概述
從目前國(guó)內(nèi)大部分的泵站控制和管理來(lái)看還是處于相當(dāng)落后的狀況，與國(guó)外相比具有很大的差異。在電氣控制上，自動(dòng)化監(jiān)控程度低，大部分的水處理設(shè)備僅有單級(jí)的常規(guī)控制。在管理水平上，大部分系統(tǒng)的管理記錄和統(tǒng)計(jì)都是手工操作。污水處理站的控制和管理沒(méi)有形成區(qū)域化的網(wǎng)絡(luò)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)市政建設(shè)和管理提出了更高的要求。所以必需對(duì)現(xiàn)有污水處理站的設(shè)備及控制和管理進(jìn)行改造和完善。向國(guó)外無(wú)人化泵站監(jiān)控管理發(fā)展，以達(dá)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(tǒng)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(tǒng)的集中控制系統(tǒng)就是利用現(xiàn)有的PMCC控制柜配電系統(tǒng)智能化優(yōu)勢(shì)，結(jié)合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及自動(dòng)化工控技術(shù)，完成現(xiàn)代泵站內(nèi)分散的模擬量、數(shù)字量的數(shù)據(jù)采集、分析、控制、管理。本著安全可靠、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的原則，我司開發(fā)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)滿足實(shí)時(shí)性、可靠性、可維性、實(shí)用性、安全性、可擴(kuò)性、可變性等性能要求。
系統(tǒng)部分
我公司組構(gòu)的系統(tǒng)采用SIEMENSS7-300系列PLC對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)達(dá)到PLC和上位機(jī)通訊的目的。同時(shí)，采用通訊模塊與智能儀表等外部設(shè)備進(jìn)行通訊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
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)有線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)控制站在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工藝檢測(cè)參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行工況信號(hào)的采集、檢測(cè)和控制，并通過(guò)該站的人機(jī)界面對(duì)設(shè)備運(yùn)行操作，同時(shí)向控制室進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送。控制室可監(jiān)視各現(xiàn)場(chǎng)站的全部運(yùn)行信息，在控制室可通過(guò)上位計(jì)算機(jī)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的啟動(dòng)和停止。系統(tǒng)預(yù)留的以太網(wǎng)（RJ45）接口保證了與其它系統(tǒng)及Internet的良好對(duì)接。最終保證了系統(tǒng)通訊及監(jiān)控的實(shí)時(shí)性、完整性及穩(wěn)定性。同時(shí)每套PLC柜內(nèi)均可安裝SIEMENS觸摸屏，使得在現(xiàn) 場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控簡(jiǎn)單、直觀。
現(xiàn)場(chǎng)控制站在與設(shè)備通訊時(shí)，采用RS485的方式，其通訊介質(zhì)為屏蔽雙絞線，其通訊速率可達(dá)187.5Kbit/S，10kV及其它線路的相關(guān)信號(hào)，通過(guò)智能繼電保護(hù)裝置及智能空氣斷路器、用RS485的通訊方式與現(xiàn)場(chǎng)控制站交換數(shù)據(jù)，每個(gè)間隔保護(hù)及測(cè)量裝置均作為現(xiàn)場(chǎng)控制站的從站?，F(xiàn)場(chǎng)控制站采用西門子S7300PLC，CPU采用315-2DP優(yōu)質(zhì)CPU，具有運(yùn)算速度快，資源豐富等優(yōu)點(diǎn)。配上激光打印機(jī)，可隨時(shí)記錄所需數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件采用組態(tài)王、intouch、i-fix等組態(tài)軟件，它具有畫面顯示、趨勢(shì)曲線、報(bào)警處理、報(bào)表處理、數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)上瀏覽等功能。
整個(gè)自控系統(tǒng)體現(xiàn)了西門子全廠一體化的自控理念，并且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)符合現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)描述
SIEMENSS7-300系列PLC是模塊化的PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用，其具有大范圍的各種功能模塊可以非常好的滿足和適應(yīng)自動(dòng)控制任務(wù)。由于簡(jiǎn)單的分散式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使得應(yīng)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)總線系統(tǒng)。通過(guò)強(qiáng)大的通訊功能，在自動(dòng)控制系統(tǒng)之間或人機(jī)界面（HMI）和幾個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)之間，數(shù)據(jù)通訊能夠很好進(jìn)行。由于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，使得SIEMENSS7-300PLC易于簡(jiǎn)單的安裝和維護(hù)。而且，SIEMENSS7-300PLC提供了大量的功能支持和幫助用戶進(jìn)行編程、啟動(dòng)和維護(hù)，高速的指令處理速度保證了控制要求的快速響應(yīng)。SIEMENS的S7-300系列PLC的程序掃描時(shí)間不超過(guò)150ms，CPU315-2DP數(shù)字量通道可達(dá)16384，模擬量通道可達(dá)1024。數(shù)字量模塊輸入可達(dá)0.1ms，模擬量每通道轉(zhuǎn)換時(shí)間可達(dá)2.5ms。同時(shí)，S7-300PLC采用模塊化設(shè)計(jì)，PLC具有很好的擴(kuò)展性，當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)使用附加模塊對(duì)PLC進(jìn)行擴(kuò)展，使得系統(tǒng)在維護(hù)或升級(jí)時(shí)可以在短時(shí)間內(nèi)快速完成，保證了系統(tǒng)的可維護(hù)性。
本系統(tǒng)采用了SIEMENS Industrial Ethernet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。通訊模塊采用西門子工業(yè)以太網(wǎng)光纖交換機(jī)模塊（OSM）。OSM模塊能在對(duì)網(wǎng)絡(luò)可用性和診斷選項(xiàng)方面具有較高要求的控制級(jí)進(jìn)行100Mbit/s的交換機(jī)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(shù)據(jù)通訊由于采用光纖連接可用于具有強(qiáng)烈電磁干擾的環(huán)境中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(jiān)控站界面開發(fā)采用組態(tài)軟件（如KINGVIEW組態(tài)軟件），系統(tǒng)刷新時(shí)間可達(dá)55ms，可以滿足系統(tǒng)對(duì)設(shè)備監(jiān)控的實(shí)時(shí)性。組態(tài)王開發(fā)周期較短且可靠性高，便于維護(hù)。監(jiān)控站界面內(nèi)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(jī)上建立工業(yè)控制對(duì)象人機(jī)接口的一種智能軟件包，它以WindowsXP/Windows 2000/WindowsNT4.0中文操作系統(tǒng)作為其操作平臺(tái)，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(jī)開發(fā)的系統(tǒng)工程比以往使用專用機(jī)開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更有通用性，大大減少了工控軟件的重復(fù)性工作，并可運(yùn)用PC機(jī)豐富的軟件資源進(jìn)行二次開發(fā)。同時(shí)組態(tài)王軟件中集成了多種品牌、型號(hào)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(yīng)工廠環(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(xiàn)場(chǎng)操作變得如此容易。按工藝需要，可以將按鈕、指示燈、數(shù)據(jù)設(shè)定、數(shù)據(jù)顯示、報(bào)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)總線技術(shù)。USS或者PROFIBUS DP方案都是應(yīng)用較廣泛的國(guó)際、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)總線技術(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(kuò)展性強(qiáng)是工業(yè)總線的優(yōu)勢(shì)所在。
監(jiān)控系統(tǒng)的控制柜JP/10系列柜體。采用防塵設(shè)計(jì)，防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP54。在控制柜電氣部分設(shè)計(jì)時(shí)，將充分考慮系統(tǒng)的通風(fēng)、散熱、防潮及接地等多方面因素，保證內(nèi)部元器件的可靠運(yùn)行。
系統(tǒng)配備的工控機(jī)可選用中國(guó)臺(tái)灣研華公司產(chǎn)品，硬件滿足下列配置，PCI系統(tǒng)總線、CPU為PIV2.8G、內(nèi)存256M、硬盤80G、刻錄光驅(qū)、19英寸純平液晶顯示器，A3彩色/黑白激光打印機(jī)。
系統(tǒng)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(jī)對(duì)UPS的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。
硬件系統(tǒng)
工業(yè)控制計(jì)算機(jī)
可編程控制器（PLC）及擴(kuò)展模塊
工業(yè)儀表
傳感器
信號(hào)變換器
監(jiān)控操作臺(tái)
信號(hào)指示和報(bào)警系統(tǒng)
組態(tài)軟件和PLC程序
軟件功能
A、 自動(dòng)監(jiān)視主回路的工作電壓和電流；
B、 自動(dòng)監(jiān)視各閘門的開合；
C、 自動(dòng)監(jiān)視水位；
D、 實(shí)現(xiàn)啟閉機(jī)的“軟”手動(dòng)操作；
E、 實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀況，當(dāng)出現(xiàn)電機(jī)過(guò)載等故障時(shí)，發(fā)出報(bào)警信息，并啟動(dòng)PLC應(yīng)急處理程序；
F、 通過(guò)實(shí)時(shí)曲線方式描述各參數(shù)的變化及其趨勢(shì)；
G、 通過(guò)歷史趨勢(shì)曲線和報(bào)表等方式對(duì)歷史記錄進(jìn)行處理，并可設(shè)置打印功能；
H、 網(wǎng)絡(luò)通訊功能滿足調(diào)度中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制；
I、 操作權(quán)限保護(hù)，防止無(wú)關(guān)人員干預(yù)系統(tǒng)運(yùn)行；
J、 自動(dòng)記錄操作的全過(guò)程；
K、 提供系統(tǒng)操作的在線“幫助”功能；
L、 通過(guò)與EXCEL、數(shù)據(jù)庫(kù)等的實(shí)時(shí)連接，為其它應(yīng)用軟件提供動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。
主要功能畫面
A、 系統(tǒng)主界面
B、 手動(dòng)操作畫面
C、 自動(dòng)操作畫面
D、 電氣運(yùn)行及監(jiān)控畫面
E、 報(bào)警畫面
F、 報(bào)表及其打印畫面
G、 “幫助”畫面
H、 管理員界面
I、 “實(shí)時(shí)曲線”畫面
J、 “歷史曲線”畫面
系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計(jì)
在本系統(tǒng)中為減少噪聲干擾，提高系統(tǒng)抗擾能力，應(yīng)對(duì)以下方面作出要求：
A、 所有柜子金屬部分通過(guò)可能表面積進(jìn)行連接，如有必要，使用抓墊。
B、 合理設(shè)計(jì)及加裝進(jìn)線。
C、 為了消除耦合噪聲，信號(hào)電纜和動(dòng)力電纜分開敷設(shè)，最小間隔20cm。在動(dòng)力電纜和信號(hào)電纜間使用隔離板，沿長(zhǎng)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(zhǎng)度應(yīng)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(shù)字信號(hào)電纜的屏蔽層通過(guò)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(yīng)于屏蔽層并聯(lián)一個(gè)最小截面為10mm2的等電位連接導(dǎo)體。在一般情況下，屏蔽層應(yīng)幾處接地（兩柜殼），屏蔽層接地點(diǎn)可有數(shù)處。
F、 模擬信號(hào)電纜的屏蔽層兩端應(yīng)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(yīng)僅接到調(diào)整器的模擬信號(hào)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圈上。
H、 防止電源耦合而產(chǎn)生噪聲。調(diào)速器和自動(dòng)化裝置控制電子設(shè)備要接到不同的電網(wǎng)上，為此要使用隔離變壓器對(duì)自動(dòng)化裝置控制電子設(shè)備進(jìn)行供電。如多臺(tái)柜子需要外部24V電源，那么多臺(tái)柜子不能共用一外部24V電源。
1、 為提高運(yùn)行的可行性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為多點(diǎn)接地系統(tǒng)，具體的接地要求如下：
① 電機(jī)及動(dòng)力電纜屏蔽層通過(guò)塔架的基礎(chǔ)接地，接地電阻應(yīng)小于4Ω。
?、?軟啟動(dòng)器柜體通過(guò)接地點(diǎn)接地，接地電阻應(yīng)小于4Ω。
?、?信號(hào)電纜的接地，接地電阻應(yīng)小于4Ω。
?、?低壓配電柜可接地，也可接零。
