一、設(shè)計(jì)原則

  水廠的計(jì)算機(jī)自控系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)加工業(yè)組態(tài)軟件以及可靠通用的PLC模塊。系統(tǒng)配置和功能設(shè)計(jì)按各工藝處理階段少人值守的原則進(jìn)行并遵循如下要求：

（1）高可靠性：選用穩(wěn)定可靠的工業(yè)控制系統(tǒng)產(chǎn)品，硬件上簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少出錯(cuò)環(huán)節(jié)。

（2）先進(jìn)性：控制系統(tǒng)應(yīng)適應(yīng)未來(lái)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，性能價(jià)格比高。

（3）靈活性：網(wǎng)絡(luò)通訊方式和系統(tǒng)組態(tài)靈活，擴(kuò)展方便，可用性，可維護(hù)性好，并具有開(kāi)放的軟件通訊協(xié)議。

（4）實(shí)時(shí)性：控制系統(tǒng)對(duì)工況變化適應(yīng)能力強(qiáng)，控制滯后時(shí)間短。

二、儀表設(shè)計(jì)

   根據(jù)工藝流程和生產(chǎn)管理的需要，在工藝流程的各個(gè)部分設(shè)置泵房液位變送器、水泵出水管壓力變送器等檢驗(yàn)儀表；這些儀表均選用工業(yè)級(jí)在線式儀表，并根據(jù)安裝環(huán)境的要求具有相應(yīng)的防護(hù)等級(jí)。0.4KV低壓進(jìn)線柜電量參數(shù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)電力儀表的通信接口（Modbus協(xié)議）與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，電動(dòng)機(jī)柜電量參數(shù)通過(guò)軟啟動(dòng)器、變頻器的通信接口（Modbus協(xié)議）與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

三、控制方式：泵站的控制方式設(shè)置如下：

   （1）手動(dòng)模式：通過(guò)就地控制箱或壓低柜上的按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的啟停操作。

   （2）遙控模式：即遠(yuǎn)程手動(dòng)控制方式，操作人員通過(guò)PLC操作面板或系統(tǒng)操作站來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

   （3）自動(dòng)方式：設(shè)備的運(yùn)行由各PLC根據(jù)設(shè)備的工況及工藝參數(shù)來(lái)完成對(duì)設(shè)備的啟/?？刂疲恍枰斯じ深A(yù)。

     通過(guò)強(qiáng)電設(shè)計(jì)中的“手動(dòng)/自動(dòng)”切換開(kāi)關(guān)可實(shí)現(xiàn)就地現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制和PLC監(jiān)控，其中就地現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制優(yōu)先權(quán)高于PLC監(jiān)控，以保證現(xiàn)場(chǎng)操作維修安全。

 1. PLC主要功能：

    *檢控相關(guān)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(cè)參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)傳送至上位機(jī)。

    *接收0.4KV進(jìn)線柜網(wǎng)絡(luò)電力儀表及電動(dòng)機(jī)柜軟啟動(dòng)器、變頻器送來(lái)的各種信號(hào)并上送至上位機(jī)。

    *執(zhí)行中心控制室或操作終端下達(dá)的控制指令。

    *開(kāi)泵控制步驟，首先開(kāi)啟水泵機(jī)電，再開(kāi)出水閥門(mén)。

    *停泵控制步驟，首先關(guān)閉出水閥門(mén)，待出水閥門(mén)關(guān)閉之75%位置，再停泵。

    *通過(guò)接口監(jiān)控加氯加藥系統(tǒng)的運(yùn)行。

    *通過(guò)接口監(jiān)控脫水機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行。

    2.設(shè)備選型：         

    *PLC的選型：采用歐美公司性價(jià)比較高的產(chǎn)品。

3.系統(tǒng)防雷措施：

     *電源部分：在PLC柜現(xiàn)場(chǎng)控制器的電源進(jìn)線處均設(shè)置避雷器或過(guò)電壓保護(hù)器。

     *信號(hào)部分：在PLC的通信網(wǎng)絡(luò)端口及4-20mA模擬量信號(hào)的設(shè)備進(jìn)線和出現(xiàn)端口設(shè)信號(hào)過(guò)電壓保護(hù)裝置。  

    4.檢測(cè)儀表、自控系統(tǒng)配線及安裝

    *各現(xiàn)場(chǎng)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(hào)干擾，敷設(shè)時(shí)與強(qiáng)電線路分開(kāi)布置。在室內(nèi)采用沿電纜橋架、電纜溝或穿管敷設(shè)相結(jié)合的方式，在室外沿電纜溝或穿管埋地暗敷。

四、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    自控系統(tǒng)分為3層結(jié)構(gòu)：信息層，控制層，設(shè)備層。

*信息層：由監(jiān)控中心操作員站、工程師站，千兆以太網(wǎng)交換機(jī)組成；

*控制層：由分散在各主要構(gòu)筑物內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)PLC 主站，工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)及100Mbps 光纖以太網(wǎng)環(huán)形、控制子網(wǎng)等組成。

*設(shè)備層：由現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備、檢測(cè)儀表、高低壓電氣柜上智能單元、專用工藝設(shè)備附帶的智能控制器以及現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)等組成。

五、控制模式

水廠設(shè)備的控制模式設(shè)三級(jí)控制：就地、現(xiàn)場(chǎng)PLC 控制站、監(jiān)控中心。上、下控制級(jí)之間，下級(jí)控制的優(yōu)先權(quán)高于上級(jí)。就地控制級(jí)設(shè)有“就地/ 遙控”兩種方式，各設(shè)備均可通過(guò)“就地/ 遙控”選擇開(kāi)關(guān)切換實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)PLC 站發(fā)生故障時(shí)，可通過(guò)就地控制級(jí)上的“就地/遙控”選擇開(kāi)關(guān)切換實(shí)現(xiàn)設(shè)備的就地手動(dòng)操作。

只有當(dāng)設(shè)備手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)處于自動(dòng)時(shí)，遙控/自動(dòng)轉(zhuǎn)換按鈕才可用，當(dāng)遙控/自動(dòng)轉(zhuǎn)換按鈕處于自動(dòng)時(shí)，應(yīng)禁止人工遙控設(shè)備。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障信號(hào)時(shí)，應(yīng)停止運(yùn)行或禁止啟動(dòng)這些設(shè)備。

1.PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)新建生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)人值守，功能包括：

    生產(chǎn)過(guò)程各種主要工藝參數(shù)的采集：

     ·各種能耗、物耗和進(jìn)、出廠水流量的計(jì)量和累計(jì)

     ·生產(chǎn)過(guò)程設(shè)備工況和工藝流程狀況監(jiān)測(cè)

     ·生產(chǎn)過(guò)程設(shè)備的PLC自動(dòng)控制

     ·PLC控制與傳統(tǒng)電氣控制自由切換

     ·生產(chǎn)參數(shù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和歷史回溯

     ·數(shù)據(jù)回歸分析和趨勢(shì)分析

     ·生產(chǎn)報(bào)表的自動(dòng)形成和打印

     ·事故報(bào)警和事故打印

     ·事故處理專家系統(tǒng)。包括事故狀態(tài)的自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)，事故類別的自動(dòng)判定；處理方案的輔助決策支持系統(tǒng)；

2.自控系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

（1）生產(chǎn)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(yīng)急供水時(shí)Tu ≤ 3NTU）

72小時(shí)無(wú)須人為干預(yù)，生產(chǎn)正常運(yùn)行，出廠水質(zhì)、水壓、水量符合指標(biāo)，設(shè)備正常運(yùn)行。

（2）PLC系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及通信系統(tǒng)

平均無(wú)故障間隔時(shí)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(tǒng)綜合誤差： 　σ≤1.0％

數(shù)據(jù)正確率   　　I>98％

數(shù)據(jù)通信負(fù)載容量平均負(fù)荷a≤2％，峰值負(fù)荷A≤10％，

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能方便、快速地更新修改數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件參數(shù)，如以下的修改內(nèi)容：

數(shù)字點(diǎn)和模擬點(diǎn)的數(shù)量；

模擬點(diǎn)工程單位標(biāo)度；

模擬點(diǎn)限值；

模擬點(diǎn)限制值死區(qū)；

控制點(diǎn)參數(shù)。

（3）時(shí)間參數(shù)：

★人機(jī)接口畫(huà)面響應(yīng)時(shí)間：

  主機(jī)的聯(lián)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間              t≤2min

  報(bào)警響應(yīng)時(shí)間                  t≤3s

  查詢相應(yīng)時(shí)間                  t≤5s

  實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新時(shí)間               　t≤3s

  控制指令的響應(yīng)時(shí)間               t≤3s

  計(jì)算機(jī)畫(huà)面的切換時(shí)間             t≤0.5s

  調(diào)用畫(huà)面時(shí)間（90％畫(huà)面）         　t≤0.5s

  調(diào)用其它畫(huà)面時(shí)間               　t≤1ｓ

  動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)刷新時(shí)間         　　　t≤2s

  實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示的刷新周期        　　　t≤3s

★傳送時(shí)間：

   重要遙測(cè)傳送時(shí)間         t≤2s

   遙信變位傳送時(shí)間        　t≤1s

   遙控、遙調(diào)命令傳送時(shí)間    　t≤2s

   全系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)掃描周期   　　2～5s

   事件順序分辨率       　t≤3mｓ

★雙機(jī)自動(dòng)切換時(shí)間：

   熱備用時(shí)        保證實(shí)時(shí)任務(wù)不中斷

   溫備用時(shí)      　　t≤5s

   冷備用時(shí)      　　t≤2min

★控制執(zhí)行周期

   流量控制執(zhí)行周期   　　　　　t＜3min

   無(wú)功功率控制執(zhí)行周期     　 3min

   自動(dòng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行功能處理周期時(shí)間 　30～45min

水廠自動(dòng)控制流程圖