泵站改造自控招标说明.docx

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泵站改造自控招标说明

泵站改造自控招标说明

1概述

本文包含济南市污水泵站改造工程中五座污水泵站的计算机监控系统硬件设备、仪表设备、调度管理系统设备、电源设备、联接电缆与设备、软件系统及备品、备件的供应以及制造、工厂试验、包装、运输和交货所必须的工作。

同时包括供货商对本部分设备的安装、负责现场调试及联动运行、对采购商人员的培训等。

1.1工程型式：

污水泵站。

1.2工程规模：

本次改造的污水泵站共5座，包括历黄路雨污水泵站、济泺桥污水泵站、八里桥污水泵站、长途汽车站污水泵站和电建路污水泵站。

改造内容：

监控监测系统（包括安防系统、视频系统、自控系统、电力监控系统和能耗监测系统等）

2控制系统结构及组成

2.1网络结构层次

计算机监控系统采用分层分布开放式网络结构，网络由公司调度层网络、管理层网络和现场数据控制层网络组成。

●公司调度层网络：

公司调度中心计算机通过工业无线以太网将各泵站监控站点连接起来，各机组主要参数数据上传至公司中心调度室进行监视和管理。

●现场控制网络：

PLC系统自身通过现场通信线缆与机组、现场设备以及各种数字化仪表连接构成现场控制网络，完成实时信号采集、数字通信、输出控制的功能。

PLC中需要上传的数据通过DTU（无线数据终端）上传至GPRS网络，公司中心调度室通过GPRS无线Modem接收各站点数据，并在上位机人机接口画面中显示。

无线网络各节点装有蔽雷装置，以防止雷电能量窜入系统损害设备。

现场各种数据通过信号线接入PLC数据采集通道，并通过现场高速数据总线（工业以太网）传送到中心控制室操作站OS集中监视和管理。

同时，中央控制室主机的控制命令也可通过工业以太网总线发送到现场PLC的测控终端，实施各机组设备的分散控制。

2.2各泵站自控网络控制层次

每个泵站自控系统分成三级：

主控级由泵站中控室操作站OS及工程师站ES计算机组成的上位管理级；子站级机组PLC机柜和触摸屏构成，机柜PLC监控本机组设备状态，接受控制级发送的控制命令，实现对机组和设备的自动控制和管理，现地级由现场机组操作单元组成，通过现场操作箱，能够实现本机组的手动控制。

现地级操作单元具有最高的优先级别，只有现地操作单元打自动后，子站级和控制级单元才能对现场设备进行自动控制。

操作及控制权分“现地级控制、子站控制和控制室控制”三级，各级操作可以进行无扰动切换。

系统的控制权限越接近设备，控制权限越高。

控制权顺序为：

现地、子站、控制室。

控制系统中设置带密码的授权、核对程序。

采用这种结构可使生产过程中的信息能够集中管理，以实现整体操作和管理；同时使生产过程中的控制危险分散化，提高系统的可靠性。

　　现地手动模式：

设备的现场控制箱或控制柜上的“现地/远程”开关选择“现地”方式时，通过现场控制箱或控制柜上的按钮实现对设备的启/停、开/关操作。

远程手动模式：

现场控制箱或控制柜上的“就地/远程”开关选择“远程”方式，则进入远程操作模式。

在远程操作模式下，操作人员通过机组控制柜触摸屏操作界面或上位机操作站界面设定机组的“主控”、“备用”状态，或对本机组（需处于主控状态）及相关设备进行启停控制和操作，也可在中控室操作员站的监控画面用鼠标器或键盘该设备进行启/停、开/关操作。

而对处于“备用”状态的机组所进行的操作无效。

　　远程自动模式：

现场控制箱或控制柜上的“就地/远程”开关选择“远程”方式，且控制站的“手/自动”设定为“自动”方式时，设备的运行完全由各PLC控制系统根据机组运行工况及生产要求来完成对设备的运行或开/关控制，而不需要人工干预。

　　手动方式是操作人员的专有权利，因为过程连锁在此模式下无效；而自动模式下，安全连锁是有效的，并限制操作的可能性，可防止非正常状态下运行。

离工艺过程越近的控制层具有更高的优先权。

2.3计算机监控系统配置

　　在泵站监控室内设置二套监控管理计算机操作站，一套通信服务器，一套不间断电源，通讯装置。

两套监控计算机相同的监控或管理功能，即使当其中一台出现故障，另一台也能够完全独立地运行，互为备用，具有灵活的运行方式。

排水中心调度室的管理计算机可通过工业无线以太网络及时了解各泵站的生产管理数据和供水管线各监测点的供水压力数据。

泵站中控室的计算机监控系统与供水管线监测点以及公司调度室的管理计算机通过工业无线以太网互联，采用开放型（TCP/IP）协议，可随时进行扩展。

　　2.4计算机监控系统功能：

1）采集各机组和公用部分的工艺参数值，电气参数值及生产设备的运行状态信息。

2）根据采集到的信息，建立各类信息数据库并对各类工艺参数值作出趋势曲线（历史数据），供调度员分析比较，分析事故原因，改进管理方法，保证供水压力，提高运行效率。

3）操作站以“人--机”对话方式指导操作，自动状态下，可用键盘或鼠标器对有关设备进行手动操作（如开/停机操作）。

4）操作站彩色显示屏幕（液晶屏）可显示全部平面工艺流程，流程图上有动态的实时参数值显示，机泵运行状态显示和事故报警显示等信息。

5）自控系统生成的生产报表（班/日/月）内容包括运行参数、水质分析、工艺分析、技术经济分析等。

其资料来源为：

设备运行记录；在线仪表实测数据等。

供生产管理之用，机内存储六个月的信息量。

6）操作站屏幕报警显示过程检测或运转设备出现越限或故障时，流程图上相应的图例红光闪动，并发出报警声响加以提示。

报警的笛声可以通过键盘或触摸屏解除，闪动的红光继续保持，直至该故障消除，闪动才停止。

报警对象、内容、时间应列表记录及打印。

7）操作站屏幕的测量值显示

仪表测量值以棒状图形式动态显示，应有上下设定值，设定值应是可修改的。

8）设不间断电源，保证在发生停电故障时该系统仍能安全可靠地运行。

9）为了直观显示全厂工艺过程全貌，方便管理和培训，在中心控制室设立大型LED显示屏，显示主要参数及设备运行状态，大屏幕的显示过程由管理计算机通过总线方式驱动。

3监控系统选型及配置

3.1概述

　根据工艺和设备条件，以泵站为控制单元，在每个泵站监控室设置一套PLC控制系统。

各泵站PLC通过IO模块与本站的水泵、闸门、格栅等被控设备进行通讯。

水泵机组LCU主要用于水泵机组及其辅助设备的监控，通过接受来自就地设备的信号反馈和操作员工作站下达的指令，完成水泵机组及其它辅机设备的自动顺序控制，包括启动、停机，并将有关位置、状态、故障等开关量信号上传后台工作站，在监控系统故障状态下，能够独立维持机组的正常运行，并通过接受人工就地操作指令完成相应控制程序。

每套PLC控制柜包含以下设备：

　　1．一套可编程序逻辑控制器（PLC）

  2．一套可编程终端操作界面（触摸屏）

　　3．一套以太网通信设备

4．一套串行通信设备

5．一套不间断电源（UPS）及过电压保护装置

　　3.3可编程序控制器（PLC）选型

PLC采用世界知名公司先进产品。

PLC的I/O模件和CPU模件均采用同一系列相同规格档次的模件，所有模块支持带电热插拔。

能够方便地与采用不同规约的设备进行通信。

3.3.1电源

●工作电压：

170～265VAC；

●频率范围：

47～63HZ；

●工作温度：

0～60摄氏度；

●保存温度：

－40～85摄氏度；

●相对湿度：

5～95％；

●隔离：

2500VDC或1800VAC持续1秒；

●掉电延迟：

13.5ms；

　　3.3.2CPU

●控制系统内部采用32位的高性能工业级别微处理器，支持实时的多任务操作系统，处理速度要求每千字节指令字处理速度不超过0.08毫秒。

●CPU控制的实际外部I/O点数可达5120点

●控制系统的内存容量最小2M字节，内存分为程序区和用户数据区，采用完全的自动内存分配机制，开发人员无需人工分配系统内存，缩短开发时间并保证程序的可维护性

●控制系统支持多处理器结构，并能在机架内根据需要随意布置处理器模块、输入输出模块和通讯模块，而没有任何的数量和类型限制；

●控制系统内部采用快速内存，用户只需通过软件即可将处理器和I/O模块、网络模块升级至最新版本；

●控制系统支持灵活的网络结构，无需任何编程或者处理器干预，即可实现不同网络之间的通讯桥接和数据交换；

●所有扩展I/O站与处理器之间应采用符合IEC61158国际标准的冗余现场总线连接，总线速度不应随节点数量的增加或拓扑距离的延伸而衰减。

总线速度不低于3Mbps。

●控制系统处理器和输入输出模块应是完全的软件可配置，包括模块信息刷新时间、模拟量工程标定、上下限报警、斜率限制等；

●控制系统系统要求完全金属式机架式设计，保证良好的机械物理性能，I/O模块、通讯模块、特殊模块等均应与CPU模块严格保持同等的规格等及尺寸，并且是同一系列的产品。

机架应为滑轨式设计，并具备模块机械锁定装置，模块的安装、拆卸无需螺丝刀等任何的特殊工具，控制系统系统，包括机架，各种插槽式模块都符合完全的无风扇设计要求。

●在背板电源和用户端电源不断开的情况下，CPU、I/O模块、通讯模块及可拆卸端子排等必须能够支持带电插拔。

●支持以太网、控制网（ControllerLink）、设备网（DeviceNet）

●指令系统应包括：

逻辑指令、控制指令、定时计数指令、数据控制处理指令、增、减四则运算指令、浮点变换及运算指令、调试处理故障诊断指令、特殊指令

●特殊模块（智能模块）品种丰富：

PID模块、语音模块、ID传感模块、高速计数模块、模糊控制模块、位置控制模块等、运动控制模块。

3.3.3I/O模块指标：

　3.3.3.1开关量输入模块

●支持带电插拔；

●内置的Producer/Consumer通信模式；

●故障报告和现场级的诊断检测；

●数据时标功能；

●完全软件可配置；

●模块密度不超过16点；

●故障锁定功能；

●故障时标功能；

●隔离功能：

环境条件

●工作温度0to60°C（-4to131°F）

●储存温度-40to85°C（-40to185°F）

●相对湿度5to95%无冷凝

●支持中断方式

3.3.3.2开关量输出模块

●支持带电插拔；

●内置的Producer/Consumer通信模式；

●点级的故障报告和现场级的诊断检测；

●数据时标功能；

●完全软件可配置；

●模块密度不超过16点；

●故障锁定功能；

●故障时标功能；

●独立的软件可恢复的电子保险丝功能；

●在编程和模块故障时软件可设定模块输出状态；

●隔离功能：

●认证ClassI/Division2,UL,CSA,FMandCEAgency；

●环境条件

●工作温度0to60°C（-4to131°F）

●储存温度-40to85°C（-40to185°F）

●相对湿度5to95%无冷凝

3.3.3.3模拟量输入模块

●支持带电插拔；

●内置的Producer/Consumer通信模式；

●数据变化时标功能；

●定标、报警完全软件可配置；

●模块分辨率16位；

●故障锁定功能；

●开路检测功能；

●输入过载保护功能；

●共模抑制比：

100db;

●常模抑制比：

80db;

●隔离功能：

●用户端与系统端之间：

1700VDC

●认证ClassI/Division2,UL,CSA,FMandCEAgency；

●环境条件

●工作温度0to60°C（-4to131°F）

●储存温度-40to85°C（-40to185°F）

●相对湿度5to95%无冷凝

　　3.3.4防雷、过电压保护及接地

　　对中央控制室、现场控制站的电源进线设置两级避雷器。

对非光缆通讯网络端口、以及4~20mA模拟信号端口配置相应的防雷保护器件。

　　接地装置按照国家标准，根据系统接地要求等电位或分别接地。

3.4可编程终端PT（触摸屏）

       为了便于现场操作，在被控现场配置触摸屏人机操作终端，配置如下：

●显示器件：

TFT彩色

●有效显示区域：

229*172mm

●触摸开关分辨率：

32*24个

●显示分辨率：

640*480点

●符合规格：

UL/CSA、EC

●画面数量：

≥3000

●字符显示：

256个/画面

●显示文字：

英文、数字、中文

●文字扩大功能：

等倍、横倍、纵倍、4倍、9倍、16倍、64倍

●图形：

直线、矩形、多边形、圆、弧线、扇形

● 通讯接口：

RS-422A/RS-485口、以太网接口　RS-232C口　打印机口

●电源电压范围：

DC20.4V~DC26.4V

●保存温度：

-20℃~60℃

● 运行温度：

0~50℃

●保护构造：

IP65F

●采用32为RISC芯片

●运行时间：

 ≥25000小时

●支持工具软件：

WindowsNT以上环境

●图形符号数：

约1200个ISO7000的部件

●能取代手持式编程器对PLC进行编程    

3.5现场总线

工厂网络系统采用光纤环网结构，分控泵站选用6通道光缆接口的100Mbps工业以太网交换机，中心中控室选用24通道光缆接口的100Mbps工业以太网交换机。

客户/服务器模式的分布式实时关系数据库，自适应10/100Mbps传输速率，全双工通信，网络连接设备采用交换机，网络传输介质有光缆、双绞线，主网络系统布线、子网络系统布线统一考虑、综合利用，配置网络操作系统及相关应用软件。

3.6时钟同步系统

设置一套GPS全球定位时钟系统，作为监控系统的时钟标准，对全系统设备进行时钟同步。

GPS时钟放在控制室内，接收天线装在室外。

它接收卫星时钟信号与计算机进行对时通讯，通过网络功能自动校准各计算机的时钟。

通过时钟同步信号扩展器将GPS的分同步时钟信号1ppm送至各LCU及保护装置，用于校准时钟。

3.7服务器和工业控制计算机

选用DELL750机作为操作站和工程师站，具体配置如下：

●CPU：

主频2x2.4GHz

●内存：

2GB

●硬盘：

250G

●高密度图形卡

●DVD/CD-RW光驱

●软驱：

1.44MB

●通讯口：

2串1并，2个USB接口

●显示器：

2台24″液晶彩色显示器

●标准键盘+鼠标

●网卡：

10/100M自适应

　　3.8不间断电源

　　为了保证整个控制系统在紧急停电情况下还能正常运行，在各控制站和分控室中都配置不间断供电电源UPS，电源系统正常状态下，电源应通过整流器/充电器向储能电池供电并向逆变器供电。

在主电源有故障时，由电池通过逆变器向荷载供电。

在任何情况下，向荷载供电应保持不断。

220VAC采用在线式、隔离型、连续双转换或后备式的UPS不间断供电电源，蓄电池续流能力为0.5或1.0小时以上；24VDC配置独立的高品质直流稳压电源。

　　中央控制室—3kVA  1.0小时 在线式

　　现场控制站—2kVA  1.0小时 在线式

UPS具体指标如下：

　　电压——220VAC±3％

　　频率——50HZ±0.2％

　　正弦波失真率——<3％

　　UPS荷载——按承包商的设计容量再加20％

　　电池容量——2KVA0.5小时

　　电池形式——铅酸

3.9控制系统软件

PLC管理控制系统将配置的软件主要包括如下：

　　1）全套计算机运行和网络通讯软件系统

　　2）全套的管理接口和管理控制软件系统

　　3）全套数据处理和记录软件系统

　　4）全套系统再生、修复、数据备份软件系统

　　5）PLC组态软件

　　3.9.1组态软件

　　通信组态：

生成各种通信关系。

明确节点间的通信关系，可实现现场仪表与PLC之间、PLC与监控计算机之间，以及计算机与计算机之间的数据通信。

　　控制系统组态：

生成各种控制回路。

明确系统的控制功能，各控制回路组成结构、控制方式与策略。

　　3.9.2维护软件

　　对现场控制系统软硬件的运行状态进行监视、故障诊断，以及软件的测试维护等。

　　3.9.3仿真软件

　　对控制系统的部件（通信节点、网段、功能模块等）进行仿真运行。

可对系统进行组态、调试、研究。

　　3.9.4设备管理软件

　　对现场设备进行维护管理。

配置专门的设备管理软件。

　　3.9.5监控软件

　　实时数据采集：

将现场的实时数据送入计算机，并置入实时数据库的相应位置。

　　常规控制计算与数据处理：

标准PID，积分分离，超前滞后，比例，一阶、二阶惯性滤波，高选、低选，输出限位等

　　优化控制：

根据数学模型，完成监控层的各种先进控制功能：

专家系统、预测控制、模糊控制等

　　逻辑控制：

时间程序控制，如完成开、停车的顺序启停过程。

　　报警监视：

监视生产过程的参数变化，并对信号越限进行相应的处理，如声光报警等。

　　运行参数的画面显示：

带有实时数据的流程图、棒图显示，历史趋势显示等。

　　报表输出：

生产报表的打印输出。

　　操作与参数修改：

实现操作人员对生产过程的人工干预，修改给定值，控制参数、报警设定等

　　3.9.6文件管理

数据库管理：

在线与历史数据管理、综合利用、保存等。

3.10打印机

黑白光打印机（1台）

●设置进口品牌A3、A4幅面激光打印机各一台，用于画面的拷贝和报表、工作票、操作票等打印输出及打印各种文本文件。

●带有汉字库，符合国标GB2312—80

●分辨率：

≥1200dpi

●打印尺寸：

A3

●打印速度：

≥12ppm

彩色激光打印机（1台）

●带有汉字库，符合国标GB2312—80

●分辨率：

≥1200dpi

●打印尺寸：

A4

●打印速度：

≥4ppm。

3.13监控系统功能要求

3.13.1基本要求

1、数据采集、统计与分析：

统一采集泵站运行的各项关键数据，如各水泵运行状态、故障状态、报警讯号、配电柜三相电压电流、温度、直流屏状态、高压供电线路、污水液位、水泵提升水量、格栅、螺旋压榨机、闸门的远程控制信号等，通过互联网专线纳入监控中心数据库，并通过系统软件进行统计分析，生成各项统计图表（如日报、月报、运行效率分析图、运行时间与液位变化关系图、能耗与提升水量对比曲线图等等），使工作人员能通过电脑屏幕或者手机等终端，既能实时了解泵站运行状况，又能通过各项统计图表了解泵站运行规律、设备运行效率

2、设备运行远程控制：

在实时了解泵站运行状态的前提下，监控中心的工作人员能够通过监控系统的软件界面，下达各项操作指令，远程控制泵站各项设备的运行，如水泵启停、格栅启停、闸门启停等等。

3、运行指令下发、跟踪与确认

对于不适合进行远程控制的工作，如现场故障排查、设备维修、高压倒闸操作等等，工作人员在监控中心可以向现场人员的手机终端下达相关工作指令，并通过视频了解现场工作情况。

现场人员完成指令后可通过手机终端进行回复并上传相关照片。

监控中心工作人员通过系统软件确认指令完成情况。

手机终端：

在安卓系统上实现指令接收、回复、拍照、照片及视频上传等等功能（亦可应用于管网巡视记录）。

4、视频监控

在泵站各处重要场所加装摄像头，将视频信号通过专线传送至监控中心。

监控中心工作人员可以通过视频，了解泵站现场情况，包括泵站设备运行情况、各项仪表参数、格栅池垃圾浮渣情况、泵站值班室工作情况，值班人员定时巡视情况、现场人员设备维修情况等等。

根据上述要求，需要监测的视频有如下几项：

Ø高低配电间现场视频

Ø泵房现场视频

Ø格栅现场视频

Ø变压器室现场视频

Ø值班室现场视频

Ø泵站入口视频

5、功能拓展

泵站不能脱离管网而独立存在。

在实现泵站远程监控的基础上，我们亦应当考虑建设管网运行监测系统，尤其是与泵站运行紧密结合的管段、收水口、溢流口等重要节点的监测，最终将泵站监测与管网监测有机结合起来，数据共享，状态互联，形成一个污水输送体系的有机整体，系统而全面的监控各泵站及管网的运行情况，对泵站运行调度，乃至管网体系间的污水输送调度等，均提供有力的决策支持。

3.13.2、远程监控终端功能

1、监控终端设备需求

Ø模块化结构，其中一台设备出问题，不影响其它设备运行；

Ø模拟量采集精度：

≤0.5%；

Ø脉冲量采集精度：

≤1‰；

Ø终端数据显示刷新时间：

≤0.5S；

Ø终端现场数据采集刷新时间：

≤2S；

Ø终端远程控制响应时间：

≤5S；

Ø终端数据上报时间：

可设定，建议10分钟；

Ø系统平均无故障时间:

≥30000h；

Ø终端供电电源：

220/380V50Hz；

Ø终端输出控制接点容量：

AC380V10A；

2、水泵监控

Ø监控每一台水泵运行状态，实时显示水泵运行的电流、电压、自动/手动、故障保护（过载、过热、泄露等）,远程监控终端每秒钟采集一次数据，每五分钟上传一次数据，如有电流、电压等出现大幅度异常波动时，能够立即停止水泵运行并报警；

Ø监控水泵启停信号，能够实现对水泵运行的远程控制，能够远程更改水泵自动或手动运行；

Ø监测污水泵房及雨水泵房液位，能够根据液位自动控制水泵运行，能够远程设定水泵自动运行的液位限值；

Ø在每台水泵垂直出水管安装电磁流量计，监测每台水泵单位时间的提升水量，根据水泵的各项参数，自动分析水泵的运行效率。

3、格栅监控

Ø监测格栅运行电压电流，如电压电流等出现大幅异常波动时，能够实时停止格栅运行并报警；

Ø能够实现对格栅运行的远程控制，能够通过远程设定时间段控制格栅定时自动运行，能够通过远程监控平台控制格栅手动随时运行；

Ø监测螺旋压榨机运行的电压电流，如电压电流等出现大幅异常波动时，能够实时停止螺旋压榨机运行并报警；

Ø能够实现对螺旋压榨机的远程控制，能够实现螺旋压榨机与格栅的联动运行，能够通过远程监控平台对螺旋压榨机进行手动控制。

4、闸门监控

Ø监测闸门运行电压电流，如电压电流等出现大幅异常波动时，能够实时停止闸门运行并报警；

Ø能够实现对闸门的远程控制，能够实现闸门运行的远程手动控制，能够根据液位实现对闸门的自动控制（汛期雨水倒灌情况下自动关闭）。

5、泵房气体监控

Ø监控泵站除臭设备运行状态，能够实现除臭设备运行的远程手动控制，能够通过监控中心设定除臭设备自动运行时间段来实现自动运行；

Ø针对电建路泵站、汽车站泵站地下泵房的特殊情况，安装固定式实时气体检测仪，并取出相关数据传至监控中心；

Ø气体检测仪相关数据超过警戒值时实时报警。

6、视频监控

Ø视频监控地点：

●高低配电间现场视频：

观察各面配电柜运行，能够看清各项仪表指针及表盘标数；

●泵房现场视频：

能够观察泵房现场情况，能够看到现场控制柜控制指示灯及液位计显示；

●格栅现场视频：

能够观察格栅现场情况，能够看到格栅控制柜指示灯信号，能够看到格栅池池底垃圾及浮渣情况；

●变压器室现场视频：

能够观察变压器室现场情况；

●值班室现场视频：

能够观察值班室现场情况；

●泵站入口视频：

能够观察泵站入口大门现场情况；

Ø监控摄像机要求：

●能够进行360度无死角旋转；

●摄像机应能够适应温度-20度至70度、湿度>90%的工作环境，防尘防水等级达到IP68，能够防静电、雷击、腐蚀性空气等；

●具备夜间红外线监测功能。

3.13.3、软件功能需求：

1、流程显示：

Ø科学显示泵站运行流程，界面简洁、动态、友好、大方

Ø实时、动态显示泵站各设备运行情况，显示液位数据，实时输送水量