一、 概述水厂自控系统采用“集中管理、分散控制、数据共享”的分层、分布式的拓扑结构，符合当前工业自动化监测系统发展趋势，能够实现全厂工艺参数及设备集中监测和生产过程的自动控制。 系统包括：满足要求的控制系统硬件设备、监控和编程软件、辅助装置以及操作台、控制箱柜等。 1.1 设计原则集中管理、分散控制、数据共享； 具有高度的开放性、可靠性、稳定性和安全性； 具有较强的兼容性、扩充性、可扩展性； 易于操作使用、可修改； 所有标志性、提示性、警告性、显示性的部分采用中文简体。 自控仪表系统必须在充分考虑本工程水处理工艺特性的基础上，按照具有先进技术水平的现代化水处理厂进行设计。设计方案中，既要考虑操作、管理水平的先进性，同时也考虑到高新技术应用的合理性、经济性，在保证生产管理要求的前提下，尽可能节约投资，获得良好的技术经济指标，并能保证系统长期稳定高效地运行。 1.2 自动化系统功能综述本工程采用PLC（可编程控制器）为基础的监测控制和数据采集系统，在中央控制室利用PC（工业级PC）机对厂内各工况进行实时监控，并有信号报警和联锁等设施以保证生产正常运行。生产的过程自动控制采用独立控制，即设备控制层PLC各个子站与上位监控计算机相互独立，可以不依靠上位机而独立运行，保证了生产过程的独立性和安全性。 本方案采用的集散型计算机控制系统设计方案满足如下要求： （1） 根据工艺流程及设备运行要求配置仪表、检测装置，建立监控系统； （2） 采用分散控制，集中管理的方式，建立中央控制系统，管理整个自来水厂的运行； （3） 中控系统采用具有开放的符合TCP/IP协议的计算机网络，并可以与管理系统以及与上级系统和周边系统链接； （4） 主要机械设备的控制采用就地控制、现场控制、中央控制的三层控制模式，现场控制站设置PLC及控制操作人机界面； （5） 其它设备采用现场控制、中央控制的两层控制模式； （6） 在每个工艺节点处设置基于PLC的智能控制装置，各PLC之间及PLC与中央控制系统之间以高速数据通讯网络-光纤以太网连接。 自动化系统实现的以下基本功能： （1）具有实时监测全厂的生产过程参数（如流量、液位等）、水质参 数（如PH值、浊度、余氯等）并对其进行采集、处理、储存、显示和打印；实时监测全厂主要设备的运行状态（如水泵、风机、搅拌机、阀门等），并对其信号进行采集显示。对水厂重要设备（如水泵、风机、阀门等）的开/关次数和运行时间进行累计并生成设备管理报表，使用户能够科学合理的安排生产设备检修时间。 （2）全自动控制现场设备（如水泵、潜污泵、罗茨风机、阀门等）。 （3）在中控室可以实现对全厂设备和仪器仪表的监测和控制。 （4）上位机采用全中文操作界面。界面友好美观，操作简便易学， 响应迅速，可以实现实时动态显示过程参数、水质参数、电气参数的趋势图；可以动态显示全厂生产工艺流程图和各工艺单元流程图，并且可以在流程图上选择弹出多级细部详图。具有自动生成各种生产统计报表。 （5）具有自动进行超限报警和设备故障报警，并可根据相应的报警数据进行分析。具有故障追忆功能，能够自动记录系统或某台设备故障前和故障过程中的状态信息。 本自控系统具有以下三种控制方式 手动模式：通过就地控制箱或电控柜上的按钮实现对设备的启停操作，这种操作模式主要在单机调试、单机检修或非正常情况下常用。 遥控模式：操作人员通过操作面板或中控系统操作站的监控画面用鼠标器或键盘来控制现场设备，也称为“半自动控制”，主要是指操作人员通过对受控对象（系统或过程）的某一环节或设备进行简单的参数设定或发出控制指令，这一环节或设备即按照控制要求执行控制，操作人员只需查看其状态以及有无报警显示等。如阀门远程开度调整，滤池一键控制等。根据操作人员是否在受控系统或过程的现场来看，半自动控制有远程（通过中央控制室操作员站上实现）和就地（通过PLC控制柜上的人机界面触摸屏上实现）两种操作方式。 自动方式：也称为“全自动控制”，主要是指操作人员通过对受控对象（系统或过程）的关键运行参数进行简单的设定或发出控制指令，系统或过程即按照要求进行闭环自动控制，操作人员只需观察系统或过程的状态以及有无报警显示等。例如自动排泥控制、滤池自动反冲洗控制、排水泵自动轮询及高低液位控制等。根据操作人员是否在受控系统或过程的现场来看，全自动控制有远程（通过中央控制室操作员站上实现）和就地（通过PLC控制柜上的人机界面触摸屏上实现）两种操作方式。 三种方式的控制级别由高到低为：手动控制、遥控控制、自动控制。 1.3 系统配置1．3．1 网络结构在综合楼设立中央控制室，下设1#PLC取水控制站、2#PLC加药配水沉淀子站、3#PLC滤池及反冲泵房子站、4#PLC自用泵房及回收水厂出水仪表控制子站和5#PLC脱泥系统控制子站。PLC处理子站通过开放式的与商用以太网兼容的光纤环网与1#、2#工作站相连接并通过工作站与上位管理系统相连。在中央控制室可对主要设备实施开、停控制。同时，设备运转状态也通过以太网送入上位计算机，在计算机上对全厂设备运转情况进行显示监控。 中央控制室还设置了以太网交换机，与厂级管理自动化层以太信息网络相连接。 自控系统配置两套互为备用的监控操作站、一台故障打印机、一台图表打印机。中央控制系统下设两套现场控制站。 按照控制对象的功能、设备量，根据本厂工艺流程和平面布置图，设置现场控制站和中央控制室。 1．3．2 具体配置中央监控系统由两台配置了实时监控软件的工业计算机（互为热备）。 可编程序逻辑控制器（PLC）： 采用世界知名公司的最新产品。选择货源充足中文资料丰富、备品备件方便，技术服务方便、国内有维修处的生产商的产品。PLC的选型充分考虑其可靠性、先进性、可扩充性，应能满足中高控制性能的要求，能承受工业环境的严格要求。平均故障间隔时间（MTBF）为15年。 根据标书技术指标和技术条件的要求以及设计者的总体考虑，优先选择Siemens公司的S7系列PLC。 此外Siemens是世界上著名的自动化设备生产供应商，其PLC产品处于世界领先地位，可靠性极高。在中国、在成都，用户可以得到完善技术支持与服务。 本工程根据各子站的具体情况选用西门子S7-1500/1200/200 smart进行组网。全厂采用以太网+串行通讯总线，实现交互及数据采集。 二 控制流程图及各部分功能详述2.1 生产过程监测系统(中控室)在办公楼设立中央控制室。中央控制室内设有两台22吋纯平高分辨率计算机工作站等，且两台计算机工作站互为备用（分为主操作站和备用操作站），其中主操作站安装有PLC编程软件，具有远程编程功能，程序可方便地通过网络分别下载到指定现场控制站，以便在调试过程中在中央控制室远程随时修改程序。中央控制室可对整个分布式控制系统进行系统组态管理、系统监测、数据实时监测、显示、处理、控制各PLC子站的状态、通信、数据和信息等完成报警和报表打印，在厂级管理层可以通过Internet将结果、效益分析等发往有关部门。 中控子系统主要由以下几个部分组成： 1）二台配置了实时监控软件的工业计算机（互为备用）,工业控制计算机作为中控室人机接口，并通过网络适配器与工业控制系统及全厂管理网系统无缝链接； 2）用于与现场PLC子站相连的网络通讯接口适配器---以太网卡； 3）用于数据库的Data服务器； 4）报表打印机和事故报警打印机，互为备用； 5）以太网交换机； 6）办公打印机； 7）生产管理网使用的若干台电脑； 8）不间断UPS电源。 其主要功能： 远控各PLC现场子站，实时接收PLC采集的各种数据，建立全厂检测参数数据库，处理并显示各种数据； 监测全厂工艺流程和各细部的动态图形； 从检测项目中，按需要显示历史记录和趋势分析曲线； 重要设备主要参数的工况及事故报警、打印制表； 编制和打印生产日、月、年统计报表； 对各种数据实时存储； 实现通过服务器对工艺流程、历史记录、各种设备工作状态、报表等的浏览。 应用工程软件包括：整个污水厂的监测控制、在线测试、离线测试、硬件测试软件、显示功能。 其主要完成以下功能： 完善的Internet 功能； 采用标准的Windows NT平台； 包含支持世界主要硬件厂商的各种网络驱动程序，支持Ethernet、现场总线监控； 有系统员和操作员安全保密功能； 支持1920×1080高分辨率彩色图形显示器； 支持各种Windows标准打印机及外围设备； 为了便于用户功能的定制，监控软件内嵌完全的VBA，而不只是VBA的一个子集； 能够支持友善的中文化界面； 支持开放的、符合ODBC特征的数据库，并能与编程软件及其他的专业数据库软件共享数据库； 为用户提供丰富方便的图形组态、系统组态功能，易于构成各种服务器、图形工作站； 丰富的报警功能、分析报表功能，在线编辑功能、打印功能。实时数据、历史数据分析、综合功能，数据记录保存功能； 易于实现多用户、多任务、多终端； 在线、离线切换功能，自动手动切换功能。 中央控制室能随时监视整个污水厂的运行状态、显示各种检测值及参数，从图形、表格形式显示现行及历史值给因各种临界提示及错误、越限报警、显示及打印分板报表并通过Internet将结果、效益分析等发往有关部门。 中央控制室与厂级管理层之间采用100Mbps的以太网通讯，该网有E-mail功能，能向mail server发送用户自定义信息，故障信息，状态信息等，通过网关（以太网交换器）或PLC可与其他控制网络、现场总线相连。 网络具备如下特性： 传输率：100Mbps； 传输协议：TCP/IP、UDP/IP、FTP； 传输距离：双较线10Base-T--100米、光纤100Base-F—40Km； 传送媒体方式：光纤； 通过PLC可与其它控制网络、现场总线相连； 不间断电源（UPS）： 为保证在供电发生意外时，系统能有足够的反应时间进行应急处理，设计上中央控制室和各子站均设有在线不间断电源（UPS），UPS为在线式运行，自动切换旁路工作，无切换时间。 2.2 生产过程的监测（现场）与自动控制系统2.2.1 1#PLC取水口控制站1#PLC站位于预处理控制室内，其监控范围为：取水浮坞的三台取水变频泵，采用触摸屏+现场就地控制箱的方式双层控制。同时通过与厂区的PLC进行联动，获取厂区清水池液位，实现清水池低液位时自动开启,高液位时自动停止。各台水泵根据轮值累计时间自动切换。
PLC配置清单如下：
2.2.2 2#PLC加药间控制站2#PLC站位于加药间低压配电室，其监控范围为：配水井、絮凝沉淀池、加氯加药间、进水水质在线监测。实现方式为现场操作终端（触摸屏）+可编程序控制器（PLC）+仪器、仪表及变送器。 I、2#PLC站主要设备构成： a）一台现场显示操作屏； b）用于本站自动控制、工艺参数采集和网络连接的PLC系统，包括CPU模块、DI、DO、AI、AO模块和各种网络通讯接口适配器等； c）过电压保护器以及各种隔离器。 PLC作为控制器，现场显示控制屏作为现场人机接口，完成对工艺参数，设备的运行状态、故障状态进行监测和控制。通过网络把信号送中央控制室计算机操作站完成指示、记录、报表和报警打印等监控管理功能。 II、主要监控设备
PLC配置如下：
III、实现的主要功能 本单元应实现以下一些主要功能： 1）根据粗格栅运行时间周期控制格栅机的启停； 粗格栅属于拦污设备，安装在泵站污水池的进口出，其主要作用是去除污水中较大的悬浮或漂浮物，以减轻后续污水处理负荷，并起到保护水泵、管道、仪表等作用。 粗格栅的运行是通过定时控制，比如每隔30分钟（可以设定）粗格栅运行5分钟，间隔时间和运行时间均可调；并检测格栅前的液位，设置上限报警。 经粗格栅拦截下来得悬浮物或漂浮物由除污耙把它们清除至螺旋输送机将其运走。在控制上螺旋输送机与粗格栅联动，即粗格栅先动作然后螺旋输送机延时启动，粗格栅先停止然后螺旋输送机延时停机。2）根据细格栅前后液位差和时间周期控制细格栅机的启停； 由污水提升泵房输送过来的污水在细格栅间进行进一步的处理，通过细格栅去除可能堵塞水泵机组以及管道阀门的较粗大的悬浮物，为后续级提供较为理想的污水水质。细格栅的运行是通过两种方式的结合来控制完成的。第一种是定时控制，比如每隔30分钟（可以设定）细格栅运行5分钟，间隔时间和运行时间均可调；第二种是液位差（也叫水头损失）控制，通过液位差计对细格栅前后液位的测量，一般当液位差达到0.2m时启动细格栅，而当液位差小于0.1m时停止运行细格栅，并设置上限报警。液位差控制的优先级大于时间控制的优先级。 经细格栅拦截下来得悬浮物或漂浮物由除污耙把它们清除至螺旋输送机将其运走。在控制上螺旋输送机与细格栅联动，即细格栅先动作然后螺旋输送机延时启动，细格栅先停止然后螺旋输送机延时停机。 3）絮凝沉淀池排泥阀控制 排泥阀控制通过时间周期排泥，可以实现小周期排泥和全周期排泥。设计4个排泥阀小周期。分别对应2AC01~2AC04。流程如下：
2.2.3 3#PLC反冲泵房控制站3#PLC站位于反冲洗泵房低压配电室，其监控范围为：滤池、反冲洗水泵。实现方式为现场操作终端（触摸屏）+可编程序控制器（PLC）+仪器、仪表及变送器。 I、3#PLC站主要设备构成： a）一台现场显示操作屏； b）用于本站自动控制、工艺参数采集和网络连接的PLC系统，包括CPU模块、DI、DO、AI、AO模块和各种网络通讯接口适配器等； c）过电压保护器以及各种隔离器。 PLC作为控制器，现场显示控制屏作为现场人机接口，完成对工艺参数，设备的运行状态、故障状态进行监测和控制。通过网络把信号送中央控制室计算机操作站完成指示、记录、报表和报警打印等监控管理功能。 II、主要监控设备
PLC配置如下：
III、实现的主要功能 3#PLC为滤池及反冲洗系统的主控制站，需要配套1#~4#滤池控制子站才能实现滤池恒液位控制和自动反冲洗控制。 2.2.4 ECU301~ECU304滤池控制子站ECU301~ECU304位于滤池二层控制室。主要设备为滤池的阀门控制：进水阀、排水阀、反冲气阀、反冲水阀、初滤阀、泄气电磁阀、出水调节阀。 PLC模块采用远程IO模块，带以太网接口，与3#PLC进行共用CPU。 PLC配置如下：
主要控制功能如下：
2）滤池自动反冲洗 滤池自动反冲洗： ① 液位反冲：当液位超过设定液位，且阀门开度>90%时，此时系统自动开启自动反冲模式。 ② 一键反冲：当操作人员通过上位机或者触摸屏选择立即反冲时，系统自动开启反冲。 ③ 周期反冲：当系统选择周期反冲时，周期时间到后，改滤池实现自动反冲。 自动反冲结束后，阀门自动恢复初始值，无需人工干预。 自动反冲洗流程如下：
2.2.5 4#PLC自用水泵控制子站4#PLC站位于自用水泵房低压配电室，其监控范围为：自用水泵房、清水池、回收水池、出水水质在线监测。实现方式为现场操作终端（触摸屏）+可编程序控制器（PLC）+仪器、仪表及变送器。 I、4#PLC站主要设备构成： a）一台现场显示操作屏； b）用于本站自动控制、工艺参数采集和网络连接的PLC系统，包括CPU模块、DI、DO、AI、AO模块和各种网络通讯接口适配器等； c）过电压保护器以及各种隔离器。 PLC作为控制器，现场显示控制屏作为现场人机接口，完成对工艺参数，设备的运行状态、故障状态进行监测和控制。通过网络把信号送中央控制室计算机操作站完成指示、记录、报表和报警打印等监控管理功能。 II、主要监控设备
PLC配置如下：
III、实现的主要功能 本单元应实现以下一些主要功能： 1） 恒压供水：通过压力变送器与变频器共同实现。 算法：
当清水池液位低时，水泵自动停止，确保水泵不空转。 1） 回收水池设备自动控制 潜污泵通过液位高启低停，轮询使用。 当系统切换到自动时，高液位信号到达后，潜污泵自动启动，每次启动运行时间最短的水泵，停止运转时间最长的水泵。 2） 流量计采用RS485通讯，实现瞬时流量和累计流量的采集，传输到中控及触摸屏。 2.2.6 5#PLC脱水机房控制站5#PLC站位于脱水机房低压配电室，其监控范围为：脱水机泵房、储泥池、排水排泥池、污泥浓缩池。实现方式为现场操作终端（触摸屏）+可编程序控制器（PLC）+仪器、仪表及变送器。 I、5#PLC站主要设备构成： a）一台现场显示操作屏； b）用于本站自动控制、工艺参数采集和网络连接的PLC系统，包括CPU模块、DI、DO、AI、AO模块和各种网络通讯接口适配器等； c）过电压保护器以及各种隔离器。 PLC作为控制器，现场显示控制屏作为现场人机接口，完成对工艺参数，设备的运行状态、故障状态进行监测和控制。通过网络把信号送中央控制室计算机操作站完成指示、记录、报表和报警打印等监控管理功能。 II、主要监控设备
PLC配置模块如下：
2.2.7 1#PLC取水口控制站1#PLC站位于取水口，其监控范围为：取水口三台变频取水泵。实现方式为现场操作终端（触摸屏）+可编程序控制器（PLC）。通过单模光纤连接到中控操作台的单模工业交换机。 PLC模块配置如下：
通过联动厂区进水流量计，实现定量取水。同时三台水泵可以实现热备用，定时切换或者故障切换。 III、实现的主要功能 本单元应实现以下一些主要功能： 排泥池潜污泵自动控制通过液位控制启停，高液位启动，低液位停止。 搅拌机低液位保护。 2.3 生产管理计算机网络系统生产管理计算机网络由一台数据服务器、4台计算机终端、10/100M交换机等设备组成。服务器置于中央控制室，4台计算机终端根据不同情况，可分别放在厂长办公室、化验室、技术科办公室、工程师办公室。 生产管理计算机网络主要技术指标： ▪通讯协议Ethernet ▪通讯速率100M 生产管理计算机网络实现的主要功能： 1) 所有生产管理工作站可通过通讯服务器CSER浏览整个生产过程； 2) 生产过程的全面查询，包括厂内全景、流程、过程参数、各种能耗、物耗、进、出厂水流量以及历史数据； 3) 生产过程分析报告、报表和图形； 4) 根据专家系统向生产过程监控系统发调度命令、调整生产过程工艺参数，优化工艺处理流程； 5) 设备资料数据库和设备运行管理数据库； 6) 生产过程经济分析、财务核算、成本核算，帐务、工资、劳动、人事管理； 7) 可视化、多媒体的人机界面； 8) 建立污水厂内部的Intranet平台，提供内部网页浏览、email、电子公告、讨论组等服务； 9) 建立与外部Internet的双向连接，便于对外提供信息发布服务和从外部获取信息，提供网页浏览、email、电子公告、专家讨论组等服务。建立现代企业形象； 10) 网络管理维护； 为与外部计算机网络系统（如行业网）的通讯预留接口，为远期预留扩容能力。 2.4 全厂CCTV电视监视系统（略）【后续将续写： 系统设计制作、调试及技术服务】
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