某水处理厂自控系统设计方案.doc

某污水厂三期自控系统技术方案1概述杭州市某污水处理厂三期工程自动控制系统的主体设备采用美国罗克韦尔公司的ControlLogix系列PLC控制系统，现场PLC站为双机冗余热备配置，并选用经过特殊的涂覆处理、能抗酸性和腐蚀性的防腐型模块。ControlLogix系列PLC是一个全开放的过程控制系统，可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通讯速率快，维修成本低，符合真正的工业等级。某污水厂三期整个自控系统为三级管理，包括中央控制室、分控制站及就地控制。现场各种数据通过PLC采集，并通过主干网络传送到中央控制室操作站集中监控和管理。同样，中央控制室主机的控制命令也通过上述通道传送到PLC的测控终端，实施各单元的分散控制。现场与中央控制室的主干网络为1000M工业以太网，工业以太网采用环网结构，以确保系统的安全性。另外，现场PLC分控制站与现场远程I/O站之间采用光纤网的形式并以ControlNet工业控制网协议联接。按照标书要求，某污水厂三期自控系统的现场PLC控制站按工艺区域分成位于进水泵房变电站的LCS1控制站、位于鼓风机变电站的LCS2控制站、位于鼓风机变电站加药间的2#PLC、位于脱水机房变电站的LCS3控制站，其中，LCS2控制站下挂6个远程I/O子站：位于3个初沉池和生物反应池上的RIO211、RIO212、RIO221、RIO222、RIO231、RIO232；LCS3控制站下挂1个远程I/O子站：位于加药间的RIO31。系统共计3个现场PLC控制站、7个远程I/O子站。控制系统的主要功能是完成整个污水处理工艺的生产过程自动化，包括实时采集生产数据和设备实时运行工况，控制相关的生产环节，及时处理生产过程中的故障，对相关设备进行保护。中央控制室位于化验控制楼内，它包括2套互为热备的监控操作站、2套数据服务器、1套工程师站、1套大屏系统、相应的外围设备。监控计算机通过EtherNet/IPt直接连接控制系统，是对现场3个LCS控制站和7个RIO 远程I/O子站的集中监控和管理，负责反映实时工况，进行事件及曲线记录，故障报警，下达生产指令，设定工艺参数等等。信息服务器建有完整的历史数据库，其中1台还提供WEB Server的功能，将有关信息分门别类地提供给全厂各个相关的部门和人员，以供浏览。总体而言，这一系统的出发点和最终所要达到的目标就是：现场无人职守，总站少人值班。2系统的网络配置21主干网络和主干网络协议根据标书要求，本项目选用先进的工业控制以太网和EtherNet/IP以太网工业（应用）协议，工业控制网络的核心技术是控制与信息协议(Control and Information Protocol ,CIP)。CIP协议的控制部分用以进行实时I/O数据传送和互锁。信息处理部分用以进行报文信息的交换，如对等的通讯、报警、组态、操作员显示站以及故障诊断等。EtherNet/IP在网络应用层中采用了CIP协议，是由国际现场总线组织ODVA和 ControlNet +International 于2000年初宣布推出的在现有商用以太网基础上开发的开放的工业网络标准。EtherNet/IP利用了现有成熟的以太网通讯芯片、物理介质和TCP/IP 套件，并且在其应用层植入CIP协议，这种商业应用基础与新的网络技术CIP 协议的融合，很好地将工业网络的技术优势和以太网应用的广泛性、经济性结合在一起。EtherNet/IP具有处理大量报文信息能力，1000Mbps 的网络速度，每个数据分组可以达到1500个字节，提供了一种大量数据通讯的处理方式。另外，EtherNet/IP的开放性能将使系统在规模上的扩展和内容上的增加（如在以太网上增加话音、图象等内容的传输）变得极为方便。EtherNet/IP具有极为突出的网络效率，在同一介质上定义了三种最基本的功能：211实时控制：基于PLC或者智能型设备中所储存的程序，提供控制的具体操作或者工艺过程中的实时数据交换，通过网络的传输实现控制目的。这些控制指令的刷新可以预先规划，也可以基于状态变化，或者在每次新一轮操作开始时进行。212网络组态：允许在某一中心位置集中起动网络或者网络上某一个具体的网络设备，或者起动其他的基于CIP 协议的网络（如EtherNet/IP、DeviceNet）。可以在网络起动时进行网络设备组态，在线修改设备参数，或者通过网络修改PLC程序。而不必为了完成对PLC的编程从一个网络移动到另外一个网络，或者从一个PLC设备移动到下一个PLC设备。无需进行任何的逻辑或者梯形图编程，就可以实现沿网络进行路由，而且可以浏览到网络上所有的设备。借助于CIP协议，可以从一个位置上起动整个的网络系统。213数据采集：采集人机接口显示所需要的数据。包括趋势和分析、配方管理、系统维护和故障诊断。无论是基于既定节拍，还是根据应用需要，都可以非常方便地实现数据采集。在整个数据采集的过程中都无需PLC参与数据的流量控制。22主干网络拓扑和主干网络交换机EtherNet/IP支持包括星形、树型、总线形和环形等各类不同物理结构的网络拓扑，在本项目中，系统的PLC的主干网络为100Mbps全双工交换式光纤环网。环形结构是目前比较典型的一种工业网络结构，其特点是当线路上有一个断点时，整个网络仍可正常通讯，也就是说这种结构具有线路冗余的性能。由于EtherNet/IP在底层（ISO定义的OSI参考模型中的第14层）采用的是符合IEEE 802.3标准的以太网，而IEEE 802.3标准实际上是一个总线标准，一般办公用的交换机（或HUB）不支持环形结构，比较高级的办公用交换机可以采用Spanning Tree（生成树）算法在两个交换机之间建立两个通道（正常运行时只有一个通道工作），类似于环形结构，但由于生成树算法的限制，当其中一个通道发生故障时，另一个通道一般需要经过3090秒才能接通，这明显不能满足工业要求，不可以称为容错冗余光纤环网。本系统配置了德国赫斯曼公司的采用HIPER-Ring冗余概念的工业以太网交换机，不仅完全支持以太网标准，而且可以保证在毫秒级的时间内完成网络的自愈和系统的重新组态。23LCS控制站与RIO远程站的连接网络和网络协议根据标书要求，LCS与RIO之间的连接选用先进的ControlNet工业控制网，ControlNet是一种开放的、高速、高吞吐能力的实时工业控制网络，采用了基于“生产者/消费者模式”（producer/consumer）的网络通讯协议。此外，ControlNet网络同时支持设备组态和数据采集，但是却不会对按计划进行的控制或者输入输出产生影响。ControlNet保证了整个数据通讯可以依计划进行，不会随着工况的改变使得完成数据通讯的时间产生变化，保证了数据通讯的质量。ControlNet是特别面向工业控制所设计的网络。充分考虑了用户在工厂控制级所面临的一些关键问题：苛刻的工业应用环境，电缆的噪声屏蔽，强壮的协议，不可缺少的灵活性等。ControlNet特别适合于协调传动控制、批处理和过程控制等应用。ControlNet网络拓扑支持主干线/分支线结构，物理层支持网络介质冗余结构，提供备用通讯电缆系统，每个节点设备都可以从互为备用的两套通讯电缆系统中选择信号质量较高的链路。借助于介质冗余，即便是网络链路上某一网段出现故障，网络设备仍然能够保持网络连接，保证数据通讯的正常进行。ControlNet是确定性的、可重复的网络，网络能够精确地管理控制数据何时能够成功发送。通过系统组态，网络支持规划报文传送，保证规划报文按照预先要求传送，所花费的时间具有确定性，不随节点变化、拓扑变化、网络通讯量的变化而改变。由用户来确定网络上的每台设备的数据在什么时间、以什么样的时间间隔进行数据交换。3软硬件配置31硬件配置311PLC部分PLC部分将选用美国Rockwell自动化公司的ControlLogix系列产品，该系列产品是罗克韦尔自动化公司Logix控制引擎系列中最具代表性的产品。从外表看起来似乎像一个可编程控制器系统，但是实际上它却远远超越了传统意义上的PLC系统。ControlLogix 体系结构是最新科技的多控制律集成控制平台，是先进的混成控制(Hybrid Control)，可以完成顺序控制、运动控制、传动控制和过程控制。不同于传统的可编程控制器，ControlLogix系统是完全的模块化设计。从框架电源、模块类型，到内存、控制器数量、网络类型等，一切都根据应用需求来进行选择。这种高度的灵活性允许在一个机架中混合使用多个处理器、不同的网络和I/O模块。其中多个处理器使得一方面能够共享系统资源，另外一方面又能够将应用分割成若干个部分，由不同的处理器协调处理。ControlLogix另外一个核心特性是集成的网关功能。系统提供不同最新网络之间的桥接，如Ethernet/IP、ControlNet、DeviceNet等，同时包括过去既有的网络如Data Highway Plus和通用型Universal Remote I/O网络等，系统可以在现有网络或者其它的网络和ControlLogix系统之间透明地发送和接收数据，所有的网络桥接不用处理器参与，无须专门的程序就可以实现，极大地解放了处理器，保证了通讯的性能，而且保证了系统开发的效率和使用的简便性。ControlLogix体系结构在处理器和高速的背板总线之间提供高性能的数据通讯。处理器本身的计算能力也达到业界最高水平。每千字节指令的处理速度仅为80微妙。由于框架背板基于网络而非总线的连接，每一模块均作为网络节点而存在，可自由的实现带电插拔，在不终止其他模块正常运行的情况下方便了设备的维护和系统的扩展正是由于ControlLogix系统独特的设计和优异的性能，在1997年底一经发布，就迅速得到工业界的广泛认同，大量应用于汽车、石化、电力、制药、造纸、基础设施等几乎所有的行业中。312PLC的防腐处理和冗余配置PLC所有模块、槽架、电源均经过特殊的涂覆处理，并符合ANSI/ISA-S71.04-1985“EnvironmentalConditions for Process Measurement and Control System: Airborne Contaminates”(“过程测量与控制系统的环境条件：空气污染”)标准中G3环境级别的使用要求，G3环境级别规定污染空气中的硫化氢浓度小于50ppm，二氧化硫浓度小于300ppm，氯气浓度小于10ppm，因此，满足G3环境级别将可极大地提高系统在难以控制的恶劣环境中的可靠性。按照标书要求，PLC还采用了CPU和电源热备的冗余方式，下图为满足要求的配置方案：I/O模块ControlNet模块通信模块通信模块CPU模块ControlNet模块冗余切换 模块电源模块CPU模块ControlNet模块冗余切换 模块电源模块I/O模块ControlNet模块通信模块通信模块313现场操作终端现场操作终端是一个位于PLC柜上的可视化操作界面，选用Rockwell自动化公司的配套产品PanelView，现场操作终端通过工业以太网与控制系统的PLC或中控室监控计算机进行数据交换，以图形或文字的方式现场显示实时工况，也可以下达操作指令，是现场操作人员的得力助手。314系统防雷为了能抑制出现在电力网络中的暂态浪涌电压和吸收暂态浪涌电压能量，在保障供电连续的条件下，保障计算机、PLC控制站及其它主要设备免受过电压的干扰和侵害，使用电设备安全正常地运行，在系统的供电回路中设置电源防雷器。本系统采用深恩公司高性能电源防雷器。为防止厂区感应雷袭击，为PLC、仪表420MA信号提供信号避雷器，本系统采用深恩公司高性能信号防雷器。315UPS本系统采用美国EMERSON公司高性能产品，具有高频在线、正弦波输出、输出输入完全隔离、采用专用CPU控制、LCD+LED显示、RS232等接口可与控制系统实现网络连接、开机自检测功能，热备冗余及自动旁路功能。在主电力供应正常或不正常时能够持续提供超出额定功率至少25%的负载在出现瞬时过电流或过压时能够承受并保护被供电设备32软件配置软件方面仍然考虑罗克韦尔公司的相关产品。其中RSLogix5000和RSNetWorx用于对ControlLogix的网络组态、编程、高级诊断；RSView Studio用于上位机的人机界面开发；RSView SE Server 和 RSView SE Client组成了C/S结构的人机界面运行平台。配置的RSSql提供了PLC对其他多种数据库的接口。321PLC编程软件RSLogix5000RSLogix 5000用于5000系列PLC的编程，罗克韦尔公司的编程软件以设计人性化，易用、功能强大著称，RSLogix 5000编程软件具有友好的引导性的使用界面、可靠的通讯、高级诊断功能，并具有以下特点： 基于标签的逻辑地址分配方式，抛弃了繁杂的内存地址和数据表管理，用户不必关心数据类型或内存组织形式；结构化的指令、功能块、设备，不需要为获取设备状态、诊断信息等添加逻辑指令，结构化的定义大大减少程序复杂程度，提高了程序一致性，有利于系统的故障诊断和后期维护；“智能”的数据类型，数据类型能够智能地与其要求的功能相匹配，数据结构将自动地被建立和定义；稳定、丰富的指令和功能库。322网络组态软件RSNetWorxRSNetWorx 是开放网络EtherNet/IP 和ControlNet通讯的组态工具，提供实现网络设计、网络设备参数设定、通讯规划、在线监测、故障诊断等功能的友好的操作界面。通过RSNetWorx 组态，可以很好地发挥EtherNet/IP 和ControlNet网络的优异性能，实现同一网络的多处理器结构、端到端的互锁、预定和非预定通讯以及共享输入等功能。RSNetWorx充分利用CIP协议的优点，把过去以处理器为核心的网络组态模式变成了单一界面的软件网络图形设定的方法。323企业级控制数据事务处理软件RSSqlRSSql是基于Windows的工业事务处理系统，提供控制系统和企业级数据库系统之间的双向连接。RSSql是罗克韦尔软件面向企业级用户的软件套件RSBizware中最基础的一个软件。在控制系统方面，RSSql提供向RSLinx、RSView SE、或者其他任何的AdvanceDDE或OPC的服务器相连接。在企业一侧，RSSqlL可以与微软SQL Server通过OLE-DB、或者与 Oracle通过 Oracle Callable Interface (OCI)，或者与任何ODBC兼容的数据库提供连接。324人机接口软件RSView SERSView SE是Rockwell自动化公司于2003年新推出的以MFC（微软基础级）和DCOM（分布元件对象模式）为基础的新一代基于网络的人机监控软件包，是第一个真正意义上的网络构架MMI产品，提供了以服务器为核心的集成的一体化的监控方案。RSView SE是一个强大的管理级的监控软件。它具有多服务器集群和多客户端的分布式结构，和强大的可伸缩性。RSView SE的多服务器多客户端结构可以很容易的建立分布式应用的方案。这种具有高度伸缩性的结构可以应用在小到一台服务器一个客户端的小系统，也可以应用在多服务器多客户端的大系统上。由于采用了最新的Rockwel产品的FactoryTalk底层通讯和数据服务架构，RSView SE可以和众多不同网络中的不同PLC，如ControlLogix和SLC进行通讯。同样的，还可以利用高性能的网络接口和OPC技术同时挂接众多第三方的PLC和网络进行通讯。RSView SE集成Windows安全控制。可以直接利用再Windows里面存在的用户和用户组。然后针对不同的用户配置不同的权限。RSView SE的Domain域控制技术，提供了网络式信息监视控制的高效方法，数据通过TCP/IP协议传输，实现互连网上的安全通信。作为完整的Client/Server结构系统，RSView32 /RSView SE软件包括服务器宿主构架和客户端平台，服务器宿主平台和客户端平台，采用同一安装软件的不同网络设定进行安装，体现了系统的整体和方便性。RSView SE运行于系统的服务器内，系统所有的开发和运行文件均在服务端系统内，用户可以在各工作站方便地对服务器进行访问，在技术上，RSView SE不仅支持LAN的访问，还可以进行远程注册登录访问，甚至可以通过Internet网进行远程客户访问。RSView SE客户端软件运行于网络上各监控工作站上，RSView SE使各工作站实施了与服务器相一致的安全机制，调度员在工作站上进入系统操作，同样要进行操作员登录、输入密码等操作。根据用户的需要，RSView SE支持将各个工作站配置成诸如：控制操作端、报警管理端、趋势图显示端等承担不同任务的客户端。4系统功能41PLC控制部分对控制系统而言，PLC将接收生产设备的手动控制和PLC控制二种运行状态信号，设备运行状态的转换由该设备MCC柜上的转换开关进行切换控制，生产设备在二种不同的运行状态下接收不同的控制信号来源，控制系统亦在生产设备二种不同的运行状态下执行不同模式的监控功能。本系统的控制按控制级别由高到低为：现场手动控制、就地检修控制、遥控控制、自动控制。PLC控制方式：现场控制箱或MCC控制柜上的“就地/远程” 开关选择“远程”方式，在此控制方式下，设备的运行取决于PLC的输出控制，PLC将根据有效的输出控制指令执行有关的控制逻辑。当现场控制站的“自动/遥控”设定为“自动”方式，PLC将根据现场的实时工况以及事先设定的工艺参数自动对设备的运行作出控制和对被控设备的故障保护。当现场控制站的“自动/遥控”设定为“遥控”方式，PLC将接受人机操作界面对单台设备点动的运行控制、以及对组合操作设备组点动的一步化控制。现场手动控制方式：现场控制箱或MCC控制柜上的“就地/远程” 开关选择“就地”方式，在此方式下，PLC退出对设备的控制，但继续保持对设备运行状态的监测、数据采集以及故障报警等工作，操作人员将通过转换开关的控制，进一步确定在设备现场（主要可用于设备调试与检修）或在MCC柜上对设备进行操作。411工况监测无论设备处于何种控制方式下，自控系统都将对生产过程进行实时监测，有关输入输出信号数据的采集是系统进行自控的前提，也为生产管理提供了最原始的材料。412数据处理基于工况监测中所得到的实时数据，PLC将进行一些基础性的数据处理，内容包括流量、压力、水位、水质参数和用电数据的平均值计算，最大值，最小值比较；脉冲量的累计转换；设备的运行时间和周期累加等等。这些基本的数据处理将有利于计算机信息系统进一步工作的展开，而在PLC中进行这些工作也提高了数据的安全性和可靠性。413控制思想在经过了工况监测和一些基本的数据处理之后，结合事先设定的工艺参数，自控系统将对污水厂生产设备进行符合工艺要求的自动控制。4131LCS1控制站的自动控制LCS1控制站的覆盖区域为：粗格栅、进水泵站、中格栅、旋流沉砂池、细格栅。粗格栅控制：两台粗格栅和螺旋输送机、栅渣压榨机各1台为1组，共2组。正常的除污操作根据时间间隔及持续时间的定时方式来控制，粗格栅的时间间隔及持续时间的设定可在中控室及现场LCS1控制站的操作面板上进行。时间间隔从08小时，持续时间从03小时，最初将时间间隔设置为1小时，持续时间设置为1分钟。粗格栅的前后提供液位差测量，以监测格栅是否堵塞。如果液位差超过控制器设定的数值，则粗格栅开始连续工作，直到液位差低于预先设定的数值，如果液位差继续增加，触发“持续高液位”警报，并且粗格栅继续工作。粗格栅的预先设定的高液位差值的设定也可在中控室及现场LCS1控制站的操作面板上进行。预先设定的液位差的范围采用0.30米。螺旋输送机、栅渣压榨机与粗格栅联动，同一组内螺旋输送机和栅渣压榨机启动为有任意一台粗格栅运行时就自动运行，两台粗格栅都停止运行时，延时一定时间停止螺旋输送机运行，螺旋输送机停止后再延时一定时间停止栅渣压榨机运行。延时时间约1分钟。进水泵房控制：10台潜污提升泵分为2组联动系统，每组5台潜污提升泵，每台潜污提升泵可分别独立“远程联动”控制，根据水量的大小控制投入联动运行的提升泵的数量。根据液位控制潜污泵的启停台数，按照环行队列，控制潜污泵的启停，先开先停，以节约能源的损耗，同时可使各泵的运行累计时间相对均衡，合理安排设备的大修。在提升泵联动状况下，根据相应的超声波液位计控制提升泵的运行，当液位低于最低液位时，关闭所有水泵，液位超过启泵液位时，启动第1台水泵，2分钟后液位继续上涨或液位超过正常液位时，启动第2台水泵，依次类推，直到启动第4台水泵；当液位超过最高液位时，启动第5台水泵，当液位从最高液位回落到正常液位时，停止第5台水泵；当液位回落到停泵液位时，停止第4台，2分钟后液位继续下降，再次停止1台水泵，依次类推，直到保留1台水泵运行；启泵、停泵的顺序为：启动时，根据前一次水泵停止的时间及水泵的允许启动条件的限制，允许启动的泵谁先停先启动，停止时，根据谁先启动先停。同时 ，进行水泵启动条件的设置，每台泵10分钟内不能再次启动，1小时内不能启动6次，但在液位高液位时,启动条件解除，直到液位下降到停泵液位时投入；所有控制液位均可由中控室及现场LCS1控制站的操作面板进行设置。中格栅控制：四台中格栅和螺旋输送机、栅渣压榨机各1台为1组，共2组。中格栅的控制基本同粗格栅。沉砂池控制：沉砂池的搅拌器、涡轮砂泵、砂水分离器联动时，搅拌机自动启动并连续运行，砂泵的操作，根据时间间隔及持续时间的定时法来控制。砂水分离器的运行与砂泵联动，即同时开，延时关，延时时间为1分钟。持续时间和间隔时间均可由中控室及现场LCS1控制站的操作面板进行设置。间隔时间能从024小时，持续时间能从03小时进行设定。最初将间隔时间设置为1小时，持续时间设置为10分钟。细格栅控制：联动时，8套细格栅总体为一组，根据液位差或时间进行自动联动控制，当联动控制时，细格栅除污机根据格栅前后液位差及时间来控制。当前后液位差超过上位机可设定的阀值时，格栅进行液位控制，其余时段为由时间控制，运行时间与间隔时间均可由上位机进行设定，格栅液位控制的时序为：当前后液位差超过上位机可设定的阀值时，格栅机除污机自动启动3秒后，停3秒，二次运行后，如液位降至阀值以下时，自动转为时间控制，如液位仍未降至阀值以下时，细格栅自动转入持续工作状态，直到液位降至阀值以下，停止运行而转入时间控制方式。格栅液位控制的时序为：经过可设定的休止时间后，细格栅除污机运行一次，运行时间为3秒钟；细格栅运行两次累计运行两次后或格栅在持续运行时，螺旋输送机和螺旋压榨机自动运行，同时格栅累计运行次数值清零，螺旋输送机和栅渣压榨机运行一段时间后，停止螺旋输送机运行，螺旋输送机停止后再延时一定时间停止栅渣压榨机运行。冲洗系统根据时间间歇运行，冲洗一定时间后间隔一定时间再进行冲洗，反复进行；细格栅及冲洗系统运行时间和间隔时间均可由中控室及现场LCS1控制站的操作面板进行设置。最初将细格栅系统间隔时间设置为1小时，持续时间设置为3秒钟。冲洗系统间隔时间设置为1小时，持续时间设置为1分钟。4132LCS2控制站的自动控制LCS2控制站的覆盖区域为：鼓风机房、初沉池、生物池。初沉池控制：初沉池刮泥机连续运行，当旋转撇渣管采用与刮泥机联动运行方式时，旋转撇渣管开启时间和关闭时间根据中控室及现场LCS2控制站的操作面板的设置运行，一般初次设定每2小时1次，每次开启时间初次设定为3分钟。当初沉池发生事故或进水变化需超越初沉池时，可通过中控室及现场LCS2控制站的操作面板进行“超越”操作。某一初沉池有超越命令时，相应的进水渠闸门会自动关闭，直到超越命令解除时才能开闸门操作，相应的超越渠道闸门会自动打开，直到超越命令解除时才能关闸门操作，同时对应的总超越渠道闸门，直到超越命令解除时才能关闸门操作。初沉池污泥泵控制：污泥泵采用联动运行方式时，污泥泵与出泥管电动闸阀开到位信号联锁，只有出泥管电动闸阀开到位时，相应的污泥泵才能联动启动。3座初沉池为整体联动，但可根据实际情况单独设定联动状态，联动时，每座的2台污泥泵每次只能启动1台，根据停泵的时间决定哪台泵的启动；3座初沉池按1#、2#、3#的顺序，每次只能启动一座初沉池的污泥泵，每座初沉池污泥泵运行由可设定的运行时间控制，经过一定的间隔时间后，启动下一座初沉池。当贮泥池到达高高液位时，初沉池污泥泵联锁停止运行，直到贮泥池高高液位信号解除。某一初沉池有超越命令时，污泥泵联锁停止运行。当液位到达最低液位时，所有泵停止；联动时，当液位到达停泵液位时，停止所有联动的泵，当到达开泵液位时，根据控制要求，启动相应的泵。生物池控制：生物池电动调节阀用于调节生物池好氧区（爆气池）的氧气含量DO值，是整个污水处理的关键环节。通过“DO设定”进行目标DO值的设定，通过开度的PID调节来控制生化池内的DO值。控制系统将根据实际DO值与设定目标值的偏差来进行PID调节，自动控制调节的开度；由于系统调节的大滞后性，PID调节的初始阶段DO值会有一定的波动，为避免鼓风机的喘振，需设定系统较慢的调节速度：每1分钟进行5秒钟的PID调节，同时阀门的开启、关闭速度为每3分钟只能动作2%；操作画面上有DO值及阀门开度输出的实时曲线，可以根据该曲线来判定调节系统的稳定性，如果DO曲线平均值偏离设定值一定的数量时，可以通过画面上的“DO偏差校验”来校正DO值，输入的数值为“实际DO平均值-DO设定值”。每组3用1备混合液回流泵进行单独的联动，混合液回流泵的开启台数由中控室及现场LCS2控制站的操作面板进行设置，设定运行两台时，两台均连续运行，设定运行一台时，受运行时间控制进行泵间的切换，启动时按先停先启的方式进行；每台泵的运行时间可由中控室及现场LCS2控制站的操作面板进行设置。当生物池发生故障时，进水阀门和空气干管的电动空气调节阀关闭，混合液回流泵停止。4133LCS3控制站的自动控制LCS3控制站的覆盖区域为：二沉池、贮泥池、脱水机房、污泥料仓、紫外消毒渠、排江泵房、高位井、加药间。二沉池污泥泵控制：12台污泥回流泵分3组联动运行，每4台1组（3用1备，其中1台为变频控制），当联动时，根据生物池活性污泥浓度，控制回流泵开启台数并调节变频控制泵的转速，启动顺序仍追寻先停先启动的原则，每台泵运行设定的时间后，切换根据先动先停的原则自动切换。当液位到达最低液位时，所有泵停止；联动时，当液位到达停泵液位时，停止所有联动的泵，当到达开泵液位时，根据控制要求，启动相应的泵。剩余污泥泵设为联动时，根据上位机启动命令，启动剩余污泥泵，当贮泥池到达高高液位时，剩余污泥泵停止运行，直到贮泥池高高液位信号解除。所有控制液位均可由中控室及现场LCS3控制站的操作面板进行设置。污泥浓缩脱水和污泥料仓的联动控制：污泥浓缩脱水和污泥料仓控制程序均由其自备的PLC完成，污泥浓缩脱水系统的现场LCS3控制站的PLC采集污泥料斗高料位报警信号、冲洗水池高液位信号、贮泥池液位信号发送至污泥浓缩脱水系统PLC。现场LCS3控制站的PLC读取污泥料斗料位信号、污泥料仓料位信号、污泥料斗高料位报警信号以及污泥料仓PLC系统的中控联动允许信号，并发送中控启动信号和中控复位信号。加药间溶液池控制：系统先判断1#溶液池中药液液位是否在低液位，如不在低液位，则设定1#池为投加池，否则判断2#溶液池中药液液位是否在低液位，如不在，则设定2#池为投加池,以此类推；每次只能有一个池为投加池。当一个溶液池低液位时，自动切换到另一个溶液池进行投加。被设定为投加池的溶液池自动开启出液电动球阀，系统可以由计量泵进行加药。溶液池在液位低时，进入补液过程程序，关闭出液电动球阀，等待现场加药完毕后，操作监控面板上“加药完毕”确认信号，溶液池自动开启水电动球阀进行补水稀释搅拌，当药液补加到高液位时，自动关闭进水电动球阀，补液过程结束。溶液池搅拌机在溶液池设为投加池或补液过程进行中自动开启。加药间计量泵控制：计量泵共计3组，每组3台计量泵采用两用一备的方式运行，启动顺序遵循先停先启动的原则，每台泵运行设定的时间后，根据先动先停的原则自动切换。当某台加药计量泵发生故障时，该加药计量泵自动退出运行；若有备用加药计量泵，则自动切换到备用加药计量泵运行。每台计量泵联动运行时间均可由中控室及现场LCS3控制站的操作面板进行设置。默认设定为运行1小时后切换。排江泵房控制：根据前池液位和计控制出水潜流泵，当液位低于最低液位时，关闭所有水泵，液位超过启泵液位时，启动第一台水泵，10秒后液位继续上涨，启动第二台水泵，依次类推，直到6台水泵全部启动完毕，或液位到达4.0米，启动第二台水泵，液位到达4.2米，启动第三台水泵，液位到达4.4米，启动第四台水泵；液位下降到停泵液位时，停止一台水泵，30秒后液位继续下降，再次停止一台水泵，依次类推，直到保留一台水泵运行；启泵、停泵的顺序为：启动时，根据前一次水泵停止的时间及水泵的允许启动条件的限制，允许启动的泵谁先停先启动，停止时，根据谁先启动谁先停。同时 ，进行水泵启动条件的限制，每台泵10分钟内不能再次启动，1小时内不能启动6次，但在液位最高液位时（4.5米）,启动条件忽略，直到液位下降停泵液位后投入。所有控制液位均可由上位机进行设置。投配池在液位低时，进入补液过程程序，关闭出液电动球阀，确认储液池或溶解池液位，如其中有一个药池的液位不在低液位，则自动开启相应的进液电动球阀，待源液池系统相应的出液电动球阀打开后，再开启进水电动球阀进行补水稀释，当药液补加到高液位时，自动关闭进液电动球阀和进水电动球阀；相应的源液池系统出液电动球阀也关闭，补液过程结束。投配池搅拌机在投配池设为投加池或补液过程进行中自动开启。4144控制设备的故障处理电机运行失败：PLC控制电机启动和停止，在设定时间内没有收到电机的相关运行状态，PLC取消该电机的启停并标志该电机为故障停用状态，监控计算机显示“运行失败”，系统报警，等待人工处理。阀门或闸门的启闭失败：PLC控制该阀门或闸门开启或关闭，在设定时间内没有收到全开或全关信号，PLC停止该阀门或闸门的动作，标志该阀门或闸门为故障停用状态，监控计算机显示“运行失败”，系统报警，等待人工检修。42计算机监控及信息处理部分计算机监控及信息处理是自控系统的指挥枢纽，鉴于实时监控和信息管理双重职能的要求，中控室采用集群计算机构架，2台为监控计算机，与各PLC分站形成分布式实时监控系统；另2台为信息服务器，与全厂的各管理计算机形成信息发布和管理系统。中控室监控平台采用以监控计算机为中心的分布式操作工作站的形式 (Distributed Monitor System)，履行实时监控和实时数据交换的职能，所有实时信息和操作信息都汇总在监控计算机上，由监控计算机统一调度管理，监控计算机同时作为操作员的操作界面。信息服务器对生产数据进行分析处理并归类存档，它的独立性使得数据与信息可以更为方便地进行集中管理和分布式查询，对数据的安全性和有效的利用提供了保障。信息服务器上配备Internet信息发布软件，使之成为厂内局域网的Web服务器。局域网内所有的计算机通过Web浏览器连接本服务器就可查看相关数据。客户所能浏览的内容可以通过Web服务软件方便设定。由监控计算机和信息服务器组成了相对独立和完整的自动控制管理体系，系统的监控功能和管理功能的可扩性得到同步提高，无论是扩展监控功能，还是扩展管理功能，只要在监控计算机上或者信息服务器上增加相应的功能模块便完成该功能的扩展。而且服务器所具有的海量数据存储能力，使得数据异机安全备份成为可能。对于重要的、不可复得的实时数据，这一安全机制将使系统的整体性能亦得到提高。421计算机监控系统4211监控系统结构计算机监控系统采用双机冗余方式，向上通过商用以太网与信息服务器及全厂的计算机系统相连，向下通过ControlNet工业控制网与各PLC分站相连，形成完整的监控分层网络。4212监控系统的监控平台本方案的系统结构中，各PLC监测点上报的实时工况信息通过工业以太网进入监控计算机，依托RSViewSE强大的实时数据处理能力和系统安全特性，形成监控系统数据仓库以及监控操作和数据交互的枢纽。操作员的操作控制在监控计算机上进行，然后通过工业以太网下达操作指令。本着系统先进、可靠的原则，本系统监控计算机的操作系统选用Microsoft Windows XP。Win2000系统是符合工业级标准的操作系统，已被证实是强壮而稳定的，具有很高的可靠性和数据安全性，是当前具有代表性的、技术最先进的主流操作系统。系统有关的软件配置如下图： 接厂局域网信息服务器Windows 2003 ServerMS SQL ServerRSSql监控计算机1Windows XPRSView SE以太网交换机信息服务器Windows 2003 ServerWEB Server监控计算机2Windows XPRSView SEEtherNet/IP工业以太网交换机光纤环网4213监控系统的功能监控计算机是建立在RSView se系统框架上，监控计算机提供即时数据信息并接受来自操作员的操作指令。监控平台的主要界面提供如下显示和操作功能：用户登录：操作员必须输入正确的用户名和操作密码进行登录后才能进入系统。系统对不同的用户赋予了不同的操作权限，分为操作员权限和管理员权限。操作员只能进行设备操作和数据浏览，管理员可进行设备操作、数据浏览、参数设定、用户和密码维护。实时工艺流程图显示：实时动态地显示全厂工艺流程图，流程图上包含各种设备实时运行状况、各种实时工艺参数。实时动态画面采用纵断流程和平面流程相结合的流程图显示方式。流程图中所有设备的运行状态采用绿色表示；停止状态采用红色表示；故障状态采用黄色表示。流程图中所有由PLC控制的设备设置遥控/自动转换按钮，只有当设备手动/自动转换开关处于自动时，遥控/自动转换按钮才可用，当遥控/自动转换按钮处于自动时，禁止人工遥控设备。当设备出现故障信号时，停止运行或禁止启动这些设备。报警：每个可能出现的报警有四种状态：报警未消失未被确认、报警未消失已被确认、报警消失未被确认、报警消失已被确认。系统对报警按如下系统进行分组：进水井、粗格栅、污水提升泵房、沉砂池、细格栅、初沉池、生化池、鼓风机、污泥回流泵房、终沉池、紫外线消毒渠、加药间、出水泵房、贮药池、浓缩脱水机房、贮泥池、冲洗水池、高位出水井、污泥堆肥车间、生物除臭系统、高低压供配电系统、控制系统。监控计算机显示画面的顶部或底部设置一个报警条，在报警条内显示最近三个报警未消失未被确认报警的详细内容，操作员通过画面切换选择报警表，报警表内显示监控计算机中配置的所有报警列表及报警的详细内容。报警的详细内容包括：报警的当前状态、每个“未消失”的报警发生时间、每个“消失”的报警发生时间及“消失”的时间、每个“已确认”的报警的确认时间和用户。当报警出现时，报警打印机立即打印报警信息。实时曲线、历史曲线：操作员可通过菜单或按钮进入实时曲线画面或历史曲线画面，可选择需要的工艺参数查看实时曲线或历史曲线，可同时显示多条实时曲线，可对曲线进行放大或缩小，可任意选择需要查看的时间段。参数设置：所有可以进行调整的参数具备在线调整功能。每个参数可规定调整的上下限值，如果操作员选择了限值以外的数值，系统将禁止接受并予以提示，所有参数的变化均存储在PLC中。具有权限的用户才能对参数设定值进行修改。事件记录：系统发生的较大情况（如设备故障、越限报警、大型设备的启停等情况）或操作人员对设备的操作、参数的调整，将通过事件记录功能记录下这些情况和操作过程，作为今后分析事故的基础资料。事件记录的内容包括各种事件信息、事件发生时的时间和当班操作员等。画面切换：监控计算机显示的画面间的切换简明方便，包括：从菜单上直接进入任何画面、从处理厂总流程图直接进入任何流程图、直接进入上级和下级流程图、从其它任何画面进入报警表、从其它任何画面进入相关的流程图查找最近的“未消失”的报警。根据上述任务要求，可以初步制定如下功能模块结构RSView SERSView SE主监控平台各工艺子窗口趋势图显示统计图表显示人机界面网络通讯事故报警扩展2工业以太网登录管理系统维护VBA控制程序实时动态数据库工况数据管理系统信息管理以太网帮助文件扩展1监控功能模块结构4214监控系统的安全机制系统的安全机制包括两个方面：系统数据的安全性和系统操作的安全性。对于系统数据的安全机制，本系统在2台监控计算机上各建立互补的数据备份区，每当数据交换时，数据同步地写到对方的备份区进行备份保存，一旦因意外而丢失数据，操作员可以通过数据备份区将数据恢复出来。对于系统操作的安全机制，本系统作为全厂的监控中心，必须有严格的操作安全措施，确保生产的安全，因此，凡进入系统操作的人员必须先进行登录，计算机将检测操作人的合法性，如果三次检测非法，系统将自动退出，拒绝操作人的操作。同时计算机也将检测操作人的级别，如果是系统管理员，将可访问系统的所有模块，包括系统维护模块。如果是一般操作员则只能常规生产操作，而不能修改系统参数和运行数据。系统具有操作员登录功能。为了减少操作员输入的工作量，对操作员的姓名采用预先存入计算机硬盘内，通过下拉框由操作员点取自己姓名，然后输入自己工号(或者说是密码)，只有登录成功后，方能进入功能窗口。系统同时具备撤消登录的功能。作为一项规章制度，操作员或系统管理员在当班前或进入系统前应进行登录，计算机在确认其身份后，才允许其操作，并将其所有的操作活动都记录在系统内备查，当操作员下班或系统管理员操作完毕，均应撤消登录。一旦发生问题和事故，在计算机内，都将有稽可查，分清责任，有利于事故的处理和生产管理。422生产信息系统生产信息系统是面向污水厂生产管理的统计查询和信息发布平台。首先，作为日常生产数据统计查询平台，它直接面向污水厂生产的优化管理和查询统计，在结构上采用Client/Server构架。其次，作为局域网信息发布平台，它面向污水厂各职能部门的日常业务查询浏览，因此，该部分采用Browser/Server结构，建立“瘦客户端”浏览器，提供污水厂局域网数据访问的界面。4221生产信息系统功能生产信息系统分四个功能层次：第一功能层次：污水厂生产状况查询。其数据源包括：实时监控系统每5分钟通过RSSql写入服务器的污水厂各环节监测点工况数据、配电间供电状况、泵房运行组合现状等。其查询平台包括：污水厂生产状况追忆，以及其它生产特征范围的统计和查询功能、设备报警和生产报警查询及统计。这里的追忆功能是指当操作人员输入指定的日期范围或者时间区段，系统模拟该选定期间污水厂从进水井直至出水泵房的污水厂全流程工况变化“现场状况”。第二功能层次：污水厂生产效益分析。其数据源包括：监控系统每5分钟通过RSSql写入服务器的单位时间内进水流量记录数据、药耗、电耗，并按照先期输入的当时物价折算出单位污水处理直接成本，供污水厂经营管理者参考。其工作平台包括：日和月度进水流量结算账、药耗、电耗结算、出厂水量、水质统计。不同时期供水流量比较和趋势分析、流量状况追忆。第三功能层次：污水厂生产数据浏览查询。其数据源包括：监控系统定时写入服务器的工况数据，此外，还应包括污水厂相关的资料数据。其工作平台以Web页的形式出现，其使用对象是污水厂各相关职能部门。第四功能层次：污水厂生产资源管理及基础数据管理。其数据源包括：各生产环节设备表、设施表、操作员表等。其工作平台包括：污水厂基本资料查询浏览、基础管理数据更新编辑等。4221生产信息的数据库定义生产信息系统的核心是数据库，数据库结构的定义是根据应用对象的操作流程及其数据展开的。本系统所面向的是污水厂生产过程的查询管理和统计分析，数据库的设计应当围绕这两个应用对象进行。系统网络的数据库平台采用MS SQL Server。作为专用于分布式环境的关系型数据库管理系统，具有良好的系统伸缩性，可以适应从便携机计算到企业级应用的各种规模的数据库，提供诸如DTS(数据转换服务)、自配置和自调整等功能，与WindowsNT/2000以及MS Office、BackOffice紧密集成、Microsoft全局数据存取(Universal Data Access)策略实现了对大量信息资源的高性能存取。根据应用对象的数据层面的不同，数据库的各数据表分成两个层面：工况数据表集：该集所包含的数据表由实时监控子系统定义，并通过RSSql将实时工况数据定时记录到对应的数据表中。资料数据和内部数据表集：该集所包含的数据表，存储一些资料性数据，如设施资源表、污水厂设备表、成本价格等。数据由操作员输入并维护。4223WEB服务WEB页面作为通用的数据浏览工具，主要提供以下内容：厂区生产状况页面：厂区生产状况是查询操作的主要页面之一。在日常查询操作中，操作人员进入该页面即可以浏览当前5分钟时段内的污水厂生产状况，特别是，当操作人员设定的时间点或时间区段及动态步进速率后，系统可以追忆该时间点或时间区段的污水厂生产过程状况。所谓的生产状况追忆实际上是按照操作人员输入的时间条件，把指定时间点的相关工况参数集从数据库中调用出来，显示到厂区图上或工艺流程图上。统计查询页面：统计查询页面提供了对污水厂生产活动的深层次的统计查询和效益分析的实用功能，通过对实时监控系统所积累的生产数据进行统计学处理，可以实际了解污水厂的生产经营效益的趋势曲线，进而指导今后的生产经营活动。资源管理页面：污水厂水处理资源是保证污水厂正常生产运作的基础，污水处理生产资源包含污水厂设备、污水厂设施、输配电设备、生产人员、生产管理规程。5方案实施51质量保证卖方保证提供的设备是全新的、未使用过的，并且在各方面符合合同的标准、规格、质量和性能。卖方提供的所有设备都进行实验、调试，并提供全面的实验、调试报告。在规定的保证期内，卖方对由于制造或设备的缺陷发生的任何故障负责，出现上述情况，卖方接到买方通知后，立即按业主要求赶到现场进行处理。在规定的保证期内，卖方免费负责修理或更换任何并非有买方人员非正常操作而导致的缺陷或故障。在最终用户正常工作进度条件下，卖方质量保证期为设备投入运行后12月或货物到现场18月，以先到时间为准。 52技术服务PLC系统提供二年保修期（以验收合格之日起计），在二年保修期内，PLC系统的维修是免费的。现场服务：卖方提供的现场服务人天数能满足工程安装和调试的需要。卖方派工程技术人员到现场，提供现场技术服务，负责下列现场技术服务：（1）开箱验收；（2）指导系统安装；（3）系统恢复及测试；（4）系统调试；（5）系统开车；（6）系统投运；（7）系统验收。卖方派出的工程技术人员，在设备和系统的安装、接线、调试和启动期间，负责全部技术责任、安装。卖方派出的工程技术人员，还对买方的安装和运行人员进行现场培训。卖方负责将PLC投入运行。并提供其供应的设备和系统进行安装检查、软件调试、维护和启动所需的专用测试设备和工具。53工厂试验在自控设备装运前，卖方对系统进行软/硬件试验，并符合监理工程师和业主的要求。卖方对设备在现场进行再次检验，并对发现的任何缺陷进行纠正。工厂试验的内容包括每台设备的主要部件都进行试验，表明设备的性能、操作及检验的资料应包括在合同要求的资料及技术规范内。每个独立的柜体端子、接线及外部连接设备均进行检验，证明完好。软件的试验包括模拟量的输入/输出试验，并使重要的控制逻辑部件能正确的运行。模拟量的输入采用电流模拟，输出采用外接表头监测。自控系统设备的断电试验应反复进行5次，试验时处理器后备内存不激活，也不投入处理器的后备电池。试验周期从0.1秒到15小时，具有试验数据的保持，程序的稳定性，电源故障的再启动及切换到备用电源的再启动功能。54调试卖方负责系统的安装工作，并负责调试工作。卖方提交安装、调试计划，提供安装流程，提供调试方案。安装、调试计划、流程和方案中应明确具体的安装与调试内容、时间、方法及所需最终用户和有关单位配合的内容及要求。系统调试内容：（1）实验室调试；（2）系统模拟运行；（3）现场I./O信号调试；（4）现场功能调试；（5）现场单体调试；（6）现场联动调试。6售后服务及培训体系61质量目标及保证措施1）质量目标我们对某污水处理二期工程项目自控系统的质量目标是：符合用户技术说明和有关规范要求，按时按质完成任务，确保优良项目。2）质量保证体系根据用户对质量控制和管理的要求，我们选用ISO9000标准，建立健全文件化的质量体系，在本项目的实施过程中，我们用符合国家标准的质量保证手册，对用户作出质量的承诺。在实施过程中，我们虚心遵从用户工程师意见，积极主动地做好各方面的配合工作，保证项目的集成、安装、测试、验收交接顺利进行。我们承诺，严格做好一切材料、设备的进货验证检查，坚决杜绝不合格材料