水系统现场总线.docx
《水系统现场总线.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水系统现场总线.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
水系统现场总线
平二主厂房外水系统设计方案
1．概述
1.1主厂房外水控制控制设计原则
主厂房外水控制系统考虑其工艺系统和设备集中布置，锅炉补给水处理、工业废水处理、循环水处理各子系统设备独立运行的特点，在保证各工艺子系统运行的安全性、可靠性的基础上，设置主厂房外水系统控制网络（水控制点，水网），在锅炉补给水车间设置控制室（水控制室），实现主厂房外水系统的监控。
1.2主厂房外水控制系统范围
主厂房外水控制系统范围包括：
锅炉补给水处理系统、循环水处理系统、工业废水处理系统。
a）锅炉补给水系统采用预处理+反渗透+EDI处理系统。
b）循环水补充水系统采用旁流石灰软化处理系统。
c）工业废水为集中处理系统。
1.3辅助车间集中控制目标
在水、煤、灰三个控制点的基础上，设置辅助车间控制系统网络（辅控网），通过设置在集控室内的辅控网操作员站实现对水、煤、灰集中监控。
水、煤、灰各个监控点能够实现对各个工艺流程自动控制，设备调节自动执行，联锁保护准确动作；再辅以完善的报警诊断功能和全厂工业电视监控功能，配合现场巡检工作；实现辅助车间无人值班，最终达到减员增效、提高辅助车间控制水平的目的。
管理、维护人员通过SIS系统了解辅助车间运行状况和设备运行状态。
并可根据SIS浏览器上的工业电视画面，远程检查设备运行情况。
2．主厂房外水系统集中控制方案
2.1.1概述
根据主厂房外水系统工艺设备的地理位置，在锅炉补给水车间设置1个水控制室，配置2套主厂房外水控制系统全功能操作员站，监控对象为锅炉补给水处理系统、循环水处理系统、工业废水处理系统等。
2.1.2人机接口的分配
水控制室配置全功能操作员站2套，可以完成主厂房外水系统的全部监控功能。
配置工程师站1套，用于系统投运后的控制策略调整和画面修改等。
2.1.3人机接口的配置及功能
2.1.3.1操作员站配置及功能
操作员站的任务是在标准画面和用户组态画面上，汇集和显示有关的运行信息，供运行人员据此对机组的运行工况进行监视和控制。
操作员站的基本功能如下：
·监视系统内每一个模拟量和开关量.·显示并确认报警
·显示操作指导.·建立趋势画面并获得趋势信息
·打印报表.·控制驱动装置
·自动和手动控制方式的选择.·调整过程设定值和偏置等。
2.1.3.2工程师站配置及功能
提供一套工程师站，用于程序开发、系统诊断、控制系统组态、数据库和画面的编辑及修改。
工程师站能调出任一已定义的系统显示画面。
在工程师站上生成的任何显示画面和趋势图等，均能通过通讯总线加载到操作员站。
2.1.3.3打印机
提供1台彩色激光A3/A4图形打印机HP5550，1台黑白激光A3/A4文件记录打印机HP5200LX，布置在水控制室。
打印输出分辨率至少720DPI，打印速度大于12PPM（A4纸），打印机存储缓冲空间大于6M字节。
2.1.4人机接口软件
2.2．主厂房外水系统网络
水网交换机配置：
（以赫斯曼交换机为例）
序号
设备名称
设备型号
数量
单位
产地
1
分支交换机
M2008
2
套
赫斯曼
（1）
机架
MS20-0800SAAP
2
只
赫斯曼
（2）
100M以太网光纤模块
MM2-4TX1
2
只
赫斯曼
（3）
100M以太网电口模块
MM2-4FXM3
2
只
赫斯曼
每台水网交换机共配置4个100M光口，4个100M电口。
2.2.1I/O网络
2.2.2.1系统I/O网络采用现场总线Profibus（DP或PA）来连接分散处理单元和I/O单元。
Profibus-DP是专门为自动控制系统与在设备级分散I/O之间进行通讯而设计的。
既可满足高速传输，又有简单实用、经济性强等特点。
Profibus-DP符合EN50170标准，拓扑结构为总线式。
最大节点数128，其中每个分段上最多可接16个节点，传输速率9.6Kbps-12Mbps，与每段距离有关。
当通讯介质为屏蔽双绞线距离在100米内时，可达12Mbps，当距离在500米内时，可达3Mbps。
本工程中冗余PROFIBUS-DP总线在与远程IO站或通讯柜之间的连接均采用光缆连接，因此消除了地点不同带来的距离差异，减少电磁干扰对总线的影响。
2.2.2.2主厂房外水系统PLC拓扑结构：
控制网为冗余星型结构。
操作员站和工程师站通过工业以太网交换机直接相连。
2.2.2.3与外系统设备通讯
控制系统支持以太网通讯及多种现场总线（HART、PROFIBUS、FF等）和标准的MODBUS通讯规约，提供与各种国际知名控制系统的接口协议，以及多种通讯连接方式（RS232、RS485、RS422等）；系统还支持多种通用的数据库为特殊通讯方式的开发提供技术平台。
3．现场总线设计方案
3.1．现场总线的基本特点
3.1.1PROFIBUS是过程现场总线（ProcessFieldBus）的缩写。
它是IEC61158和IEC61784所规定的现场总线标准，PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS。
3.1.2PROFIBUS-DP是一种高速低成本通讯系统，主要应用于自动化系统中单元级和现场级通讯。
它按照ISO/OSI参考模型定义了物理层、数据链路层和用户接口，传输技术采用RS-485双绞线电缆和光缆，波特率从9.6kbps到12Mbps；支持单主或多主系统令牌传输方式，总线上最大站点数为126个。
采用双绞线则最大通讯距离为1200m（通信速率为93.75kpbs），若采用中继器可延长至10km。
采用光纤则距离可延长至几十公里且可达到12Mbps的通讯速率。
3.1.3PROFIBUS-PA专为过程自动化设计，可使变送器与执行器连接在一根总线上，并提供本质安全和总线供电特性。
PROFIBUS-PA采用扩展的PROFIBUS-DP协议，另外还有现场设备描述的PA行规。
通讯介质采用双绞线，传输率为31.25kbps，距离可达1900m。
每段最多32个站点。
3.1.4PROFIBUS-FMS定义了主站与主站之间的通讯，根据ISO/OSI参考模型定义了物理层、链路层和应用层，其中应用层包含了现场总线报文规范FMS（FieldMessageSpecification）和低层接口LLI（LowerLayerInterface）,最高通信速率为12Mbps（通信距离不超过100m）。
3.2、现场总线的设计原则：
通过冗余PROFIBUS-DP现场总线,与就地设备连接：
1．对于常规硬接线信号，如加药装置、电磁阀箱气动门反馈信号、酸碱储槽磁翻板液位信号等连入ET200MI/O站，ET200M具有冗余PROFIBU-DP接口模块，可直接连入冗余PROFIBUS总线。
2．对于带冗余接口的执行器等驱动设备，也可直接连接到冗余的DP总线上。
3．对于不带冗余接口的执行器等驱动设备，可通过Y-LINK使它们连接到冗余DP总线。
4．对于通过PA总线连接的变送器等设备，可通过DP/PA连接器与DP总线连接。
DP/PA连接器具有冗余DP接口，可与冗余DP总线相连。
5、冗余DP总线采用OLM（光纤连接模块）扩展连接，总线连接尽量靠近连接设备，使各总线网段连接时，无需使用中继。
6、冗余设备分配到不同总线段，以提高总线系统安全。
7、为总线连接设备提供冗余电源。
根据中电投河南分公司的相关技术要求，同时考虑系统工艺划分，将各子系统工艺区域现场总线设备通过各自独立的现场总线连接到AP。
在现场各工艺区域合适位置安装现场总线箱，用于布置所需现场总线设备（如OLM、DP/PA-Link、Y-Link等）和电源转换设备。
电子设备间到各现场总线箱均采用冗余光缆连接。
各PROFIBUS-DP网段所连设备数量不超过10个，各PROFIBUS-PA网段所连设备数量不超过14个。
3.3．主厂房外水系统总线设计：
系统的总线控制主接口应冗余配置，这是实现高可靠性现场总线控制系统的基础。
主厂房外水控制系统采用1对冗余的CU417H控制器，在CPU机架上配置2块CP443-5PROFIBUS通讯处理器作为主站接口。
主厂房外水控制系统总线根据锅炉补给水处理、循环水处理、工业废水处理等系统的现场设备分布情况，大致分为8个区域，分别提供8个总线通讯柜，分别是双介质过滤器通讯柜（锅炉补给水处理）、超滤通讯柜（锅炉补给水处理）、活性炭过滤器通讯柜、反渗透通讯柜（锅炉补给水处理）、EDI通讯柜（锅炉补给水处理）、机械加速澄清池通讯柜（循环水处理）、石灰石储存通讯柜（循环水处理）、工业废水处理机械加速澄清池通讯柜（工业废水处理）、。
（1）、双介质过滤器通讯柜内设备配置2个DP网段，2个PA网段
柜号
双介质过滤器通讯柜
网段号
DP11
DP12（PA）
DP13
DP14（PA）
网段地址
ADD：
11
ADD：
12
ADD：
13
ADD：
14
连接设备
#1双介质过滤器电磁阀箱
#1双介质过滤器进水流量
#2双介质过滤器电磁阀箱
#2双介质过滤器进水流量
#3双介质过滤器电磁阀箱
#3双介质过滤器进水流量
#4双介质过滤器电磁阀箱
#4双介质过滤器进水流量
罗茨风机电磁阀箱
（2）、超滤通讯柜通讯柜内设备配置2个DP网段，2个PA网段
柜号
超滤通讯柜通讯柜
网段号
DP15
DP16（PA）
DP17
DP18（PA）
网段地址
ADD：
15
ADD：
16
ADD：
17
ADD：
18
连接设备
#1超滤装置电磁阀箱
#1超滤进口流量
#2超滤装置电磁阀箱
#2超滤进口流量
超滤清洗保安过滤器进口流量
#1超滤装置差压
反渗透清洗保安过滤器进口流量
#2超滤装置差压
超滤清洗保安过滤器进口PH
#1超滤出口流量
反渗透及超滤清洗箱温度
#2超滤出口流量
反渗透及超滤清洗箱液位
#1超滤排污流量
反渗透及超滤清洗箱出口PH
#2超滤排污流量
超滤EFM水箱电磁阀箱
#1超滤排污压力
超滤EFM水箱液位
#2超滤排污压力
#1超滤出水水箱水位
#1超滤出口NTU
#2超滤出水水箱水位
#2超滤出口NTU
超滤反洗保安过滤器出口压力
超滤装置进口压力
超滤反洗保安过滤器出口流量
超滤装置进口NTU
超滤出水升压泵出口流量
超滤装置进口温度
（3）、活性炭过滤器通讯柜内设备配置2个DP网段，2个PA网段
柜号
活性炭过滤器通讯柜
网段号
DP21
DP22
DP23
DP24
网段地址
ADD：
21
ADD：
22（PA）
ADD：
23
ADD：
24（PA）
连接设备
#1活性炭电磁阀箱
#1活性炭过滤器进口流量
#2活性炭电磁阀箱
#2活性炭过滤器进口流量
#3活性炭电磁阀箱
#3活性炭过滤器进口流量
#4活性炭电磁阀箱
#4活性炭过滤器进口流量
活性炭过滤器反洗水泵出口流量
（4）、反渗透通讯柜内设备配置2个DP网段，2个PA网段
柜号
反渗透通讯柜
网段号
DP25
DP26
DP27
DP28
网段地址
ADD：
25
ADD：
26（PA）
ADD：
27
ADD：
28（PA）
连接设备
一级#1保安过滤器进口流量
一级#2保安过滤器进口流量
二级#1保安过滤器进口流量
二级#2保安过滤器进口流量
一级#1保安过滤器出口电动门
一级#2保安过滤器出口电动门
二级#1保安过滤器出口电动门
二级#2保安过滤器出口电动门
一级#1保安过滤器出口排污电动门
一级#2保安过滤器出口排污电动门
二级#1保安过滤器出口排污电动门
二级#2保安过滤器出口排污电动门
一级#1反渗透进口压力
一级#2反渗透进口压力
二级#1反渗透进口压力
二级#2反渗透进口压力
一级#1反渗透出口压力
一级#2反渗透出口压力
二级#1反渗透出口压力
二级#2反渗透出口压力
一级#1反渗透脓水排放压力
一级#2反渗透脓水排放压力
二级#1反渗透脓水排放压力
二级#2反渗透脓水排放压力
一级#1反渗透脓水排放流量
一级#2反渗透脓水排放流量
二级#1反渗透脓水排放流量
二级#2反渗透脓水排放流量
一级反渗透电磁阀箱放流量
一级反渗透#1缓冲水箱液位
一级反渗透电磁阀箱放流量
二级反渗透#1缓冲水箱液位
一级反渗透#2缓冲水箱液位
二级反渗透#2缓冲水箱液位
（5）、EDI通讯柜内设备配置2个DP网段，2个PA网段
柜号
EDI通讯柜
网段号
DP31
DP32
DP33
DP34
网段地址
ADD：
31
ADD：
32（PA）
ADD：
33
ADD：
34（PA）
连接设备
#1EDI保安过滤器进口流量
#1EDI装置出口压力
#2EDI保安过滤器进口流量
#2EDI装置出口压力
#1EDI装置进口压力
#1EDI装置出口流量
#2EDI装置进口压力
#2EDI装置出口流量
#1EDI装置脓水流量
#1EDI装置出口电导
#2EDI装置脓水流量
#2EDI装置出口电导
#1EDI装置脓水电导
#1EDI装置出口硅表
#2EDI装置脓水电导
#2EDI装置出口硅表
#1EDI装置脓水压力
EDI装置出口PH
#2EDI装置脓水压力
#2除盐水箱水位
#1EDI装置排污流量
#1除盐水箱水位
#2EDI装置排污流量
除盐水母管流量
#1EDI装置排污压力
除盐水母管压力
#2EDI装置排污压力
除盐水母管PH
#1EDI电磁阀箱
除盐水母管电导
#2EDI电磁阀箱
除盐水母管硅表
凝结水系统冲洗水泵出口流量
凝结水系统反洗水泵出口流量
（6）、机械加速澄清池通讯柜内设备配置2个DP网段，2个PA网段
柜号
机械加速澄清池通讯柜
网段号
DP35
DP36
DP37
DP38
网段地址
ADD：
35
ADD：
36（PA）
ADD：
37
ADD：
38（PA）
连接设备
#1机循环水来水电动门
#1机循环水来水流量
#2机循环水来水电动门
#2机循环水来水流量
#1机械加速澄清池电磁阀箱
循环水来水母管压力
#2机械加速澄清池电磁阀箱
#2机械加速澄清池进口流量
#3机械加速澄清池电磁阀箱
#1机械加速澄清池进口流量
#2机械加速澄清池进口电动门
#3机械加速澄清池进口流量
#1机械加速澄清池进口电动门
#1机械加速澄清池PH
#3机械加速澄清池进口电动门
#2机械加速澄清池PH
#1浓缩池电磁阀箱
#3机械加速澄清池PH
#2浓缩池电磁阀箱
#1浓缩池出口流量
#3浓缩池电磁阀箱
#2浓缩池出口流量
#3浓缩池出口流量
（7）、石灰石储存通讯柜内设备配置2个DP网段，2个PA网段
柜号
石灰石储存通讯柜
网段号
DP41
DP42
DP43
DP44
网段地址
ADD：
41
ADD：
42（PA）
ADD：
43
ADD：
44（PA）
连接设备
#1石灰乳电磁阀箱
#1石灰筒仓料位
#2石灰乳电磁阀箱
#2石灰筒仓料位
#3石灰乳电磁阀箱
（8）、工业废水处理机械加速澄清池通讯柜内设备配置2个DP网段，2个PA网段
柜号
工业废水处理机械加速澄清池通讯柜
网段号
DP45
DP46
DP47
DP48
网段地址
ADD：
45
ADD：
46（PA）
ADD：
47
ADD：
48（PA）
机械加速澄清池电磁阀箱
废水泵出口流量
曝气塔电磁阀箱
#1PH调节混合器出口PH
罗茨风机电磁阀箱
清净水箱液位
#2PH调节混合器出口PH
（9）、锅炉补给水MCC柜内设备配置2个DP网段
柜号
MCC通讯柜
网段号
DP51
DP52
网段地址
ADD：
51
ADD：
52
连接设备
清水泵X2
反洗水泵X2、罗茨风机
出水升压泵X3、超滤反洗水泵X2
除盐水泵X2、反渗透冲洗水泵、废水输送泵X3
（10）循环水MCC柜内设备配置2个DP网段
柜号
MCC通讯柜
网段号
DP53
DP54
网段地址
ADD：
53
ADD：
54
连接设备
自用水泵X2
回收水泵X4、
石灰乳泵X6
石灰乳搅拌箱X3
排泥输送泵X6
浓锁迟排泥泵X6
10）废水MCC柜内设备配置2个DP网段
柜号
MCC通讯柜
网段号
DP55
DP56
网段地址
ADD：
55
ADD：
56
连接设备
废水泵X2
回用水泵X2
碱液输送泵
排泥泵X2
碱惯加热器X1
11）化水PC柜内设备配置2个DP网段
柜号
MCC通讯柜
网段号
DP57
DP58
网段地址
ADD：
57
ADD：
58
连接设备
罗茨风机
除盐水泵X2
3．4．PROFIBUS现场总线的实施
现场总线上传输的是具有一定带宽的数字信号。
因此，对传输线的电气特性就会有一些特殊的要求，例如每个DP或PA网段可传输的字节数不超过244字节，最大总线电流小于1000mA。
另外，现场总线装置是通过总线供电的。
需要考虑如何避免电源对数字信号传输所造成的影响。
其他像本质安全、接地与屏蔽等问题也具有一定的特殊性。
在基于现场总线的控制系统中，总线电缆是最重要的部件之一。
机械损伤（电缆损伤）或频繁的电子干扰都会影响系统的通讯能力。
因此，在安装总线电缆时需要遵循一定的规范和要求以增强系统的可靠性。
为了防止电缆的物理损伤，需要注意以下几点：
（1）、当电缆无法安装在电缆桥架中时，则应该穿管安装。
（2）、在可能对电缆产生机械拉伸的情况下，将电缆安装在牢固的铝管或塑料管中。
（3）、在电缆可能受压的区域（比如有人员行走或车辆行驶的区域），则总线电缆必须安装在铝管或钢管中，或者放置在金属电缆槽内。
（4）、对冗余总线电缆，应该将其安装在不同的桥架内以防止其同时受到损伤。
（5）、为了防止总线电缆的意外损伤，应尽量将其与其它线缆分别放置。
这样，当总线发生问题时，可以快速找到故障点，同时也可以防止电磁干扰对总线通讯的影响。
为防止外部干扰影响电子系统，则必须在系统的设计、总线的结构和电缆的连接方面都考虑到如何尽量减小干扰。
首先，西门子PROFIBUS系列部件和总线电缆都符合欧洲标准中关于在工业环境中使用的设备的要求，系统的可靠性就有了坚实的基础。
采用了可靠的设备，还需要在安装和布线时加以注意，以更好地控制外部干扰对系统的影响。
首先，整个系统要有良好的接地系统；其次，整个网络使用西门子专用电缆并连接好电缆的屏蔽层；再次，就是整个系统电缆的排布要合理，以避免其它电缆中的信号（比如电源电缆等）对通讯总线的影响。
对于光纤电缆，由于其不会受电子干扰的影响，我们只需要考虑其物理保护措施就可以了。
又考虑到光纤电缆可跨越较远距离，通讯速率不受距离影响等特性，在实际应用中，对于距离较远或电子干扰较大的情况，都可以选用光缆电缆来提高系统的可靠性。
3．5．PROFIBUS现场总线设备
现场总线设备是指连接在现场总线上的各种仪表设备。
这些设备按其功能可分为：
变送器类设备、执行器类设备、转换类设备、接口类设备、电源类设备和附件类设备。
其中，变送器类设备包括各种差压变送器、压力变送器、温度变送器等；执行器类设备包括各种气动执行器和电动执行器；转换类设备包括各种现场总线/电流转换器、电流/现场总线转换器、现场总线/气压转换器；接口类设备主要是指各种计算机和控制器与现场总线之间的接口设备；电源类设备是指为现场总线设备供电的电源；附件类设备包括各种总线连接器、安全栅、终端器和中继器等。
本工程配套总线设备推荐如下
（1）变送器推荐采用SIEMENS或EJA产品
（2）电磁阀岛推荐采用FESTO产品
（3）超声波液位计采用SIEMENS产品
（4）分析仪表采用哈西产品
（5）智能I/O采集单元（电动机控制用）
4．控制机柜设计
4．1．设计原则
盘、台、柜内设有独立的系统地、机壳安全地、电缆屏蔽地接点端子，与结构内部未接地电路板在电气上隔离。
控制系统机柜尺寸为高2200×宽800×深600mm，前后开门，外壳防护等级为IP52；通讯机柜尺寸为高1600×宽800×深600mm，前开门，外壳防护等级为IP56；远程IO机柜尺寸为高1800（1300）×宽900×深500mm，前开门，外壳防护等级为IP56；电磁阀箱尺寸为高800×宽600×深300mm，前开门，外壳防护等级为IP56
控制机柜的正面布置有控制器机架、I/O模件、继电器和电源，机柜装有隔离继电器和相应的冗余驱动电源，并有掉电报警输出。
控制机柜的背部配有端子板FTA，用于选择向变送器供电和电流/电压转换，共设二排接线端子，接线端子排的排列根据电缆而不是根据DCS（PLC）模件，例如对与来自于电动执行机构的电缆，将阀位、220V电源、开关信号排列在一起，有利于简化系统接线、减少中间端子柜和便于维护。
4．2．机柜和操作台的配置方案
锅炉补给水控制室及设备间布置：
控制机柜1只、IO机柜2只、PLC电源柜1只、AC380V/220电源分配柜1只、操作台2节；
主厂房外水系统现场布置：
总线通讯箱5只、电磁阀控制箱6只、总线接线盒1组。
5．控制电源设计
5.1.1电源设计原则：
（1）控制系统电源配置时必须考虑在系统外部电源丢失后，能够维持控制系统至少30分钟的正常运行。
（2）为保证控制系统运行安全可靠，主厂房外水系统应拥有独立的供电电源装置。
（3）各供电装置不仅要满足各自控制系统的供电需要，还要满足相关控制设备的供电（例如：
电磁阀箱、化学分析仪表等），并留有40%的余量。
5.1.2电源配置说明：
PLC控制系统的电源设计根据泰电厂的具体情况可以这样考虑，系统电源分散更有利于系统的可靠性和安全性，也符合长期以来的设计习惯。
锅炉补给水系统
锅炉补给水系统系统配置2只电源柜，1只电源柜负责向PLC控制系统供电，另1只电源柜负责向就地设备供电。
升级会员 