附：电气控制说明.doc

附：自动化控制说明1、系统概述化学水处理装置自动控制系统将充分利用现代计算机控制技术和网络通讯技术，采用上位机+ PLC控制方式，在车间设置操作员站，车间控制室不再设常规控制仪表。自动控制系统将覆盖全套化学水处理装置，包括水处理系统的盘片过滤系统、UF超滤系统、RO反渗透系统、EDI系统、加药系统、各类水箱、各类水泵、就地一次仪表、就地控制箱等。根据工艺的实际情况和用户的具体要求，电气自动控制系统主要由系统上位监控计算机、PLC控制系统、动力配电控制系统、现场就地控制系统、现场检测仪器仪表、现场执行机构（泵、阀）等六部分组成。控制系统上位机采用台湾研华工业级控制计算机，设工程师站（操作员站）一台；PLC采用Siemens高性能的S7-300系列CPU，以太网通讯配置；动力配电采用MCC抽屉式开关柜电源供电方式。系统框图如图所示：2、系统功能根据客户要求及相关工程项目实施经验，电气自动控制系统将实现如下主要功能。1) 实现全过程程序控制，包括：工艺设备与辅助设施的启停备用过滤器自动投入失效过滤器自动退出、反洗过滤器反洗步序的自动执行备用设备的自动投入失效设备的自动停运2) 模拟量显示，包括：系统进水母管流量、压力、温度单台过滤器进水流量pH表、工业电导率系统（EDI）出水母管流量超滤产水箱、一、二及RO产水箱、脱盐水箱液位压缩空气压力各类溶液箱、计量箱液位、UF、RO、EDI、泵出口压力工艺要求的其它信号显示3) 实现以下状态显示：系统运行、停止过滤器、换热器、UF、RO、EDI等工作状态所有泵的工作状态全开/全关阀门状态程控步序4) 具备以下报警内容：参数越限设备状态异常程序故障中断电源故障重要设备故障的声光报警5) 具备以下联锁项目：备用泵的联锁自投各水箱液位和上下游水泵的联锁工艺要求的其它联锁3、上位机监控系统功能： 上位机通过与PLC控制系统的通讯连接，显示监控整个工艺设备运行状况，通过CRT画面、键盘和鼠标对过程进行监视和控制。工程师站、操作员站功能相同，权限不同。1) 基本功能：工艺运行画面显示数据库的管理和维护 监视系统内每一个模拟量的数值和数字量的状态 显示并确认报警信息 显示操作指导和帮助 建立趋势画面并获取趋势信息 自动定时生成报表，并自动或手动打印报表 远程控制现场设备的开、关、启、停等 远程手动和远程自动方式的切换 对模拟量的设定值和偏置在上位机可开放式设定 2) 显示功能： 画面丰富，完全满足系统需要： 多窗口的PID图：能够覆盖工艺系统的实际情况，画面简洁大方 报警画面：显示当前或历史报警信息 趋势图：对重要的数据进行图形化显示 指导画面：指导操作 控制画面：对设备进行控制 故障诊断画面 动态画面 参数修改画面：对工艺参数（步序时间/条件）进行修改 3) 历史数据管理：可对所有采集数据任意设定存取间隙和存取方式。4) 打印报表：可按用户定义的报表格式进行定时、报警和随机打印 所有运行参数、报警信息均能通过打印机进行记录并制表5) 事件记录：事件和内部时钟可按时间顺序区分和管理，并可及时显示和打印。6) 监控TAG及调试：采用结构化TAG定义。既可通过TAG定义随时修改每个测点的有效状态、报警管理、历史数据、死区与PLC通讯参数等，同时可修改实时数据库的TAG值来执行调试操作。 7) 控制操作功能：控制系统分为自动、步操、键操三种远控方式和就地手操四种基本控制方式。CRT操作应达到以下要求： 任何CRT画面均能在2秒的时间内完全显示出来，所有显示的数据每秒更新一次。 调用任一画面的操作次数不多于三次。 运行人员通过键盘、鼠标等手段发出的任何操作指令均能在1秒内被执行。 操作站配置键盘除具有完整的数字、字母键外、还应提供若干功能键，使运行人员能直接调出各种所需的画面,这些功能键应由买方编程工程师重新定义。 对控制系统的组态可在线或离线进行，不影响系统的正常运行。 8) 监控功能描述集中控室监控工作站选用先进的上位机监控软件，其功能共包括三大类：管理功能：即生成本项目系统工艺流程，显示现场工艺流程的参数和动态生产实时数据，提供清晰、良好的人机界面。在线提供操作员帮助，完成报警、历史数据、历史趋势曲线的储存、显示和查询。实时生成、打印各类生产运行管理报表。实时编程、组态修改。能够在线、离线修改并具有自诊断功能。监视功能：即在基于图形和菜单的方式上，操作人员可以在集中控室监视各工艺设备运行状态。通讯功能：集中控室的监控，系统留有以太网卡及Profibus RP网络接口，便于今后各类系统的接入，以及与工厂总控制室数据交换。具体功能描述如下：画面功能在集中控室的监控工作站中，为了便于直观的看到整个水处理车间的总貌和生产流程，同时为了显示检测到的实时数据，设计以下图形：生产工艺流程图数据点趋势图实时数据总表系统报警图设备状态分析总貌画面显示系统各设备、装置、区域的运行状态以及全部过程参数变量的状态、测量值、设定值、控制方式 (手动/自动状态)、高低限报警等信息，从各显示块可以调出其它画面。分组画面以模拟仪表的表盘形式按事先设定的分组，同时显示几个回路的信息，如过程参数变量的测量值，输出值控制方式等。变量刷新速率可以设定，分组可任意进行，操作员可从分组画面调出任一变量（模拟量或离散量）的详细信息。对模拟回路可以手动改变设定值，输出值，控制方式等，对离散量可以画面显示指令状态和实际状态。单点画面显示一个参数，控制点的全部信息以及实时趋势和历史趋势，从调整画面也可直接对模拟回路进行设定、调整操作。趋势画面系统具有显示任何数据点趋势的能力，并在同一坐标轴上显示多个变量的趋势记录曲线，有可供用户选择的参数变量，不同颜色和不同的时间间隔，也可以对数据轴进行任意放大显示。报警画面显示当前所有正在进行的过程参数报警和系统硬件故障报警，并按报警的时间顺序从最新发生的报警开始排起，报警优先级别和状态用不同的颜色来区别，末经确认的报警处于闪烁状态。报警内容包括：报警时间过程变量名过程变量说明过程变量的当前值报警设定值过程变量的工程单位报警优先级别图形画面现场设备的图片，工艺流程图，设备简图，单线图等都可以在CRT上显示出来，每个画面都包括数字、字符和图形符号，通常采用可变化的颜色、图形、闪烁表示过程变量的不同状态，所有过程变量的数值和状态动态刷新。操作员在此画面对有关变量实施操作和调整。棒图棒图可表示过程变量的变化，如棒图表示池内的液位，棒图能以水平或垂直方式显示。所有图形间可以利用图标方便的切换。对于数据，既可以数字显示，又可以仪表或刻度尺动态模拟显示。生产工艺流程图上可以动态地看到各阶段测点的数据，如水的流向、水质分析结果等;同时可以清楚地看到整个生产过程及设备的运行状态。控制系统的组态图主要是介绍整个厂的控制系统组态，监视控制系统各个模块的状态。主要曲线功能拟设定以下曲线：进水流量曲线出水流量曲线进水水质曲线出水水质曲线其它曲线所有曲线均分为历史曲线和实时曲线。既可以单独显示，也可以同屏显示，显示的时间区段可以根据需要随时调整。操作人员也可以方便的查询任意一段时间的某种曲线，也可以前台显示实时曲线。报表功能拟设定以下报表出水日流量报表出水月流量报表出水年流量报表各类报表既可以屏幕查看，也可以按时自动打印输出。报表类型主要包括：格式报表事件顺序报表过程变量趋势以上图形、曲线、报表可根据操作者实际要求进行修改或增加。主要报警各种池的上、下限越限报警各类设备故障报警主要电机故障报警 (热故障、短路及温度)供电系统故障报警报警既可以利用图形和声音，也可以直接完成图形的切换，所有报警记录可以打印输出，以备存档。所有报警有汇总显示，及根据收到的次序显示，所有报警都标有日期、时间、至少有2个报警优先级，并可以总体报警或者一个接一个报警。4、PLC控制系统功能1) 控制方式脱盐水水装置工艺设备的控制分为三级：第一级：控制室PLC站根据预定控制程序和现场实际情况实行自动控制，无需人为干预 (自动)，上位机操作站对全部工艺设备的运行状况进行自动监测控制。第二级：上位机监控工作站操作（人机界面），通过计算机的集中控制(遥控)第三级：就地手动控制，与工艺设备操作有关的动力控制柜、就地操作箱柜均带有“控制方式”选择开关，各设备均可通过“自动/手动”选择开关实现就地手动操作与自动（遥控）的切换。手动控制优先级最高，当控制柜上的“自动/手动”转换开关处于“手动”时，PLC的自动控制被屏蔽，现场设备可在就地控制箱或动力控制柜上实现开、停等人工操作。此种模式主要是用在设备安装阶段的单台调试或就地控制器故障时的操作。手动控制信号均通过PLC I/O模块检测并发出相应控制指令。2) 控制特点技术先进PLC控制系统主要选用德国Siemens公司的高性能S7-300系列作为主要的控制器，该系列PLC是Siemens公司的主推PLC产品，采用成熟、先进的技术。Siemens公司的PLC己经成熟的应用到国内外许多领域。操作简单全系统的操作可以分为三级，即设备现场手动操作、PLC自动操作和集中程控操作。设备现场手动操作的优先级最高，当控制柜上的“自动/手动”转换开关处于“手动”时，PLC的自动控制被屏蔽，现场设备可在就地操作箱或动力控制柜上实现开、停等人工操作。上位机的集中控制操作为PLC站上进行单台设备的连锁操作。自动控制方式操作则无须人工干预，PLC站根据预定控制程序和现场实际情况实行自动控制，上位机操作站对全部工艺设备的运行状况进行自动监测控制。易于维护控制系统采用模块化结构。当某个模块故障时，可以方便地拔出模块，然后用新模块进行替换，所以，整个系统的硬件维护非常容易。软件方面，甲方工程师经过培训后，可以对软件进行定期维护和工艺参数的调整。便于扩展在系统设计中，根据标书要求，控制点数留有20%的余量。从主控制器的性能来看，也还有很大的扩展余地。在上位机、PLC控制体系网络上，采用了标准的以太网。系统的组态是一个开放型的结构，不管是模块，还是网络均可以方便的进行扩展。PLC功能完善所选PLC控制和数据处理系统接受过程变量的输入信号，然后按照组态数据的要求，对输入信号进行处理，存放到相应的数据库中显示或计算，传送输出信号至最终控制元件。在I/0信号处理方面，系统对模拟量提供线性化、补偿、累积、开方和报警功能；系统对开关量提供报警和状态变化的检测。系统能够完成调节控制，联锁逻辑，手动操作，由标准算法或用户程序组合而成的自动顺序控制等功能。调节控制功能包括各种PID算法(反馈、前馈、开关、比率、超前/滞后等)、标准计算 (加、减、乘、除、符合运算等)、基本的控制功能(开关、限幅、高/低选择等)、自适应控制功能。联锁控制功能包括用于调节控制的布尔逻辑和用于开关控制的梯形逻辑。自动顺序控制功能可以执行启停顺序、批处理或任何预先定义的程序步骤。控制器具有非易失性内存，在供电中断情况下能保存内存数据七天以上。分控制室控制站可以支持来自现场设备的各种输入和输出信号，所有的输入和输出电路都能防止信号过载、瞬变和浪涌冲击。输入和输出接口可以驱动200米以内的二线制24VDC变送器工常工作。3) 通讯网络及工业以太网PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP用于现场层的高速数据传送。主站周期的读取从站的输入信息并周期的向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站 (PLC)程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。PROFIBUS-DP的基本功能：传输技术：RS-485双绞线、双线电缆或光缆。波特率从9.6Kbit/s到l2Mbit/s。总线存取：各主站间令牌传递，主站与从站间为主 -从传送。支持单主或多主系统。通信：点对点(用户数据传送)或者广播 (控制指令)。运行模式：运行、清除、停止。同步：控制指令允许输入和输出同步。功能：DP主站和DP从站间的循环用户数据传送。强大的诊断功能，DP从站的组态检查，输入输出的同步，通过总线对DP主站进行配置。可靠性和保护机制：所有信息的传输按海明距离HD4进行。DP从站带看门狗定时器。对DP从站的输入/输出进行存取保护。DP主站上带可变定时器的用户数据传送监视。设备类型：第二类DP主站是可进行编程、组态、诊断的设备。第一类DP主站是可编程控制器，如PLC，PC等。DP从站是带二进制值或模拟量输入输出的驱动器、阀门等。PROFlBUS-DP的基本特征：速率：PROFIBUS-DP对所有站点传送512bit/s输入和512bit/s输出数据帧，在传输速率为l2Mbit/s时只需1毫秒。诊断功能：经过扩展的PROFIBUS-DP诊断功能能对故障进行快速定位。诊断信息在总线上传输并由主站采集。诊断信息分三级:本站诊断、模块诊断、通道诊断操作。PROFIBUS-DP的系统配置和设备类型：PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统，在同一总线上最多可连接126个站点。系统配置的描述包括：站数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格式、诊断信息格式及所有使用的总线参数。每个PROFIBUS-DP系统可包括以下三种不同类型设备：一级DP主站 (DPMl)：一级DP主站是集中控制器，它在预定的信息周期内与分散的站交换信息。二级DP主站(DPM2)：二级DP主站是编程器、组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。DP从站：DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备。工业以太网随着近几年来计算机以及通讯行业的发展，工业以太网的应用越来越广泛。工业以太网是以 1OMbit/s为其基准带宽的网络，随着通讯业的发展，出现了1OOMbit/s的高速以太网和更高速率的超高速以太网。工业以太网有几个重要的标准：通信标准：IEEE802.3传输速率：10/100Mbps数据传输权取得方法：CSMA/CD传输媒介：10Base2、10Base5、10BaseT等网络介质的传输方式：基带，英文为“Baseband”，该类型的网络以数字信号传送数据，就是在一条数据传输线路上，同一个时间内只能传送一个数据。即使在多台计算机传输数据信号时，一段时间也只能传送一组信号，而且占用整个带宽。就好象是河上的独木桥，所有需要通过的人只能依次上桥过河。另一种方式与“基带”相反，称为“宽带”(Broadband)，该类型的网络是“模拟信号”传输，在同一时间内可以同时传送不同信号，如视频、音频、数字信号等，互相不发生干扰。如同多车道公路，不同方向、不同速度的车各行其道。“宽带”最好的例子就是我们常用的有线电视，一条电缆可传输上百套节目。 CSMA/CD： 由于在Ethernet网络中一条线路同时只能传输一个信号，所以在多台主机需要传输数据时，就需要用到取得数据传输权的方法来确定传输顺序。以太网采用的是CSMA/CD控制协议工作方式。这种方式的最大特点就是能够做数据传输的碰撞检测，但并不能中断碰撞的发生，没有更正错误的能力。 CSMA/CD最早是由CSMA方法改进而成的，这种方法避免了CSMA方法在两组数据同时传输时发生的“冲突”现象。CSMA/CD可以检测到冲突的发生，并通过计算机给每一个工作站发送干扰信号，工作站在经过一个随机的Backoff时间后，再次向网络传送数据，这样彼此碰撞的概率就极低了。CSMA/CD传输协议己经固化在以太网卡中。出于本项目中以太网节点少，作为管理层运行中的网络负载又较轻，各节点同时传送造成的冲突概率较低，因此选用10M以太网完全可以满足要求，又降低了设备投资，所以网络设置合理、适用性好。5、控制系统主要设备选择1) 上位机监控系统本系统的上位机采用台湾研华工业级控制计算机产品，显示器选用三星 21”CRT显示器。工程师站和操作员站共用一台。2) UPS系统UPS系统主要为电气控制系统服务，保护数据不因断电而丢失。UPS选用APC/STK产品。3) PLC控制系统PLC控制系统采用西门子公司高性能的S7300系列PLC，模块化结构设计，可以任意的按需要组合模块类型和数量，确保控制系统无故障运行。西门子S7300系列PLC采用STEP 7进行系统编程，编程语言丰富，通过梯形图语言程序设计，可以方便的实现开关量逻辑处理(泵、阀门的状态检测和控制等)、故障报警、联锁等功能。另外， S7系列PLC还具有模拟量检测、运算、处理能力，可以方便的实现水处理系统的液位、流量等技术参数的监控。4) 软件系统上位机操作系统：Microsoft公司的Windows 2003上位机监控软件平台： Siemens公司的Win CCPLC编程系统软件：Siemens公司的Step 75) 动力系统动力配电、控制用的主要电器选用施耐德系列产品，包括：空气开关电机启动保护器接触器热继电器转换开关按钮指示灯6、控制系统部分设备参数1) 监控计算机CPU：G550内存：2.0G硬盘：500G光驱：DVD刻录机音箱：多媒体音箱显示器：Samsung 21CRT2) 不间断电源 (UPS)型 号：APC额定容量：5kVA输入电压：(118300)VAC输入频率：(4060)Hz(软件可调)输出电压：220(12)VAC输出频率：50(10.2%)Hz输出波形：正弦波备用时间：9/ 21 （满载/半载）转换时间：零中断超载能力：110150维持30秒钟后输出转为旁路，150%以上维持200ms3) PLC控制系统S7-300 是模块化中小型 PLC系统，它能满足中等性能要求的应用。模块化，无排风扇结构，易于实现分布，易于用户掌握等特点使得S7-300 成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。大范围的各种功能模块可以非常好地满足和适应自动控制任务 由于简单实用的分散式结构和多界面网络能力，使得应用十分灵活 方便用户和简易的无风扇设计 当控制任务增加时，可自由扩展 由于大范围的集成功能使得它功能非常强劲SIMATIC S7-300 可编程序控制器是模块化结构设计。各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。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PROFI- BUS-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)：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(开环或闭环控制) 和闭环控制。根据客户要求，还可以提供以下设备： 负载电源模块 (PS)：用于将SIMATIC S7-300连接到120/230V AC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 M7 自动化计算机AT-兼容的计算机用于解决对时间要求非常高的技术问题。它既可作为CPU，也可以作为功能模块使用。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。4) 控制台、柜 控制台、柜和箱能防尘、防滴水、防腐、防潮、防结霉，防昆虫及啮齿动物，能承受指定场合的温度及支承结构的振动。台、柜的设计、材料选择和工艺要求应使其内外表面光滑整洁，没有焊接、铆钉或外侧出现的螺栓头。台、柜有足够的强度能经受住搬运、安装和运行期间电气短路等产生的所有偶然应力。 所有金属构件牢固地连接到机柜接地板上。台、柜内安装有发热元器件时，若仅靠自然通风不能提供良好的散热，则应装设强迫通风装置，以保证运行时内部温度不超过设备允许的温度极限值。PLC机柜内设有独立的PLC及I/O模件工作地、机壳安全地、信号电缆屏蔽地等接地装置，所有上述接地在电气上应相互隔离。电缆从控制柜底部引入，机柜内预留足够的空间以方便接线。控制机柜的色标将由买方提供，除PLC程控柜外，控制机柜均能靠墙布置，即机柜均为正面开门。每一个床配一个电磁阀柜。水处理系统就地控制室不设置辅助仪表盘，提供就地仪表盘并安装在现场（远离强腐蚀区域）。一、系统规模序号信号类型信号点类型非冗余（检测）备用实配点数卡件数量1420mA输入(AI)普通35104562420mA输出(AO)普通2052543开关量输入（DI）24VDC继电器隔关量输出（DO）无源输出66148011合计：3066937550二、系统配置序号名称部件型号数量单位生产厂家1机柜XP202X1个中控2一体化机笼XP2113个中控324V转5V电源卡（宽面板）XP258-14块中控424V转5V电源卡（窄面板）XP258-22块中控5数据转发卡XP2336块中控