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水厂自动化和信息化系统的总体设计方案

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一、设计原则

  水厂的计算机自控系统采用计算机网络系统加工业组态软件以及可靠通用的PLC模块。系统配置和功能设计按各工艺处理阶段少人值守的原则进行并遵循如下要求:

(1)高可靠性:选用稳定可靠的工业控制系统产品,硬件上简化系统结构,减少出错环节。

(2)先进性:控制系统应适应未来现场总线技术的发展,性能价格比高。

(3)灵活性:网络通讯方式和系统组态灵活,扩展方便,可用性,可维护性好,并具有开放的软件通讯协议。

(4)实时性:控制系统对工况变化适应能力强,控制滞后时间短。


二、仪表设计

   根据工艺流程和生产管理的需要,在工艺流程的各个部分设置泵房液位变送器、水泵出水管压力变送器等检验仪表;这些仪表均选用工业级在线式仪表,并根据安装环境的要求具有相应的防护等级。0。4KV低压进线柜电量参数通过网络电力仪表的通信接口(Modbus协议)与PLC进行数据交换,电动机柜电量参数通过软启动器、变频器的通信接口(Modbus协议)与PLC进行数据交换。

    

三、控制方式:泵站的控制方式设置如下:

   (1)手动模式:通过就地控制箱或压低柜上的按钮实现对设备的启停操作。

   (2)遥控模式:即远程手动控制方式,操作人员通过PLC操作面板或系统操作站来控制现场设备。

   (3)自动方式:设备的运行由各PLC根据设备的工况及工艺参数来完成对设备的启/停控制,而不需要人工干预。

     通过强电设计中的“手动/自动”切换开关可实现就地现场手动控制和PLC监控,其中就地现场手动控制优先权高于PLC监控,以保证现场操作维修安全。

 1。 PLC主要功能:

    *检控相关模拟量为:取水泵房水位、单泵出水压力、出水总管压力。

    *将所有检测参数和设备运行状态实时传送至上位机。

    *接收0.4KV进线柜网络电力仪表及电动机柜软启动器、变频器送来的各种信号并上送至上位机。

    *执行中心控制室或操作终端下达的控制指令。

    *开泵控制步骤,首先开启水泵机电,再开出水阀门。

    *停泵控制步骤,首先关闭出水阀门,待出水阀门关闭之75%位置,再停泵。

    *通过接口监控加氯加药系统的运行。

    *通过接口监控脱水机系统的运行。

    2.设备选型:         

    *PLC的选型:采用欧美公司性价比较高的产品。

3.系统防雷措施:

     *电源部分:在PLC柜现场控制器的电源进线处均设置避雷器或过电压保护器。

     *信号部分:在PLC的通信网络端口及4-20mA模拟量信号的设备进线和出现端口设信号过电压保护装置。  

    4。检测仪表、自控系统配线及安装

    *各现场PLC放射式向仪表供电。

  *仪表配线采用屏蔽电缆以抗外界信号干扰,敷设时与强电线路分开布置。在室内采用沿电缆桥架、电缆沟或穿管敷设相结合的方式,在室外沿电缆沟或穿管埋地暗敷。

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四、系统结构

    自控系统分为3层结构:信息层,控制层,设备层。

*信息层:由监控中心操作员站、工程师站,千兆以太网交换机组成;

*控制层:由分散在各主要构筑物内的现场PLC 主站,工业以太环网交换机及100Mbps 光纤以太网环形、控制子网等组成。

*设备层:由现场运行设备、检测仪表、高低压电气柜上智能单元、专用工艺设备附带的智能控制器以及现场总线网络等组成。

五、控制模式

水厂设备的控制模式设三级控制:就地、现场PLC 控制站、监控中心。上、下控制级之间,下级控制的优先权高于上级。就地控制级设有“就地/ 遥控”两种方式,各设备均可通过“就地/ 遥控”选择开关切换实现手动操作。当现场PLC 站发生故障时,可通过就地控制级上的“就地/遥控”选择开关切换实现设备的就地手动操作。

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,应禁止人工遥控设备。当设备出现故障信号时,应停止运行或禁止启动这些设备。

1.PLC控制系统实现新建生产现场的无人值守,功能包括:

    生产过程各种主要工艺参数的采集:

     ·各种能耗、物耗和进、出厂水流量的计量和累计

     ·生产过程设备工况和工艺流程状况监测

     ·生产过程设备的PLC自动控制

     ·PLC控制与传统电气控制自由切换

     ·生产参数的数据存储和历史回溯

     ·数据回归分析和趋势分析

     ·生产报表的自动形成和打印

     ·事故报警和事故打印

     ·事故处理专家系统。包括事故状态的自动记录、存储,事故类别的自动判定;处理方案的辅助决策支持系统;

2.自控系统技术指标

(1)生产工艺控制:

沉淀后浊度的控制范围       Tu ≤ 5NTU

出厂水压力的控制误差       P ≤ ±0.02Mpa

出厂水余氯控制误差        CL ≤ ±0.1PPm

出厂水浊度的控制范围       Tu ≤ 0。1NTU(应急供水时Tu ≤ 3NTU)

72小时无须人为干预,生产正常运行,出厂水质、水压、水量符合指标,设备正常运行。

(2)PLC系统、计算机系统及通信系统

平均无故障间隔时间         MTBF>100,000hr

处理器板、接口板、电源模块等的MTBF:>100,000hr

LCU、RTU和MCU的MTBF:>32000h

可用率       A≥99.8%

系统综合误差:  σ≤1。0%

数据正确率     I>98%

数据通信负载容量平均负荷a≤2%,峰值负荷A≤10%,

计算机监控系统应能方便、快速地更新修改数据库和软件参数,如以下的修改内容:

数字点和模拟点的数量;

模拟点工程单位标度;

模拟点限值;

模拟点限制值死区;

控制点参数。

(3)时间参数:

人机接口画面响应时间:

  主机的联机启动时间              t≤2min

  报警响应时间                  t≤3s

  查询相应时间                  t≤5s

  实时数据更新时间                t≤3s

  控制指令的响应时间               t≤3s

  计算机画面的切换时间             t≤0.5s

  调用画面时间(90%画面)          t≤0.5s

  调用其它画面时间                t≤1s

  动态显示数据刷新时间            t≤2s

  实时数据显示的刷新周期           t≤3s

传送时间:

   重要遥测传送时间         t≤2s

   遥信变位传送时间         t≤1s

   遥控、遥调命令传送时间     t≤2s

   全系统实时数据扫描周期     2~5s

   事件顺序分辨率        t≤3ms

双机自动切换时间:

   热备用时        保证实时任务不中断

   温备用时        t≤5s

   冷备用时        t≤2min

控制执行周期

   流量控制执行周期        t<3min

   无功功率控制执行周期       3min

   自动经济运行功能处理周期时间  30~45min


水厂自动控制流程图

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