控制系统可靠性不高所采用的措施，即一旦其它分站出
2、现故障或网络中断后，未出故障的分站还可以在局部区域内实现自动控制。近几年随着PLC网络通讯能力的增强和控制及电气执行机构可靠性的提高，这一模式逐渐被打破，取消了各分站内的监控计算机，各分站的控制区域由功能划分改为以距离划分，可在中控室内监视水厂运营的全过程。1.1.2、针对本项目的系统描述高唐县南王水厂重要提取南王水库存水，通过净化解决，进入城市管网，初步设计日供水约3万吨。其基本流程见下图：在整个水厂自动化控制系统设计中，我们根据水厂工艺的特点，遵循“功能和危险分散，监督和管理集中、数据共享”的原则，为水厂过程的各个阶段和工艺流程提出了具体的控制方式和规定，并通过监测生产现场工艺设备的运营状
3、态、水质参数的变化，应用现场控制网络和测、控、管一体化技术，实现生产过程的自动控制，在保证安全生产的前提下获取最大的经济效益，同时达成高效、可靠和优化生产的目的。1.2设计指导原则为了保证自动化控制系统的先进性和合用性，本系统的设计遵循以下几条指导原则。 GON法则GON法则（General Purpose Computer and Network， Off-the-Self Software，and Name Brand Equipment），即采用通用型计算机及网络，成熟的软件产品和名牌设备。这样配置的系统性能价格比最高，投运和收益最快，维护和扩展最方便。 采用开放式和分布式系统结构这种系
4、统结构保证了交给用户的系统是一个伸缩性很强的系统，允许工程分期投资、分期建设，不必改动系统的基本结构就可以从小规模，扩展到最大允许配置，特别适合建设周期较长的大型市政工程建设。此外，分布式的系统结构将任务分布到各节点上，使风险分散，保障了系统的高可靠性，不会由于单个站点的故障而引起整个系统的瘫痪。同时，由于任务的分散执行，使得系统的响应速度和解决复杂问题的能力大大增强。 系统和过程控制软件的编制、修改简朴方便为使系统具有良好的维护性能和再开发能力，系统软件的编制、组态和修改必须简朴方便，用户通过简朴的培训就能独立进行系统的维护、改善和扩展工作。 具有和谐的人机界面，操作简朴，输出信息形象生动系
5、统采用全中文菜单式操作界面，以鼠标作为主操作工具，能通过鼠标完毕绝大部分的系统功能。动态显示工艺流程及系统报警。模块化组态设计，容易实现人员培训及二次开发。除以上需遵循的基本原则外，根据水厂的实际情况和招标书的规定，我们认为本系统设计中应统一考虑以下系统性能：可靠性：整个系统采用模块化设计，分层、分布式结构，控制、保护、测量之间既互相独立又互相联系。先进性：系统设计的立足点，为现场无人值守、总站少人值班。设备装置的启停及联动运转均可由中心监控室操作控制。经济性：系统有较高的性能价格比，重要设备所有选用在国际上有较高声誉的品牌产品，提高可靠性和性价比。实用性：系统设计了多个控制层面，既考虑到平常
6、工作的全自动化的一面，又考虑到事故状态的应急措施，既考虑到生产又考虑到检修。1.3技术规范标准本公司选用及制造的仪器设备均符合最新的国际标准且都取得相应质量认证，如ISO、IEC、UL、ANSI、NEMA、CSA、BS、JIS、JEM、DIN、NF等认证，同时该控制系统的设计和制造还参照如下的技术规范和标准： HG/T 2063820639化工装置自控工程设计规范 CECS8196 工业计算机监控系统干扰技术规范 GBJ4281 工业公司通信设计规范 GB50168-92 电气装置安装工程电缆施工及验收规范 GBJ131-90 自动化仪表安装工程质量检查评估标准 GB8566-88 计算机软件
7、开发规范 GB50174-93 电子计算机机房设计规范 GB/T 12504-90 计算机软件质量标准保证计划规范 GB/T 17544-1998 信息技术，软件包，质量规定和测试 GB/T 14079-93 软件维护指南1.4设计依据本方案的设计参照如下的资料文献： 引水预解决及配水工程设备采购招标文献和设计图纸 给水排水设计手册 建筑电气安装工程图集 计算机软件开发规范 电信传输手册 SIEMENS电气工业控制与产品概括 SIEMENS电气自动化系统产品目录 SIEMENS300系列PLC选型样本 SIEMENS电信产品目录 MACH产品目录 APC Smart-UPS不间断电源用户手册
8、APC Smart-UPS 不间断电源总体设计设计目的根据工艺流程及构筑物的地理分布，建立一套集中管理分散控制，具有世界先进水平、性能可靠、科技先进、效果卓越的现场监测、过程控制和计算机管理一体化的系统，实现“现场无人值守，总站少人值班”的目的，完毕对整个工艺过程及所有生产设备的自动监测和控制。设计思想系统实现方式随着自动控制技术和设备的飞速发展，摆在人们面前的控制选择也在增长，如软控制、混合控制以及其他新型的控制器结构体系等。从控制技术的角度来说，水厂计算机监控系统通常有这几种实现模式：标准的DCS系统、PC+PLC 模式、PC+I/O 模式、PC+RTU 模式等，每一种模式都有其特点，其中
9、DCS的系统功能最强，合用于控制算法复杂、模拟量调节较多的控制系统；基于PC机组成的控制系统通过前端控制器或数据采集单元采集数据，运用PC机进行数据解决和控制算法的实现，系统构成简朴，但可靠性较差；可编程序控制器PLC具有可靠、灵活、易学、易用、功能齐全等优点，并且品种齐全，合用于具有逻辑控制、顺序控制和批解决控制等许多复杂算法的系统，在水厂过程控制中更具有无可争议的优势，因此在本次监控系统中采用的是PC+PLC模式。系统功能整个控制系统采用三级网络结构设计，即基于TCP/IP协议的高速以太网管理级、PLC控制网络的过程级以及现场设备的操作现场级。其中现场级由MCC电气系统、就地控制柜和电量测
10、试仪等组成，完毕单一设备的运营控制及其状态参数的采集工作；过程级的控制网络则是由各个现场控制子站和监控计算机组成，重要任务是进行过程数据采集及解决，然后将生产过程的各种数据送到中心操作站，借助于监控软件和PLC内的控制程序完毕数据记录、分析及计算功能，从而实现对工艺过程的联锁保护及整个生产过程的监控；建立在管理基础上的以太网管理级由监控计算机、服务器和部门管理计算机组成，对整个系统的数据信息进行管理，它把生产过程控制网络与全厂管理系统连接在一起，在完毕数据互换、数据共享的基础上，实现测、控、管一体化。 就地手动控制：具有最高的控制优先级，现场转换开关切到手动后，由配电屏、控制柜或操作箱上的控制
11、按钮完毕； 远程自动控制：是指由各现场PLC站的PLC控制器按照预先编制的程序对设备进行自动控制，控制级别高于远程中央控制； 远程监控：是指操作人员在中控室对生产过程进行人工干预，调整设备的运营状态而做出的操作控制。通过操作人机界面上的按钮将控制指令下发给现场PLC控制站实行。这样的设计使生产运营更加安全、可靠，假如上位机或网络发生故障，不会影响现场PLC站的工作，并且假如现场控制站PLC出现故障，操作人员也可以通过手动控制按钮完毕设备的启停。对于某台具体的设备来说，它的控制方式根据控制信号的来源分为手动、远控两种方式，手动控制的控制信号来自设备旁的控制按钮，远控的控制信号来源于PLC现场监控
12、站输出的控制信号；中央监控管理站层的监控信号先通过网络传送至相应的现场PLC站，然后由PLC对设备发出控制信号达成监控的目的。一般设备的监测参数重要有运营、故障、现场“手动/远控”转换开关位置指示，重要设备增长其运营监测参数提供更具体的工作状态，对于使用较频繁或有控制指标反馈的设备，PLC根据参数设定值自动完毕设备的开停，对不经常使用的设备，PLC按照中控室操作人员的指令工作，所有被控设备均具有中控室监控计算机的远方手动功能。当设备处在远控方式时，PLC对所控的设备采用故障保护措施，设备处在手动控制方式时，由现场电气控制箱对设备采用故障保护，但是系统不管在哪一种控制方式，中央监控管理站都会监测
13、到设备和生产的运营情况，出现故障报警提醒，假如现场电气控制箱没有采用保护措施，系统将提醒操作人员注意。以上保证了系统控制设备之间应相对独立运营，现场控制站、测量控制单元发生故障时，不影响其上级、下级或同级的其它控制站控制单元的正常运营。现场控制站和现场控制单元设立触摸屏作为就地操作终端，操作人员可对该控制站监控范围内的设备进行就地集中控制，或在中央控制室授权后可就地更改设定本站的工艺控制参数。PLC控制系统在当人机界面或中控操作站计算机出现故障时，不影响PLC的自动控制和检测；现场设备的状态不发生变化。系统通过组态软件自带功能，实现实时报警、报警汇总、实时趋势、历史趋势、系统管理、安全管理等功
14、能。系统通过从现场各控制系统采集到的工艺参数、设备运营参数，故障与报警信息等，通过ODBC功能存储到外部数据库当中，然后通过专业软件解决，实现报警分类查询，报表分类汇总等功能。真正摆脱手动抄表、报警记录难以找到等组态软件无法解决的问题。PLC选型选型依据目前市场上有许多PLC生产厂家的不同规格、不同型号的产品在不同领域获得应用。每一种PLC都有自己的特点，但是总体来说欧美国家的产品性能、可靠性、易维护性等性能指标要好于亚洲其他国家的产品。通常选择PLC重要考虑以下几个方面的因素： PLC 产品整体性能是否满足构建系统的规定。 PLC 可选产品的全面性及序列化、规模化限度。 PLC 自身产品的上
15、下兼容性。 PLC 产品之间的通讯方式、组网方式的可靠性、开放性及数据互换的速率。 提供编程软件的易用性、实用性及开放性、可靠性。 提供与第三方产品的无缝连接。 PLC产品升级更新的时间周期。 生产厂家的技术支持、售后服务的实时性和可连续性。 PLC 产品应用的广泛性及用户满意度。PLC系统通过对招标技术规定的仔细研究，和对多家PLC厂家的反复比较，我公司最终选用德国SIEMENS公司提供的PLC产品。德国SIEMENS是一家全球性的公司，它致力于通过工厂自动化来帮助世界范围的公司管理变化的过程，是德国第一批在满足了由国际标准化组织指定的最全面最严格的所有ISO标准之后，获得ISO9001制造商认证的公司之一。针对本工程的现场特点、系统规模和目前先进的分布式控制方式，考虑到系统的可靠性、易维护性、易扩充性、高性价比、结构的合理性以及招标规定等，在本系统中采用德国SIEMENS公司的SIEMENS 300系列可编程控制器，结合SIEMENS网络，能很好地满足招标规定。西门子电气公司作为全球电力与控制的领导者，拥有着悠久的历史和强大的实力，其业务涉及配电和自动化与控制两大领域，为能源与基础设施、工业、
