自控方案技术说明

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，到达提高产品质量，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，保证系统的平安、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

统到达先进、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能按工艺对各储槽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，以到达现场测试流

量数值与相对应的电机转速。

系统需配置I/O点数:

AIAODIDO

11811810251

实际配置I/O点数有10%的余量。

系统设计说明

1.1.1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PentiumlVz,CRT为19”彩显，

分辨率1280x1024,RAM256MB,硬盘30GB,40倍光驱，操作铤盘，鼠

标。安装WinCCV5.1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WINDOWS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参加到报警概念之中，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。

如果使用了库中所提供的操作员显示，操作报警就会自动产生。

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〕画面都能显示河程考量的宓时额根和设备的话行状杰.

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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,

那么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U

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到达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。

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4,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，存档信息到达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：

0连续周期存档，即开机后就以规定时间顺序存储测量值。

0有选择的周期存档，即满足某条件时开始存储测量值。

0非周期存档，即一个或多个事件触发或停止测量值的记录。

0超限时存档

1.1.2工程师站

该系统设置一台工程师站，研华工控PentiumlVz,CRT为19”彩显，分

辨率1280x1024,RAM256MB,硬盘60GB,40倍光驱，操作键盘，鼠标。系

统供电电源为220VAC,±15%/50Hz。安装一套WinCC开发版、工程师软

件包软件〔运行在WindowsNTServer4.0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平安管理规划说明

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，

使整个系统具有平安性、先进性、经济性、标准化。

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(-1,0,1〜16),不同的分

区可指定到操作台上，对来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24VDCo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

220VAe5A现场信号。

模拟量输入模件（Al）的为4s20mA,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4s20mA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

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。

1.2可靠性

所有提供的设备都以经过考核检证后的硬件为根底，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槽位造成硬件搅坏。

设备和整个系统的设计、生产制造可以使总的可利用率(Availability)到达

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.

1.3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。电气接线符适宜用的电气法

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：22015%VAC频率：501HZ

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

系统特性

。基于全集成自动化思想

o与PROF旧US现场总线有机地结合在一切

0吸收了各种先进技术，面向工艺

0更分散的系统配置，特别适用于分散的过程控制应用场合

0系统配置灵活，易于扩展

o模块化结构，通用的硬件模块

o强大的系统软件，组态与编程轻松简单

o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

系统的可靠性表达在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℃60℃

工业以太网以光缆为主要传输介质，环形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。

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、平安可靠；与自动化系统的开展趋势一致；对其它厂商产品具有良好

的兼容性。

系统的易维护性

本方案采用STEPV5.1版本的编程软件。该软件是SIEMENS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。

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做为根底开发与其有关的应用软件，或编写扩展功能。

系统配置清单

.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S7-400UR26ES7400-1JA00-0AA02个

2CPU414-2DP6ES7414-2XG00-0AB02块

3CP443-56GK7443-5FX00-0XE02块

4电源PS4074A6ES7407-0DA00-0AA02块

5FLASHEPROM6ES7952-1KK00-0AA02个

6RAM6ES7952-1AH00-0AA02个

7后备电池6ES7971-0BA004个

8机架S7-300DIN5306ES7390-1AF30-0AA08个

9IM153-16ES7153-1AA02-0XB08块

10电源PS3075A6ES7307-1EA00-0AA08块

11AI8P0INT6ES7331-1KF00-0AB016块

12AO4P0INT6ES7322-5HD01-0AB032块

13DI32P0TNT6ES7321-1BLOO-OAAO7块

14DO32PO1NT6ES7322-1BL00-0AA02块

1520针前连接器6ES7392-1AJ00-0AA041个

1640针前连接器6ES7392-1AM00-0AA016个

17总线连接器6ES7972-0BA12-0XA015个

18总线电缆6XV1930-0AH10150米

195613卡6GK15613AA003块

20Winch开发版6AV6381-1BP04-0AX01套

21Wince运行版6AV6381-1EE04-0AX01套

226ES7810-4CC02-0YX01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MY2NJ60

2计算机研华工控PW,256MRAM48XCDR0M

2

3口一嗯显示19〃彩色

4I/O机柜2100*900*6002

5主机操作台2

6稳压电源DC24V10A2

6UPS电源3KVA1

7打印机宽行针式1

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4-20乂4精度为土2.5猊（如果精度

要求W±0.5%,可根据不同流量范围分别采用电磁流量计、质量流量计、

和椭圆齿轮流量计，但价格是金属转子流量计的2r倍）。

序号名称型号数量备注

1金属转子流量计LZDH-15F6.3~160L/h衬四氟

2金属转子流量计LZDH-25F25~1600L/h67衬四氟

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