半导体产业园废水处理站电气中控系统方案.docx

1、半导体产业园废水处理站电气中控系统方案电气中控系统方案一、概述: 本方案为“*半导体产业园废水处理站设备及安装工程”电气中控系统方案。根据生产现场的特点及现场工艺的要求，主要突出环保和节能，强调自主功能的完善。同时，通过现代化网络控制手段及计算机技术，对分布在现场各处的设备进行集成，以适应后续发展的需求。本方案中，计算机主控站设在地面控制室，内设控制柜及操作台各一套。同时在各个工艺设备的现场按照需要设有就地操作控制柜和电动阀控制柜。整个电气中控系统集成了上位监控计算机、可编程逻辑控制器、现场电气控制柜、现场检测仪表于一体，组成了一个完整的控制系统。该系统具有先进性、可靠性、模块化、适应性及可维

2、护性。电气中控系统上位计算机具有动态模拟流程画面、实时操作、参数设置、实时及历史数据管理及显示、操作员密钥管理等丰富功能。控制系统采用日本三菱公司高性能Q系列可编程逻辑控制器。三菱公司高性能Q系列采用模块化设计，坚固耐用，容易扩展并且具有广泛的通讯能力；分布式体系结构、用户友好的操作环境保证系统能够适应复杂的生产过程控制和管理要求并成为中、高档性能控制领域中的首先解决方案。该系统控制准确、可靠，使用灵活方便，投资经济合理，广泛适用于环保、电力、化工、冶金、建材、制药等领域。二、设计及制造参照的标准电气、自控及仪表系统在设计中严格依据国内和国际相关标准，以满足技术标书的要求。设计遵循的主要标准和

3、规范2900电工名词术语7267-87电力系统二次回路控制、保护屏及柜基本尺寸系列;7450电子设备雷击保护导则;7261-87继电器及机电保护装置基本实验方法;50171-92电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范;2681-81电工成套装置中的导线颜色;4025电工成套装置中的指示灯和按钮的颜色;6988169887电气制图;4728472813电气图用图形符号;7638-94电力系统二次回路控制及机电保护屏 (柜/台)技术要求;49492293低压电器外壳防护等级;91包装储运指示标志;13384-92机电产品包装通用技术条件;998低压电器基本实验方法;4374低压电器电控

4、设备;49422低压电器外壳防护等级;04D701-3 电缆桥架安装美国国家电气制造商协会标准;国际电工学会标准“*半导体产业园废水处理站设备及安装工程”工程招标文件及图纸三、设计目标及原则系统分散控制、集中管理，使管理者在中央控制室内即可完成对整个生产现场所有机电设备的监控和相应的管理。生产现场中控系统最终应满足以下特点：1、可靠及安全性废水处理站的电气自动化控制系统依据环保专业工程师所提及的工艺要求及相应的国家和行业标准进行；必须保证工艺参数控制准确，调整方便，工艺设备及动力装置运行安全、稳定、可靠。2、先进性废水处理过程尽量简单，达到管理方便的目的。同时采用合理的自动化控制和仪表监控系统

5、，达到其先进性，包括电气控制系统能实现工艺参数控制，包括值、流量、液位等；电气控制系统元件充分考虑防火、防爆、防潮、高温、防腐等特殊环境的要求；电器元件采用灵敏可靠，质量优异，性价比高的产品。3、适应性设计应符合经济的要求：设计中一方面尽可能采用先进优质的产品，同时考虑合理配制来降低工程建设和运行成本；另一方面必须保证在工程建成投入使用后，取得最大的经济效益和社会效益以及使用效果；4、开放性及可扩展性开放系统在整个生产现场的生命周期中，可以有效地降低维修和管理费用，系统重新配置和技术升级换代变得更加容易。可设计之初，留有20%的点数，以备后续的扩展。另外，如需要大规模扩展，可在现场系统的基础上

6、利用总线结构快速实现。根据上述设计目的及原则，通过详细的调研及对比分析，系统方案设计中在几个方面作了着重考虑。3.1、安全可靠硬件具体措施：、在上位控制计算机及控制站通过以态网方式通讯，更换模块方便，系统并且预留20%的余量，并且提供为空槽。、我们提供的所有硬件是日本三菱公司的标准产品，完全符合、等国际标准。提供的控制系统能在高电气噪声、无线电干扰和振动环境下连续运行、对控制系统配置有浪涌保护装置在控制软件设计上：、软件采用结构化、模块化设计，通过子程序间的调用来完成各种控制功能、所有转子程序指令必须加指令注释以说明该子程序的功能。、所有输入/输出（）地址、过程标志位、数据存储字必须加地址注释

7、以说明该地址的作用。、各种编程软件、调试软件等应用软件使用对应产品供应商的标准软件的最新版本。保证在设备使用期内的免费维护和升级等工作。并免费提供开发应用程序和软件源代码。软件不使用任何密码锁。在设备选型上：、所有监控系统工作站、仪表系统设备均选用性能可靠、性能价格比高、技术服务好的著名品牌产品；电器元件等低压电器的选型采用了国际著名公司(、施耐德等)的产品，以充分保证本系统具有高可靠性和成熟技术的适用性，并美观、布局合理、操作维护简单方便，满足工程自控及仪表系统要求，保证安全、可靠运行。在系统集成上：、充分考虑设备的成套性、通用性，以保证系统的整体可靠性及其它系统的接口方便性。3.2、操作简

8、便废水处理站工艺控制较复杂，在控制系统的设计中，结合废水处理系统的工艺特点，采用“自动-人工-半自动”三种控制方式。现场设备装配有 “就地0远程”转换开关，保证其中任意一台工艺设备发生故障需要检修时，不影响另外系统的运行。该废水处理站设集中控制间，在控制间内设置的电控柜，根据需要设置现场控制柜、操作站，低压控制元件集中设置在电控柜内，柜面设有电流电压表及控制旋钮和人机界面，显示各用电设备的工作状况，在现场可以进行手动控制和自动控制的转换。控制系统采用可编程序控制器()及上位计算机监控系统对废水处理站用电设备实现自动控制。控制操作台柜根据人体特征，按人性化设计控制台面，布置操作按钮、指示灯。具有

9、良好的人机界面和操作提示及误操作的保护和提示；系统的故障诊断、报警、信息提示和记录分析。操作员站设置不同的操作权限，设置不同的操作界面，避免越权操作，并实现对工艺参数完成实时数据采集、数据处理、数据图形界面显示及控制等操作最终达到提高管理水平、工作效率的目的，保证废水处理站的用电设备安全可靠的运行3.3、工程范围1、本工程范围包括：废水处理自动控制系统和电气系统的设计、制作、安装、调试、培训、验收等工作。2、包括自控系统的详细设计、电气元器件的采购、运输、安装，应用软件的编制及调试，控制柜（含控制箱、电源柜、电动阀箱、按钮盒、操作站等）的安装和连接、电气设备的安装和调试、培训、验收。3、废水处

10、理站工程项目控制系统是采用集中监视、远程和就地控制的模式。全车间设电气集中控制室，现场控制箱分散各设备旁。负责采集现场实时数据、根据工艺调度要求控制现场设备，如泵、阀等。在控制室设有工业计算机和设在控制室的通过以态网连接，用来显示整个工艺流程、主要数据和设备状态以及实现远程控制要求。4、根据工艺条件，本系统主要是根据各水池的液位、流量等信号，控制整个系统动力设备的全自动运行，主要是泵、阀设备的控制。也就是说系统是一个以开关量控制为主的系统；所以本控制系统采用可编程逻辑控制器（）同时完成电器和仪表的自动控制。控制系统不仅完成对工艺系统的监控，还要对电机、电动阀门的监控。5、整个废水处理控制系统采

11、用可编程控制器（）进行数据采集和系统控制，控制系统应对整个工艺系统进行集中监视、管理、自动顺序控制以及一些其他控制，并可实现远方手动操作。6、各个系统单元的故障报警和一些重要设备的运行状态、过程参数实时反馈到控制柜，并在上位监控操作计算机上同步显示及历史记录。7、按照国家和业主所提供要求，进行电气设备的安装。根据设计图纸，污水环保处理系统设备中控系统监控的主要设备包括：1，调节池、泵房及鼓风机房液下搅拌器2套有机废水提升泵2台液下提升泵1台罗茨风机2台2，加药间 加药装置2套 加药装置2套 硫酸配药装置1套 碱液配药装置1套 计量装置2台 硫酸计量装置2台计量装置2台 计量装置2台3，鼓风机房

12、 30罗茨风机2套 15罗茨风机2套4，反应池、气浮池及设备间A搅拌机6套刮渣机1台溶气系统1套污泥螺杆泵2台5，压滤机房 带式压滤机2台 脱水机2台 空压机2台 加药装置2台 计量泵2台 反冲洗水泵2台 污泥螺杆泵2台 无轴螺旋输送机2台四、控制系统介绍4.1、系统结构本方案控制系统采用分布式系统结构。整个网络系统共分为3层：监控层、主控制站、现场就地操作控制站，如图1所示。图1 电气系统（含中控）组成示意图主控制站负责数据的采集、数据运算、连接上位机、连接分布式控制柜及现场站、实时控制等。所有的模块均采用标准导轨安装；背板总线集成在模块上，模块间通过总线连接器相连，总线连接器插在机壳的背后

13、。本控制系统主要由、电源模块、信号模块、通讯模块等几部分组成。监控层负责数据的采集和分析、记录、保存、打印等。现场操作控制柜主要负责现场设备的就地手动操作；系统规定：当整个系统处于全自动工作方式时，现场操作的按钮或转换开关是无效的，但当系统处于半自动工作方式时，可以先通过现场操作柜上的“手动/自动”转换开关，当该工艺设备处于“手动方式”可以通过现场的按钮或开关进行工艺设备的手动操作。4.2、模块介绍1、中央处理单元：主要承担系统的信号处理、控制运算、及上位机及其他单元的通讯等任务。本方案选用的高性能具有较大的数据及程序存储容量，高速的指令处理系统，强大的浮点运算功能以及智能诊断功能。2、电源模

14、块可提供24V直流电源；既可对模板供电，也可对现场二线制变送器供电。本系统通过另外配置的电源对现场二线制变送器供电。3、信号模块: 信号模块负责现场信号的采集和控制输出。信号模块包括以下四种：8通道模拟量输入单元；16点数字量输入单元；16通道数字输出量单元。其中模拟量输入、输出单元各通道均采用光电隔离，可以保证信号输入、输出的可靠性及稳定性。4、高性能的、分布式体系结构可以确保系统安全、快速、稳定、可靠地运行。4.3、软件介绍是亚控公司推出的第一款针对中小型项目推出的用于监视及控制自动化设备和过程的产品。目前，亚控的年均销售量超过1万套，累计销量10万余套，在中国及亚洲其为最著名的组态软件产

15、品。该组态软件提供：可视化操作界面自动建立点分布式存储报警和历史数据设备集成能力强，可连接几乎所有设备和系统流程图监控功能。完整的脚本编辑功能 实时趋势监视功能。 全面报警功能。 历史数据管理功能。 报表展示功能。 通过该软件，本系统上位监控计算机创建有集中控制、通讯、监测、操作、诊断于一体的应用软件，提供有丰富的历史趋势显示、实时跟踪显示、消息报警以及数据打印等各种管理功能，从而实现在上位机远程监控现场控制设备（包括各类泵、阀门）。2、编程软件的主要功能：硬件组态，参数设定；建立通讯；编程（梯形图、语句表、功能块等）调试，在线监控，强制输入、输出文件、文档处理操作、诊断4.4、功能时钟及日历

16、中继传输、闭锁中继，作为输出和内部中继转移接触:延时，非延时，单步，保持，非保持记数器:上，下保持，非保持数据运算:加，减，乘，除，三角运算，平方根各数字系统之间的换算逻辑运算功能，及、或、非定时器和磁鼓开关逻辑、前移、后移或直接在任一步上定位移位寄存器、先进先出或后进后出寄存器数据对比数据转移中断进入子程序人工强制、非强制、输入、输出或内部中断、改变寄存器值比例、积分、微分、专用指令。4.5、控制系统的运行方式本控制系统有四种运行方式供用户选择，用户选择运行方式可通过现场控制柜或中央控制室控制柜上的按钮开关或控制系统上的模拟转换开关进行。系统设定现场控制柜上操作按钮的优先级最高，控制系统的优

17、先级高于中央控制柜上的按钮开关的优先级。4.5.1、全自动控制当系统处于全自动控制方式时，控制系统将按照工艺的要求，自动完成各工艺设备的运行，无需要人工的干预。在自动状态下能自动完成污水处理的全部流程。在此控制方式下，所有的现场或中控室的操作按钮全部无效。4.5.2、半自动控制当系统处于半自动控制方式时，可以要求某个工艺设备进行全自动方式而别的处于手动控制方式，且二者之间不会相互影响。这样当某个工艺设备有故障时，可以将其设定为手动控制，而别的仍处于自动控制。4.5.3、手动控制手动控制是就地手动，只要将系统设为手动方式，我们只要按就地控制柜上的“启动”“停止”按钮，就可以对该工艺设备进行单步的

18、手动控制。手动控制主要用于设备的调试和检修。系统对每一个工艺泵设一组自动和手动控制的转换按钮和现场操作控制柜。4.5.4、软手动控制软手动是指通过上位机进行手动控制的一种工作方式，当系统处于软手动工作方式时，可直接通过触摸屏或上位机的键盘或鼠标直接对某个工艺的开关状态进行控制。4.5.5、其他说明无论系统处于何种工作方式，上位机监控系统均能及时记录和实时检测系统的运行情况，如系统的水质、水量、设备的运行情况、进出水流量值等重要参数。无论系统处于何种工作方式，电气系统均保证有可靠的性能，有足够的安全防护，保证设备和人身的安全。我们在主控系统上设有急停开关。无论系统处于何种工作方式，控制时序可任意

19、调节，控制系统等故障自动保护和声光报警等功能，例如电动阀的过载、过力矩、限位保护等。4.6、控制系统主要功能1、A1号水池为废水调节池系统描述池内设有空气搅拌管道控制方法泵房内提升泵的运行由废水池中的液位控制器控制，在低液位时水泵停止运行，空气搅拌系统的风机正常运行；在较长时间低液位时，风机停止运行，在中液位时提升泵开始运行，高液位时报警提示2、A2，A3号水池为反应沉淀组合池系统描述反应池上有搅拌机，配加药装置控制方法在提升泵运行的情况下加药装置运行，搅拌机运行；加药装置的加药控制由组合反应最后一格的仪控制，第一级反应池和第二级反应池均设仪，两级加药装置独立运行。当值低时加碱液，高时加酸液。

20、3、A4号水池为水解酸化池系统描述配备液下搅拌机。控制方法在污水处理系统运行情况下，液下搅拌机为常时运行设备。4、A5号水池为生物流化床池系统描述池体设有在线溶解氧测定仪。控制方法在污水处理系统运行情况下鼓风系统均需运行；在处理系统停运时，鼓风系统需要间歇运行。5、A6号水池为接触氧化池系统描述池体主要配备鼓风曝气系统控制方法在污水处理系统运行情况下鼓风系统均需运行，在处理系统停运时，鼓风系统需要间歇运行。设在线溶解氧测定仪。6、A8号水池为气浮池系统描述设备间配备刮渣溶气控制系统控制箱，控制方法气浮池的加药泵和设备间的系统控制箱，由废水提升池提升泵控制，提升水泵运行后加药泵和控制箱控制设备运

21、行，加药泵和控制箱控制设备能够实现延时时间控制。气浮池的污泥泵受气浮污泥池的液位控制器控制，高位时污泥泵运行，低时停止。7、A7号池为沉淀池系统描述设备为污泥回流泵，回流泵的进口设三个电动阀。控制方法回流泵由时间控制器控制，可以间歇运行；回流泵运行时固定关闭一个电磁阀，其余两个可以切换运行，在回流泵不使用情况下采用静压力排泥时，自动关闭回流泵出口阀门。回流泵运行时，此处的静压排泥模式停止。8、D1水池为污泥储存池系统描述污泥储存池为两个，每个装混合搅拌机一部，有污泥时搅拌机运行。在静压力排泥管道进污泥池的总管设两个电动阀。控制方法两个污泥池设液位控制器，可以远程监视污泥池液位，在一池到高位时，

22、可以自动改变静压和污泥泵入池口的位置。A2，A3，A7及气浮池的静压力排泥管，由时间程序控制，可以分别控制6个电动阀门，阀门可以在24小时内设置循环周期。旁边的泵房B设污泥输送泵两台，污泥泵可以互相手动切换，污泥池之间亦可手动切换。污泥输送泵压滤机房控制，压滤机工作时任一输送泵运行。9、压滤机房系统描述1号建筑压滤机房，有污泥处理系统两套。控制方法为一用一备，系统由厂家提供系统控制柜。10、信号传输采用420毫安，中央控制室可以显示设备的运行情况，并能远程控制，并能对值，液位等数据进行显示。五、监控系统介绍5.1、控制系统的网络结构控制系统选用三菱公司作为各系统的控制主机。系统通过协议及操作站

23、连接，传输稳定，提高了系统的可靠性。操作员站应具有数据采集和处理、画面显示、参数越限报警、系统故障自诊断及报警等功能。5.2、监控系统功能本监控系统采用组态监控软件包，它是集现场数据采集、系统监视和控制及信息管理为一体的高性能监控组态软件包。该软件操作简便灵活、运行可靠，具有易于扩展和集成的特点，可以方便地满足各种应用类型和应用规模的需要，此外还可满足用户的特殊要求。经组态的监控软件的功能特点如下:报警，自动推出故障设备或越限参数所在画面；动态控制程序表，运行步序及时间的监视更为直观；总操作画面的设置使操作方式齐全，运行流程可以任意选定；对设备启动和操作设有保护口令，对误操作进行提示；设备选择

24、和运行操作均为鼠标/键盘软操作，简捷灵活；流量累积功能：对单台设备及系统总制水量进行自动累积，给运行人员提供依据；完善的报表打印功能：可进行班报、日报、月报表及报警及参数的打印；软件的可组态功能，使系统的扩充组态更为方便；软件可进行二次开发，可满足系统的特殊要求。废水处理系统工程采用可编程逻辑控制器()和上位机完成电气和仪表部分的自动控制，采用二台上位机的形式，一台为操作员使用，只能作为操作使用；另一台为工程师使用，可以修改系统组态和系统参数；操作站作为整个控制系统监视和操作的中心，整个工艺系统的监视和控制均在此完成。操作站负责接收运行操作人员指令并下发给，并通过网络从读取工艺系统运行状态信号

25、和各种在线参数，在计算机显示器画面上对整个工艺系统流程进行集中动态监视。所有操作及设备选择均通过鼠标或键盘在计算机显示器画面上进行，对于阀门和泵等设备的开/关、启/停均有不同颜色的指示，对设备的故障变色显示并实施语音报警，并自动推出故障或报警所在的画面。工艺流程图上同时对流量、液位等参数进行显示，对液位等参数在计算机显示器画面上以数字和棒型图进行连续动态监视，对系统的设备进出口流量以及系统总制水量进行自动累积，对系统的监测数据进行制表打印。系统软件的可组态特性使系统的扩充十分方便，维护人员可以对工艺系统的画面、参数及操作键根据需要重新进行定义。5.3、数据采集在废水处理系统中，我们采用了软件滤

26、波和平滑功能，使参数的变化更真实更平滑。为使系统模拟量参数的采集更可靠，我们除了硬件设计时采取了相应的抗干扰措施外，还采用了软件滤波功能。如果某次采样到的数据和前次的有效数据相比有很大的变化，这个变化超过我们所设定的阈值，则废弃该次采样数据，重新开始采集。这样可以滤掉干扰过来的尖脉冲，使数据采集稳定可靠。5.4、操作员站的功能管理功能：即生成本项目系统工艺流程，显示现场工艺流程的参数和动态生产实时数据，提供清晰、良好的人机界面。在线提供操作员帮助，完成报警、历史数据、历史趋势曲线的储存、显示和查询。实时生成、打印各类生产运行管理报表。实时编程、组态修改。能够在线、离线修改并具有自诊断功能。监视

27、功能：即在基于图形和菜单的方式上，操作人员可以在中央控室监视各工艺设备运行状态。通讯功能：上位机和站通过通讯。5.5、操作员站的工艺画面现场设备的图片，工艺流程图，设备简图，单线图等都可以在显示屏幕上显示出来，每个画面都包括数字、字符和图形符号，通常采用可变化的颜色、图形、闪烁表示过程变量的不同状态，所有过程变量的数值和状态动态刷新。操作员在此画面对有关变量实施操作和调整。数据采集和报警画面数据点趋势图实时数据总表历史报警图5.5.1、总貌画面显示系统各设备、装置、区域的运行状态以及全部过程参数变量的状态、测量值、设定值、控制方式 (手动/自动状态)、高低限报警等信息，从各显示块可以调出其它画

28、面。在监控工作站中，拟将整个工艺划分为十个工艺段组成，总画面中中各工艺段相互之间使用简单的线连接起来，每点击其中一个工艺段，既进入此工艺段的画面。对模拟回路可以手动改变设定值，输出值，控制方式等，对离散量可以画面显示指令状态和实际状态。数据采集和报警画面数据点趋势图实时数据总表系统报警图5.5.3、单点画面(调整画面)显示一个参数，控制点的全部信息以及实时趋势和历史趋势，从调整画面也可直接对模拟回路进行设定、调整操作。5.5.4 趋势画面对于数据，既可以数字显示，又可以仪表或刻度尺动态模拟显示。生产工艺流程图上可以动态地看到各阶段测点的数据，如水的流向、水质分析结果等;同时可以清楚地看到整个废

29、水处理站设备的运行状态。控制系统的组态图主要是介绍整个废水处理站的控制系统组态，监视控制系统各个模块的状态。变量趋势图系统具有显示任何数据点趋势的能力，并在同一坐标轴上显示多个变量的趋势记录曲线，有可供用户选择的参数变量，不同颜色和不同的时间间隔，也可以对数据轴进行任意放大显示。棒图棒图可表示过程变量的变化，如棒图表示池内的液位，棒图能以水平或垂直方式显示。 a)主要曲线功能拟设定以下曲线:流量曲线排泥周期曲线所有曲线均分为历史曲线和实时曲线。既可以单独显示，也可以同屏显示，显示的时间区段可以根据需要随时调整。操作人员也可以方便的查询任意一段时间的某种曲线。5.5.5、操作员站报警画面画面内容

30、操作员站的报警画面有两种，一是独立的报警画面，还有一种是在各种画面上即时弹出的报警对话框式样的报警画面。显示当前所有正在进行的过程参数报警和系统硬件故障报警，并按报警的时间顺序从最新发生的报警开始排起，报警优先级别和状态用不同的颜色来区别，末经确认的报警处于闪烁状态。报警内容流量曲线其它曲线所有曲线均分为历史曲线和实时曲线。既可以单独显示，也可以同屏显示，显示的时间区段可以根据需要随时调整。操作人员也可以方便的查询任意一段时间的某种曲线，也可以前台显示实时曲线。操作员站的报警画面有两种，一是独立的报警画面，还有一种是在各种画面上即时弹出的报警对话框式样的报警画面。显示当前所有正在进行的过程参数报警和系统硬件故障报警，并按报警的时间顺序从最新发生的报警开始排起，报警优先级别和状态用不同的颜色来区别，末经确认的报警处于闪烁状态。报警内容包括:报警时间过程变量名过程变量说明过程变量的当前值报警设定值过程变量的工程单位报警优先级别各类设备故障报警主要电机故障报警报警既可以利用图形和声音，也可以直接完成图形的切换，所有报警记录可以打印输出，以备存档。所有报警有汇总显示，及根据收到的次序显示，所有报警都标有日期、时间、至少有2个报警优先级，并可以总体报警或者一个接一个报警。5.5.6 软手动操作画面在控制系统的操