概述

　　從目前國內大部分的泵站控制和管理來(lái)看還是處于相當落后的狀況，與國外相比具有很大的差異。在電氣控制上，自動(dòng)化監控程度低，大部分的水處理設備僅有單級的常規控制。在管理水平上，大部分系統的管理記錄和統計都是手工操作。污水處理站的控制和管理沒(méi)有形成區域化的網(wǎng)絡(luò )。隨著(zhù)國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對市政建設和管理提出了更高的要求。所以必需對現有污水處理站的設備及控制和管理進(jìn)行改造和完善。向國外無(wú)人化泵站監控管理發(fā)展，以達到減員增效和提高管理水平的目的。
　　由于我公司PMCC系列水泵控制柜、配電系統本身已具備部分自動(dòng)化、智能化等特點(diǎn)，面向水處理系統的集中控制系統就是利用現有的PMCC控制柜配電系統智能化優(yōu)勢，結合現代網(wǎng)絡(luò )及自動(dòng)化工控技術(shù)，完成現代泵站內分散的模擬量、數字量的數據采集、分析、控制、管理。本著(zhù)安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟、實(shí)用的原則，我司開(kāi)發(fā)的計算機監控系統完全滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性、可靠性、可維性、實(shí)用性、安全性、可擴性、可變性等性能要求。

系統部分

　　我公司組構的系統采用SIEMENSS7-300系列PLC對系統進(jìn)行監視和控制，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )達到PLC和上位機通訊的目的。同時(shí)，采用通訊模塊與智能儀表等外部設備進(jìn)行通訊，以實(shí)現對儀表的遠程監控。
　　中央控制室和PLC子站之間以一個(gè)冗余的100Mbps光纖工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)組成一個(gè)有線(xiàn)數據通信網(wǎng)絡(luò )系統?，F場(chǎng)控制站在現場(chǎng)進(jìn)行工藝檢測參數、設備運行工況信號的采集、檢測和控制，并通過(guò)該站的人機界面對設備運行操作，同時(shí)向中央控制室進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送。中央控制室可監視各現場(chǎng)站的全部運行信息，在中央控制室可通過(guò)上位計算機控制現場(chǎng)設備的啟動(dòng)和停止。系統預留的以太網(wǎng)（RJ45）接口保證了與其它系統及Internet的良好對接。最終保證了系統通訊及監控的實(shí)時(shí)性、完整性及穩定性。同時(shí)每套PLC柜內均可安裝SIEMENS觸摸屏，使得在現 場(chǎng)對系統的監控簡(jiǎn)單、直觀(guān)。
　　現場(chǎng)控制站在與設備通訊時(shí)，采用RS485的方式，其通訊介質(zhì)為屏蔽雙絞線(xiàn)，其通訊速率最大可達187.5Kbit/S，10kV及其它線(xiàn)路的相關(guān)信號，通過(guò)智能繼電保護裝置及智能空氣斷路器、用RS485的通訊方式與現場(chǎng)控制站交換數據，每個(gè)間隔保護及測量裝置均作為現場(chǎng)控制站的從站?，F場(chǎng)控制站采用西門(mén)子S7300PLC，CPU采用315-2DP優(yōu)質(zhì)CPU，具有運算速度快，資源豐富等優(yōu)點(diǎn)。配上激光打印機，可隨時(shí)記錄所需數據。計算機監控軟件采用組態(tài)王、intouch、i-fix等知名組態(tài)軟件，它具有畫(huà)面顯示、趨勢曲線(xiàn)、報警處理、報表處理、數據管理、網(wǎng)上瀏覽等功能。
　　整個(gè)自控系統體現了西門(mén)子全廠(chǎng)一體化的先進(jìn)自控理念，并且網(wǎng)絡(luò )結構完全符合現場(chǎng)總線(xiàn)的國際標準。

系統技術(shù)參數指標描述

　　SIEMENSS7-300系列PLC是模塊化的PLC系統，能滿(mǎn)足中等性能要求的應用，其具有大范圍的各種功能模塊可以非常好的滿(mǎn)足和適應自動(dòng)控制任務(wù)。由于簡(jiǎn)單的分散式結構和多界面網(wǎng)絡(luò )能力，使得應用十分靈活。S7-300還具有多樣的通訊方式，多種不同的通訊處理器用來(lái)連接AS-I接口、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)總線(xiàn)系統。通過(guò)強大的通訊功能，在自動(dòng)控制系統之間或人機界面（HMI）和幾個(gè)自動(dòng)控制系統之間，數據通訊能夠很好進(jìn)行。由于簡(jiǎn)單的結構，使得SIEMENSS7-300PLC易于簡(jiǎn)單的安裝和維護。而且，SIEMENSS7-300PLC提供了大量的功能支持和幫助用戶(hù)進(jìn)行編程、啟動(dòng)和維護，高速的指令處理速度保證了控制要求的快速響應。SIEMENS的S7-300系列PLC的程序掃描時(shí)間最大不超過(guò)150ms，CPU315-2DP數字量通道最大可達16384，模擬量通道可達1024。數字量模塊輸入最快可達0.1ms，模擬量每通道轉換時(shí)間最快可達2.5ms。同時(shí)，S7-300PLC采用模塊化設計，PLC具有很好的擴展性，當任務(wù)規模擴大并愈加復雜時(shí)，可隨時(shí)使用附加模塊對PLC進(jìn)行擴展，使得系統在維護或升級時(shí)可以在短時(shí)間內快速完成，保證了系統的可維護性。
　　本系統采用了SIEMENS Industrial Ethernet網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行數據通訊。通訊模塊采用西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)光纖交換機模塊（OSM）。OSM模塊能在對網(wǎng)絡(luò )可用性和診斷選項方面具有較高要求的控制級進(jìn)行100Mbit/s的交換機網(wǎng)絡(luò )配置。除了2個(gè)環(huán)口之外，OSM還有其它6個(gè)端口（任選ITP.RJ45或BFOC接口），可以連接其它終端和網(wǎng)絡(luò )段?？梢员ＷC快速、大量的數據通訊由于采用光纖連接可用于具有強烈電磁干擾的環(huán)境中完全避免了采用同等電氣方式時(shí)會(huì )遇到的如射頻干擾、雷擊等方面的危害。
　　監控站界面開(kāi)發(fā)采用組態(tài)軟件（如KINGVIEW組態(tài)軟件），最快系統刷新時(shí)間可達55ms，可以完全滿(mǎn)足系統對設備監控的實(shí)時(shí)性。組態(tài)王開(kāi)發(fā)周期較短且可靠性高，便于維護。監控站界面內容豐富，可完成所需控制及顯示功能。以組態(tài)王為例，“組態(tài)王”是在PC機上建立工業(yè)控制對象人機接口的一種智能軟件包，它以WindowsXP/Windows 2000/WindowsNT4.0中文操作系統作為其操作平臺，充分利用了Windows圖形功能完備，界面一致性好，易學(xué)易用的特點(diǎn)。使采用PC機開(kāi)發(fā)的系統工程比以往使用專(zhuān)用機開(kāi)發(fā)的工業(yè)控制系統更有通用性，大大減少了工控軟件開(kāi)發(fā)者的重復性工作，并可運用PC機豐富的軟件資源進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。同時(shí)組態(tài)王軟件中集成了多種品牌、型號的PLC，通過(guò)簡(jiǎn)單的通訊連接，能很好的和PLC進(jìn)行通訊。
　　全密封的面板更適應工廠(chǎng)環(huán)境，而輕觸式屏幕、彩色面板、逼真的動(dòng)態(tài)立體視圖、方便的翻頁(yè)等功能更讓人覺(jué)得現場(chǎng)操作變得如此容易。按工藝需要，可以將按鈕、指示燈、數據設定、數據顯示、報警信息等都作到TP上。SIEMENS TIA 理論中很重要一個(gè)組成部分就是工業(yè)總線(xiàn)技術(shù)。USS或者PROFIBUS DP方案都是應用較廣泛的國際、國家標準。通過(guò)總線(xiàn)技術(shù)，可以將PLC、TP、WINCC、智能儀表等用通訊方式聯(lián)系到一起。如同INTERNET時(shí)代同PCB時(shí)代的進(jìn)步一樣，信息共享、可擴展性強是工業(yè)總線(xiàn)的優(yōu)勢所在。
　　監控系統的控制柜JP/10系列柜體。采用防塵設計，防護等級達到IP54。在控制柜電氣部分設計時(shí)，將充分考慮系統的通風(fēng)、散熱、防潮及接地等多方面因素，保證內部元器件的可靠運行。
　　系統配備的工控機可選用臺灣研華公司產(chǎn)品，硬件滿(mǎn)足下列配置，PCI系統總線(xiàn)、CPU為PIV2.8G、內存256M、硬盤(pán)80G、刻錄光驅、19英寸純平液晶顯示器，A3彩色/黑白激光打印機。
　　系統采用UPS不間斷電源，同時(shí)通過(guò)RS485通訊接口可通過(guò)上位機對UPS的工作狀態(tài)進(jìn)行監控。

硬件系統

　　工業(yè)控制計算機
　　可編程控制器（PLC）及擴展模塊
　　工業(yè)儀表
　　傳感器
　　信號變換器
　　監控操作臺
　　信號指示和報警系統
　　組態(tài)軟件和PLC程序

軟件功能

　　A、 自動(dòng)監視主回路的工作電壓和電流；
　　B、 自動(dòng)監視各閘門(mén)的開(kāi)合；
　　C、 自動(dòng)監視水位；
　　D、 實(shí)現啟閉機的“軟”手動(dòng)操作；
　　E、 實(shí)時(shí)監控設備的運行狀況，當出現電機過(guò)載等故障時(shí)，發(fā)出報警信息，并啟動(dòng)PLC應急處理程序；
　　F、 通過(guò)實(shí)時(shí)曲線(xiàn)方式描述各參數的變化及其趨勢；
　　G、 通過(guò)歷史趨勢曲線(xiàn)和報表等方式對歷史記錄進(jìn)行處理，并可設置打印功能；
　　H、 網(wǎng)絡(luò )通訊功能滿(mǎn)足調度中心對現場(chǎng)參數的監視和遠程控制；
　　I、 操作權限保護，防止無(wú)關(guān)人員干預系統運行；
　　J、 自動(dòng)記錄操作的全過(guò)程；
　　K、 提供系統操作的在線(xiàn)“幫助”功能；
　　L、 通過(guò)與EXCEL、數據庫等的實(shí)時(shí)連接，為其它應用軟件提供動(dòng)態(tài)數據。

主要功能畫(huà)面

　　A、 系統主界面
　　B、 手動(dòng)操作畫(huà)面
　　C、 自動(dòng)操作畫(huà)面
　　D、 電氣運行及監控畫(huà)面
　　E、 報警畫(huà)面
　　F、 報表及其打印畫(huà)面
　　G、 “幫助”畫(huà)面
　　H、 管理員界面
　　I、 “實(shí)時(shí)曲線(xiàn)”畫(huà)面
　　J、 “歷史曲線(xiàn)”畫(huà)面

系統電磁兼容設計

　　在本系統中為減少噪聲干擾，提高系統抗擾能力，應對以下方面作出要求：
　　A、 所有柜子金屬部分通過(guò)最大可能表面積進(jìn)行連接，如有必要，使用抓墊。
　　B、 合理設計及加裝進(jìn)線(xiàn)。
　　C、 為了消除耦合噪聲，信號電纜和動(dòng)力電纜分開(kāi)敷設，最小間隔20cm。在動(dòng)力電纜和信號電纜間使用隔離板，沿長(cháng)度方向上要有多個(gè)接地點(diǎn)。
　　D、 為降低耦合電容和耦合電感，電纜長(cháng)度應盡可能短。備用電纜要兩端接地，可獲得附加的屏蔽效果。
　　E、 數字信號電纜的屏蔽層通過(guò)最大可能表面積使兩端接地（發(fā)送器和接受器）。如果在屏蔽連接之間缺乏等電位的連接，為了減少屏蔽電流，應于屏蔽層并聯(lián)一個(gè)最小截面為10mm2的等電位連接導體。在一般情況下，屏蔽層應幾處接地（兩柜殼），屏蔽層接地點(diǎn)可有數處。
　　F、 模擬信號電纜的屏蔽層兩端應具有很好的等電位。如在模擬電纜中有低頻噪聲源，則屏蔽層應僅接到調整器的模擬信號端。另外一端通過(guò)電容接地。
　　G、 為防止接觸器繼電器、電磁鐵、電磁操作時(shí)間繼電器件的干擾，這些器件必須使用抑制元件，如RC、二極管、壓敏電阻，這些抑制元件必須直接接在線(xiàn)圈上。
　　H、 防止電源耦合而產(chǎn)生噪聲。調速器和自動(dòng)化裝置控制電子設備要接到不同的電網(wǎng)上，為此要使用隔離變壓器對自動(dòng)化裝置控制電子設備進(jìn)行供電。如多臺柜子需要外部24V電源，那么多臺柜子不能共用一外部24V電源。
　　1、 為提高運行的可行性，系統設計為多點(diǎn)接地系統，具體的接地要求如下：
　?、?電機及動(dòng)力電纜屏蔽層通過(guò)塔架的基礎接地，接地電阻應小于4Ω。
　?、?軟啟動(dòng)器柜體通過(guò)接地點(diǎn)接地，接地電阻應小于4Ω。
　?、?信號電纜的接地，接地電阻應小于4Ω。
　?、?低壓配電柜可接地，也可接零。