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水廠自動化和信息化系統的總體設計方案

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一、設計原則

  水廠的計算機自控系統采用計算機網絡系統加工業組態軟件以及可靠通用的PLC模塊。系統配置和功能設計按各工藝處理階段少人值守的原則進行并遵循如下要求:

(1)高可靠性:選用穩定可靠的工業控制系統產品,硬件上簡化系統結構,減少出錯環節。

(2)先進性:控制系統應適應未來現場總線技術的發展,性能價格比高。

(3)靈活性:網絡通訊方式和系統組態靈活,擴展方便,可用性,可維護性好,并具有開放的軟件通訊協議。

(4)實時性:控制系統對工況變化適應能力強,控制滯后時間短。


二、儀表設計

   根據工藝流程和生產管理的需要,在工藝流程的各個部分設置泵房液位變送器、水泵出水管壓力變送器等檢驗儀表;這些儀表均選用工業級在線式儀表,并根據安裝環境的要求具有相應的防護等級。0.4KV低壓進線柜電量參數通過網絡電力儀表的通信接口(Modbus協議)與PLC進行數據交換,電動機柜電量參數通過軟啟動器、變頻器的通信接口(Modbus協議)與PLC進行數據交換。

    

三、控制方式:泵站的控制方式設置如下:

   (1)手動模式:通過就地控制箱或壓低柜上的按鈕實現對設備的啟停操作。

   (2)遙控模式:即遠程手動控制方式,操作人員通過PLC操作面板或系統操作站來控制現場設備。

   (3)自動方式:設備的運行由各PLC根據設備的工況及工藝參數來完成對設備的啟/??刂?,而不需要人工干預。

     通過強電設計中的“手動/自動”切換開關可實現就地現場手動控制和PLC監控,其中就地現場手動控制優先權高于PLC監控,以保證現場操作維修安全。

 1. PLC主要功能:

    *檢控相關模擬量為:取水泵房水位、單泵出水壓力、出水總管壓力。

    *將所有檢測參數和設備運行狀態實時傳送至上位機。

    *接收0.4KV進線柜網絡電力儀表及電動機柜軟啟動器、變頻器送來的各種信號并上送至上位機。

    *執行中心控制室或操作終端下達的控制指令。

    *開泵控制步驟,首先開啟水泵機電,再開出水閥門。

    *停泵控制步驟,首先關閉出水閥門,待出水閥門關閉之75%位置,再停泵。

    *通過接口監控加氯加藥系統的運行。

    *通過接口監控脫水機系統的運行。

    2.設備選型:         

    *PLC的選型:采用歐美公司性價比較高的產品。

3.系統防雷措施:

     *電源部分:在PLC柜現場控制器的電源進線處均設置避雷器或過電壓保護器。

     *信號部分:在PLC的通信網絡端口及4-20mA模擬量信號的設備進線和出現端口設信號過電壓保護裝置。  

    4.檢測儀表、自控系統配線及安裝

    *各現場PLC放射式向儀表供電。

  *儀表配線采用屏蔽電纜以抗外界信號干擾,敷設時與強電線路分開布置。在室內采用沿電纜橋架、電纜溝或穿管敷設相結合的方式,在室外沿電纜溝或穿管埋地暗敷。

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四、系統結構

    自控系統分為3層結構:信息層,控制層,設備層。

*信息層:由監控中心操作員站、工程師站,千兆以太網交換機組成;

*控制層:由分散在各主要構筑物內的現場PLC 主站,工業以太環網交換機及100Mbps 光纖以太網環形、控制子網等組成。

*設備層:由現場運行設備、檢測儀表、高低壓電氣柜上智能單元、專用工藝設備附帶的智能控制器以及現場總線網絡等組成。

五、控制模式

水廠設備的控制模式設三級控制:就地、現場PLC 控制站、監控中心。上、下控制級之間,下級控制的優先權高于上級。就地控制級設有“就地/ 遙控”兩種方式,各設備均可通過“就地/ 遙控”選擇開關切換實現手動操作。當現場PLC 站發生故障時,可通過就地控制級上的“就地/遙控”選擇開關切換實現設備的就地手動操作。

只有當設備手動/自動轉換開關處于自動時,遙控/自動轉換按鈕才可用,當遙控/自動轉換按鈕處于自動時,應禁止人工遙控設備。當設備出現故障信號時,應停止運行或禁止啟動這些設備。

1.PLC控制系統實現新建生產現場的無人值守,功能包括:

    生產過程各種主要工藝參數的采集:

     ·各種能耗、物耗和進、出廠水流量的計量和累計

     ·生產過程設備工況和工藝流程狀況監測

     ·生產過程設備的PLC自動控制

     ·PLC控制與傳統電氣控制自由切換

     ·生產參數的數據存儲和歷史回溯

     ·數據回歸分析和趨勢分析

     ·生產報表的自動形成和打印

     ·事故報警和事故打印

     ·事故處理專家系統。包括事故狀態的自動記錄、存儲,事故類別的自動判定;處理方案的輔助決策支持系統;

2.自控系統技術指標

(1)生產工藝控制:

沉淀后濁度的控制范圍       Tu ≤ 5NTU

出廠水壓力的控制誤差       P ≤ ±0.02Mpa

出廠水余氯控制誤差        CL ≤ ±0.1PPm

出廠水濁度的控制范圍       Tu ≤ 0.1NTU(應急供水時Tu ≤ 3NTU)

72小時無須人為干預,生產正常運行,出廠水質、水壓、水量符合指標,設備正常運行。

(2)PLC系統、計算機系統及通信系統

平均無故障間隔時間         MTBF>100,000hr

處理器板、接口板、電源模塊等的MTBF:>100,000hr

LCU、RTU和MCU的MTBF:>32000h

可用率       A≥99.8%

系統綜合誤差:  σ≤1.0%

數據正確率     I>98%

數據通信負載容量平均負荷a≤2%,峰值負荷A≤10%,

計算機監控系統應能方便、快速地更新修改數據庫和軟件參數,如以下的修改內容:

數字點和模擬點的數量;

模擬點工程單位標度;

模擬點限值;

模擬點限制值死區;

控制點參數。

(3)時間參數:

人機接口畫面響應時間:

  主機的聯機啟動時間              t≤2min

  報警響應時間                  t≤3s

  查詢相應時間                  t≤5s

  實時數據更新時間                t≤3s

  控制指令的響應時間               t≤3s

  計算機畫面的切換時間             t≤0.5s

  調用畫面時間(90%畫面)          t≤0.5s

  調用其它畫面時間                t≤1s

  動態顯示數據刷新時間            t≤2s

  實時數據顯示的刷新周期           t≤3s

傳送時間:

   重要遙測傳送時間         t≤2s

   遙信變位傳送時間         t≤1s

   遙控、遙調命令傳送時間     t≤2s

   全系統實時數據掃描周期     2~5s

   事件順序分辨率        t≤3ms

雙機自動切換時間:

   熱備用時        保證實時任務不中斷

   溫備用時        t≤5s

   冷備用時        t≤2min

控制執行周期

   流量控制執行周期        t<3min

   無功功率控制執行周期       3min

   自動經濟運行功能處理周期時間  30~45min


水廠自動控制流程圖

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