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污水处理厂自动化控制系统设计方案万州沱口污水处理厂自动控制系统设计方案目录一、设计依据二设计原则三设计范围四设计要求五设计方案六监控功能描述污水处理厂自动控制系统设计一 设计依据1)分散型控制系统工程设计规定HG/T20573-952）过程检测和控制流程图用文字和图形符号GB2625-813）控制室设计规定HG20508-924）仪表供电设计规定HG20509-925）信号报警、连锁系统设计规定HG20511-926）重庆山峡库区水环境项目污水处理厂招标文件7）工艺流程的控制要求8）工艺及其它相关专业提供的资料、数据、图纸二设计原则为了保证污水处理厂生产的稳定和高效，减轻劳动强度，改善操作环境，同时为了实现污水处理厂的现代化生产管理，本工程仪表自控系统在充分考虑污水处理工艺特性的基础上，按照具有先进技术水平的现代化污水处理厂进行设计。设计中自控系统遵循“集中管理、分散控制、资源共享”的原则，仪表系统遵循“工艺必须、计量达标、实用有效、免维护”的原则。设计中既要考虑操作、管理水平的先进性，也要考虑高新技术应用的合理性、经济性，在保证生产管理要求的前提下，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。三设计范围1）根据工艺生产流程及测控要求配置物位、流量、水质分析过程控制等检测控制仪表。2）根据工艺及设备运行要求设置自动控制、自动调节、自动报警、安全保护装置。3）按集中管理、分散控制的原则建立全厂计算机监控管理系统。4）配置工艺过程动态模拟显示屏。四设计要求污水处理厂自控系统采用的集散型计算机系统设计方案应满足设计院的设计要求。同时还要满足如下要求：1） 根据工艺流程及要求配置仪表、检测装置、建立监控系统；2） 采用分散控制，集中管理的方式，建立污水处理厂中央控制系统，管理整个污水处理厂的运行；3） 主要设备的控制应采用就地控制、现场控制、中央控制的三层控制模式，现场控制站设置PLC及人机界面； 4）其它设备采用现场控制、中央控制的二层控制模式； 5）在每个工艺节点处设置基于PLC的智能控制装置，各PLC之间及PLC与中央控制系统之间以高速数据网络连接；6）中控系统采用具有C/S(客户机/服务器)冗余结构形式的计算机网络，并可以与管理系统以及与上级系统和周边系统连接；7）设置大型动态显示模拟屏，在上位机运行或者停止时均能显示各工艺点水质、工艺参数、主要工艺设备工况；五设计方案污水处理厂自动化监控系统是一个具有中央监视和控制功能的数字化分布式数据采集分层数据传输，多种显示方式的数据监视及控制的集散型计算机控制系统。它实际上是一个局域网（Local area network，LAN）。通过可编程控制器 （Program mable Logic controller，PLC）和执行设备以及在线自动化检测仪表，组成现场检测控制系统现场控制站（控制层），对污水处理厂各个工作过程进行分散控制。再通过由通讯系统和监控计算机组成的中央控制系统中央控制室（管理层），对全厂实行集中管理。各分控站与中央控制室之间由工业型总线网络进行数据通讯。在当前自动化控制领域中，选取哪一种网络结构系统，即要考虑它的先进性，又要考虑其开放性（即所有满足其网络协议的各种设备均能够进入网络系统中），同时又要确实降低系统成本。综合考虑，本自动化控制的管理层采用10Mbit/s的工业以太网，应用TCP/IP（传输控制协议/互连网协议）通讯协议，10Mbit/s速率进行数据传输。中央控制室通过以太网集线器（Hub）与下面的现场控制站连结。现场控制层采用AllenBradley（A-B）公司的网络结构：DH-485网络。将下面的I/O设备及在线检测设备投入网络中，I/O设备的运行工况及在线检测设备的检测数据实时传送给中央控制室（管理层），从而对现场控制站（控制层）进行监控。模拟屏显示作为DH-485网络的一个从站(节点)。PLC5可编程控制器选用AllenBradley公司的带有DH-485和RS232接口的SLC 5/03TM可编程序控制器。CH1：DH-485通道通过1747-AIC隔离链路耦合器接入DH-485网络中；CH0：RS232和离散型输出端口用于现场控制站中执行设备的运行工况和在线检测设备的检测数据的显示。自动化控制系统网络方案如图一： 在整个控制网络系统中，PLC5可编程控制器选用AllenBradley公司的带有以太网接口的SLC 5/05TM可编程序控制器。SLC 5/05TM可编程控制器的性能及为优越，它具有以下功能：1） 内置10BaseT以太网通道；2） 可应用普遍提供的以太设备和电缆；3） 支持RSLogix 500编程在以太网上进行在线统一编程；4） 支持SNMP（简单网络管理协议）作为网络管理；5） 高速性能典型扫描时间0.9ms/k；6） 内置实时时钟/日历，备有2000年和闰年处理；7） 间接寻址；8） 采用闪速PROM使得将来升级无需改变EPROM；PLC5（SLC 5/05TM）可编程控制器在网络结构中起到了承上启下的作用。通过它将管理层的以太网络与现场控制层的DH-485网络有机的连结在一起，即通过SLC 5/05TM的通道1接入以太网集线器（Hub），连结管理层的以太网络。另外通过1747-PIC接口转换器接入DH-485网络。作为从站的PLC0-PLC4通过1747-AIC隔离链路耦合器接入DH-485网络中。根据工艺流程，构筑物的布置及现场测试点的分布情况，现场控制从站由3个可编程序控制器PLC1-PLC4（4个节点）组成。PLC可编程序控制器选取Allen-Beadley的SLC 5/03TM可编程控制器，就近监控各自辖区内工艺参数及设备运行状况，并通过数据通讯网络将所有信息送至监控主机，以便实现集中管理。污水处理厂各工序分控点与污水处理厂监控中心的通信由系统网络承担。监控中心计算机对整个总线网络内的分控从站的PLC进行组态；监控中心计算机可通过工业现场总线网络对污水处理流程中各工序的分控从站PLC进行远程参数设置、修改，并可远程发送相关设备强制运行指令。各分控从站PLC可通过系统网络实时或定时向中心计算机提交本工序的相关数据和设备工况，以实现中心对现场的实时监控。中心计算机对各分控从站PLC提供的数据，设备工况进行综合处理、建立数据库、形成污水处理厂的历史资料，并对实时报告的各种设备故障、数据异常等进行报警或自动监控处理。对监控中心操作包括对现场总线系统各设备的组态、系统管理对系统各受控设备的运行和控制参数的设置及查询、数据图表查询、控制操作，对系统内的各种故障或异常进行灯光和声音报警等。监控中心可依据需对系统进行组态或重新组态。所谓组态就是对总线连接的各设备进行地址分配和在总线系统内的通信权限授予，重新组态即对总线连接的设备进行地址调整或重新分配、对通行权限进行重新划定，也可根据实际需要扩充或缩减总线系统内地址数量。自动化控制系统网络设备配制：1）PLC5主站：CPU：SLC 5/05TM 1747-L552 1个；接口转换器： 1747- PIC 2个；PanelView操作员终端： 10吋 2711-T10G3 1个；电源： 1746-P1 1个；电缆1（以太电缆）： 10Base-T (双绞线) 1根； 电缆2： 1747-C10、C11 2根；机架： 1746-A4 1个；2）PLC0从站：模拟屏显示模拟屏尺寸：4000mm2000mm；I/O点：DO:36 AO:29CPU：SLC 5/03TM 1747-L531 1个；接口转换器： 1747-AIC 1个；离散型输出模块： 1746-OB32 2个；模拟输出口： 1746-NO4I 13个； 电源： 1746-P2 1个；电缆1： Belden #9842 （1492-CADLE电缆 025 N3） 1根；电缆2 ： 1747-C10、C11 2根；机架： 1746-A13 2个；3）PLC1从站：I/O点：AI-16，DI-80，DO-32 ；CPU：SLC 5/03TM 1747-L531 1个；接口转换器 ： 1747-AIC 1个；离散型输入模块： 1746-IB32 3个；离散型输出模块： 1746-OB16 3个；模拟输入口： 1746-NI16I 2个； 电源： 1746-P2 1个；电缆1 ： Belden #9842 （1492-CADLE电缆 025 N3） 1根电缆2 ： 1747-C10、C11 2根；机架： 1746-A13 1个；4）PLC2从站：I/O点：AI-16，AO-4，DI-108，DO-48 ；CPU：SLC 5/03TM 1747-L531 1个；接口转换器 ： 1747-AIC 1个；离散型输入模块： 1746-IB32 4个；离散型输出模块： 1746-OB16 3个；模拟输入口： 1746-NI16I 2个； 模拟输出口： 1746-NO4I 2个； 电源： 1746-P2 1个；机架： 1746-A10 2个；电缆1： Belden #9842 1根电缆2 ： 1747-C10、C11 2根；5）PLC3从站I/O点：AI-16，AO-4，DI-48，DO-16 ；CPU：SLC 5/03TM 1747-L531 1个；离散型输入模块： 1746-IB32 2个；离散型输出模块： 1746-OB32 1个；模拟输入口： 1746-NI16I 1个； 模拟输出口： 1746-NO4I 1个； 接口转换器： 1747-AIC 1个；电缆1： Belden #9842 1根电缆2 ： 1747-C10、C11 2根；机架： 1746-A13 1个；电源： 1746-P2 1个；6）中央控制室：7) 网络软件：RS-linx (9355-WABENE)；Rslogix500 Programme CD (9324-RL0300ENE)；Rsview32 works 300 with Rslinx (9301-2SE2203ZHE)；Rsview32 Runtime300 with Rslinx (9301-2SE3203ZHE)；六监控功能描述污水处理厂系统组成（配置）及控制流程（P&I）如图二：污水处理厂自动化监控系统大体上由现场控制站（控制层）和中央控制室（管理层）组成。6.1 中央控制室（管理层）： 6.1.1系统管理系统管理有：口令登录、取消登录、通信速率、操作记录、登录记录、参数设置、污水厂及泵站信息等功能。1、口令登录：口令登录就是在进入系统操作文件必须进行用户名及密码确认的操作。每个操作员允许有18位用户名和38位对应密码。进入系统首先应时行口令登录，在口令正确的情况下，才能进行系统组态，参数设置和控制等操作。没有进行口令登录的用户不能更改现场监控点的地址、设备运行参数，只能对参数进行查询、查看泵站和污水厂信息以及日 月 年的数据图表。输入正确的口令后，中控计算机在登录记录栏里自动记录操作总的姓名、进入时间，在此期间进行的任何组态更变、控制操作将记录在案，直到取消登录为止。口令登录分为用户级和管理级。用户级操作员登录后可进行参数查询，设置和控制操作。管理级操作员除能进行用户级操作员能进行的任何操作外，还能进行增减用户级用户、变更站址、通信站点权限变更、设置通信速率。口令输入错误时，系统给予提示，要求操作员重新输入，若连续输入均错，系统自动退出。2、取消登录：当操作员进入系统后又不需进行参数设置等操作时，可取消登录，取消登录后本次对站点地址变更等操作无效。3、通信速率：工业现场总线的通信参数，串行口的通信参数，管理级操作员进行口令登录后可进行设置。一般情况下，通信参数设定后不再变动。4、操作记录：用于记录用户和管理级操作员在登录期间对系统进行的操作，每次操作无论其成功与否，所作的操作都记录在计算机中，每项操作记录包括：操作员（姓名、操作对象、操作内容、操作时间、操作成功与否等内容）。7、参数设置：包括对污水处理厂各工序设备运行、控制参数设置，泵站的组码、地址码、工作方式、设备控制参数等的设置。8、污水处理厂信息：污水厂所选地点、面积、峻工日期、处理能力、处理后水质达到的标准、通信电话及网址等信息。6.1.2 数据图表：用户可在监控中心计算机上查看污水处理、设备工况等有关数据，这些数据以图表的方式提供显示查看。用户可以查看其日数据图表、日数据图表、年数据图表以及整点数据图表。1、日数据图表：日数据包括今日数据图表、昨日数据图表、前日数据图表能及历史某一天的日数据图表。内容包括该日处理污水量，各处理设备的运行时间、能耗、污水处理厂出水口排放量及排放“清水”的各项水质指标等数据。a）今日数据图：用于显示今日从0点到当前每小时的整点数据或每小时的累积数据，某些指标的当日最大瞬时值和出现时间，以及各种检测或监控指标的当前值，并包含相应控制器的时钟。b）昨日数据图：用于显示昨日从0点到24点，某些指标每小时累积值及日累积值，某些监测指标当日出现的最大瞬时值，某些指标的整点值和日平均值。c）前日数据：前日数据与昨日数据图相同，只是时间差异。2、月数据图表：分为本月和上月数据图表及某年某月数据图表。显示从某月1日到最后一日每日的相关指标的平均值，日最大值或日累积值，当月相关指标的平均值，月最大值或日累积值。a）本日数据图表：用于查看当月1号到当前每天相关指标的日平均值，日最大值和日累积值，当月1号到当前相关指标的平均值，最大值或累积值。b）上月数据图表：用于查看上月1号到最后一天每日相关指标的平均值，最大值或累积值，当月相关指标的月平均值，月最大值和月累积值。c）月数据图表：与上月数据图表格式相同，用于查看任意某月的数据。3、年数据图表：从选择的年份中查看每日相关指标的数据情况。6.1.3 整点巡测：监控中心计算机系统时钟每次整点出现后，依次向各受控的PLC发出巡训命令，可查看各受控PLC所控设备工况，运行状态以及某些检训指标在本小时内的平均值，累积值，当前值等。6.1.4 控制：控制主要用于污水处理各工序设备和所属泵站设备在强制方式下工作，污水处理各工序从工业现场总线接收监控中心计算机发出的指令，强制启动或强制停止其所控设备，并将执行强制指令后的设备工作状态（工作或停止）返回给中心计算机；中途提升泵站通过中心计算机无线遥控指令强制其设备的运行或停机，并将所属设备工作状态经无线方式返回给中心计算机。6.1.5 显示报警：污水处理厂各种设备按工艺流程与设备位置相结（会同于中心的模拟显示屏上），每个设备用不同颜色的指示灯在其位置图上显示其工况、状态。中心发出检训指令后返回或由各监控点主动提交的相关设备工况、状态变化，都自动刷新显示在模拟显示屏相映的位置上。用电子数显装置显示各种需显示的数据指标。各监控点主动发回或中心检测返回的相关数据，将与设置的报警门限条件相比较，满足条件就以异常声音报警。设备故障报警，在声音报警时，在相映故障设备上有故障灯光信号，受控的各数据指标出现异常，在声音报警的时，在相映的电子数显装置上有异常灯光信号。在现场控制方式中控制级别：最高级手动控制，次之遥控控制，最低级别自动控制。6.2 现场控制站（控制层）1）粗格栅设粗格栅机2台（一用一备），螺旋压榨机1台，安装超声波液位差计1套以检测栅前、栅后液位差。如果格栅堵塞，则当液位差超过设定值时，控制系统启动格栅机，自动进行清除，直至液位差低于设定值为止。在此期间，螺旋压榨机同时工作。粗格栅机前、后各设置一台手动/电动闸阀。设备运行、手动/自动、故障信号送至PLC1。2）进水泵房进水泵房设1台大泵2台小泵（近期）（远期，再增加1台大泵），进水泵池中安装超声波液位计1套。当水位达到设定的上限液位值时，水泵按预定顺序逐个启动（防止因启动泵而使电网产生较大波动），当水位达到设定下限液位时，逐台关闭水泵。水泵启、停原则为先开先停，后开后停，以均衡每台水泵的运行时间。系统设置水位高、低警线报警。水泵运行、手动/自动、故障信号等送至PLC1。3）细格栅设细格栅机2台（一用一备），螺旋压榨机1台，安装液位差计1套以检测栅前、栅后的液位差。如果格栅堵塞，则液位差超过设定值时，控制系统启动格栅机，自动进行清除，直至液位差低于设定值为止。在此期间，螺旋压榨机同时工作。设备运行、手动/自动、故障信号送至PLC1。为了减少臭气含量，增加了一道除臭工艺，鼓风机房设置1台RB-50罗茨风机。鼓风机连续工作。4）沉砂池沉砂池内设搅拌机2台、排砂泵2台、砂水分离器1台、螺旋输送机1台、栅渣压榨机1台，这些设备的工作方式为连续工作。同时在出水渠道上安装固体悬浮物检测仪（SS）1台、PH/ORP检测仪1台、温度检测仪1台对水质进行检测。根据检测仪检测数据，加药间向污水中投放药剂FeCl3(投放量：8.8mg/L)。PLC1电气连接如图三： 为了便于实际控制把上面的四道工序通过5个现场控制柜完成。a)格栅机、螺旋压榨机控制柜；b)变配电控制柜；c)提升泵控制柜；d)搅拌机、排砂泵、砂水分离器控制柜；e)检测仪控制柜；根据现场的实际情况可以减少或增