加压泵站自控技术方案.docx

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加压泵站自控技术方案

桂林市万福路供水加压泵站

设备采购项目

自控部分技术方案

有限公司

2009年1月13日

第一部分投标概述

第一章项目概况和对招标文件的理解

第一节项目概况

桂林市万福路供水加压泵站

桂林市万福路供水加压泵站自动化系统项目是满足现代化供水泵站要求的全自动泵站系统。

它采用先进的信息技术和微机自控系统为水处理领域发挥显著的经济效益和社会效益。

实践证明，供水过程的自动监测和控制，不仅能保证泵站按工艺正常运行，确保出水正常和水压，而且能提高生产效率、降低能耗。

并且提高了整个供水泵站的系统安全、可靠性。

因此，经济、合理的自控系统对泵站的科学管理至关重要。

本方案涉及万福路供水加压泵站的工程自动化监控系统。

本自动化监控系统主要包含：

PLC现场控制系统、网络通讯系统、中控室系统、仪表系统、安防监控系统、防雷与供电系统等部分。

本自动化监控对污水泵站工艺设备的控制采取三级控制方式，即：

远程遥控、自动控制和手动控制。

三级控制选择可通过设于设备现场控制箱或配电屏上手动/自动切换按钮和计算机上的软按钮实现。

远程遥控：

各设备的状态信号将被控制室操作员站计算机收集并进行运行模式的运算，然后提示控制室操作员，将控制命令下达给各现场控制站，可直接控制设备的运行。

便于协调局部停机事故和紧急状态，有利于整个自控系统的维护。

自动控制：

每个设备的运行由现场PLC控制站根据设定的程序和控制方法去实现自动，无需人为干预。

手动控制：

每个设备操作均通过相应的设备控制箱上的按钮进行就地手动操作。

控制方式常用于手动试车和调试过程中。

第二节对本招标文件的理解

一、本次招标工程范围

（1）所有标书范围内计算机自控系统的优化设计、供货、安装调试。

（2）所有标书范围仪表系统的的优化设计、供货、安装调试。

（3）所有标书范围安防系统（视频安防监控系统）的优化设计、供货、安装调试。

（4）计算机自控系统、仪表系统、视频监控系统的防雷系统设计、供货、安装调试。

（5）提供监控系统详细的机柜内的布置图、原理、接线图。

（6）与其他供货商及单位的工作接口的协调。

（7）所有供货设备的系统联调和运行。

（8）所有供货系统的培训及售后服务。

二、本次招标工程质量目标

按照国家及行业规范和本次招标文件的要求，工程质量全部达到合格。

第二章参考规范、标准和设计选型原则

第一节参考规范和标准

◆本系统设计方案遵循下列设计标准

1、电气部分

DL/T5347-2006水电水利工程基础制图标准

DL/T5350-2006水电水利工程电气制图标准

GB/T50265-97泵站设计规范

SL317-2004泵站安装及验收规范

SL41-93（或DL/T5167-2002）水利水电工程启闭机设计规范

SL381-2007水利水电工程启闭机制造安装及验收规范

GB50060-923～110kV高压配电装置设计规范

GB50052-95供配电系统设计规范

GB50054-95低压配电设计规范

GB50057-2000建筑物防雷设计规范

GB50055-93通用用电设备配电设计规范

GBJ64-83工业与民用电力装置的过电压保护设计规范

GBJ65-83工业与民用电力装置的接地设计规范

GB50217-94电力工程电缆设计规范

DL/T621-1997交流电气装置的接地

DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合

GB50227-95并联电容器装置设计规范

GB50034-2004建筑照明设计标准

DL/T599-2005城市中低压配电网改造技术导则

Q/NDJ1035.1-2000宁波城市中压配电网建设与改造技术原则（试行）

GB50062-92电力装置的继电保护和自动装置设计规范

GB/T14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程

DL/T5136-2001火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程

DL/T5137-2001电测量及电能计量装置设计技术规程

GBJ63-90电力装置的电测量仪表装置设计规范

GB50254-96电气装置安装工程低压电气施工及验收规范

GB50303-2002建筑电气工程施工质量验收规范

GB50171-92电气装置安装工程盘柜及二次回路接线施工及验收规范

GB50169-2006电气装置安装工程接地装置施工及验收规范

GB50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准

GBJ147-90电气装置安装工程高压电施工及验收规范

DL/T5147-2001电力系统安全自动装置设计技术规定

GBJ148-90电气装置安装工程电力变压器、油浸电抗器、互感器施工及验收规范

2、软件需求分析

GB9385-1988计算机软件需求说明编制指南及其后续修订补充版本或替代版本中所规定的内容和技术要求。

SL/Z376-2007水利信息化常用术语

3、逻辑模型设计

IEEE1320.1-1998功能建模方法IDEF0

IEEE1320.2-1998信息建模方法及其后续修订补充版本或替代版本等。

4、信息采集、交换与处理

SL61-2003水文自动测报系统规范

SL307-2004水利信息网络节点名称及IP地址分配规定

SL292-2004水利系统通信业务导则

SL305-2004水利系统无线电技术管理规范

SL306-2004水利系统通信运行规程

SL330-2005水情信息编码标准

SL213-98水利工程基础信息代码编制规定

SL323-2005实时雨水情数据库表结构与标识符标准

SL380-2007水资源监控管理数据库表结构及标识符标准

GBJ138-90水位观测标准

SL/Z349-2006水资源实时监控系统建设技术导则

5、计算机软件/网络/布线

ISO－OSI标准簇

Internet标准簇

GB/T8567-1988计算机软件产品开发文件编制指南

中国工程建设标准化协会标准CECS72:

92

建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范

综合大楼布线系统设计指南

6、系统安全

《计算机信息系统安全保护等级划分准则》（GB/T17859-1999）

《信息技术安全技术信息技术安全性评估准则》（GB/T18336）

《信息技术开放系统互联高层安全模型》（GB/T17965-2000）

《信息技术开放系统互联基本参考模型》（GB/T9387）

《信息技术开放系统互联应用层结构》（GB/T17176-1997）

《信息技术开放系统互联开放系统安全框架》（ISO10181）

《信息技术开放系统互联通用高层安全》（GB/T18237）。

《中华人民共和国计算机信息系统安全保护条例》

国保发[1998]1号计算机信息系统保密管理暂行规定

7、系统运行环境

GB9361-1988计算机场地安全要求

GB50174-1993电子计算机机房设计规范

GA173-98计算机信息系统防雷保安器

GB/T2887-2000计算机场地通用规范

SJ/T30003-93电子计算机机房施工及验收规范

GGBB1-1999计算机信息系统设备电磁泄漏发射限值

GGBB2-1999计算机信息系统设备电磁泄漏发射测试方法

8、软件开发的质量

GB/T8566-2001信息技术软件生存周期过程

GB/Z18493-2001信息技术软件生存周期过程指南

GB/T9386-1988计算机软件测试文件编制规范

GB/T12505-1990计算机软件配置管理计划规范

GB/T15532-1995计算机软件单元测试

GB/T16680-1996软件文档管理指南

BG/T12504-1990计算机软件质量保证管理计划规范

GB/T17544-1998信息技术软件包质量要求和测试

GB/T18491信息技术软件测量功能规模测量

GB/T18492-2001信息技术及软件完整性级别

GB/T14394-1993计算机软件可靠性和可维护性管理

GB/T18905信息技术软件产品评价质量特性及其使用指南

GB/T18905软件工程产品评价

9、视频图像监视/通讯/集控室安装

GB/T50314-2000智能建筑设计标准

EIA/TIATSB67无屏蔽双绞线布线系统现场测试传输性能规范

YD/T5098—2001通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范

YD/T1235.1－2002通信局（站）低压配电系统用电涌保护器的技术要求

YD/T1235.2－2002通信局（站）低压配电系统用电涌保护器的测试方法

GB/T50311-2000建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范

GB/T50312-2000建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范

GB50395-2007视频安防监控系统工程设计规范

GB1498-9430MHz-1GHz声音和电视信号与电缆分配系统

GBJ16-87建筑设计防火规范

GB50174-93电子计算机机房设计规范

GBJ2663-90防盗报警控制器通用技术条件

GB50200-94有线电视系统工程设计规范

TSB-67VTP布线系统传输性能测试标准

第二节设计依据和原则

一、自控系统设计原则

根据国家规范和《招标文件》要求，结合我公司多年的工程实践和经验，我们遵循的自控设计原则是：

●高可靠性：

对重要自控、仪表及通信设备采用工业级模块化配置

●高安全性：

可靠的接地及合理的防雷措施

●先进性：

选择应用广泛和先进的网络架构

●经济合理性：

根据工艺和生产要求合理布置

●开放性：

容易扩展，可以支持各种网络设备和多平台与计算环境

●易维护性：

在线诊断、故障报警、设备模块化更换

●低库存成本：

选择统一平台，选择相同的模块，减少模块的种类

二、自控产品选择的原则

根据现场环境和用户要求，我们在选择自控产品时遵循的原则是：

▲选择行业应用广泛的产品；

▲选择口碑好的企业的产品；

▲选择技术成熟、较先进的产品；

▲选择使用维护方便、性价比高的产品。

第三章投标特点和偏离表

第一节投标特点

1、高可靠性：

（1）选用技术成熟、业绩优良、性价比高的产品（所有产品均在水厂和排水泵站应用并且证明其性能稳定可靠的）以便自动化系统长期稳定安全运行；

（2）具备很强的冗余、校验、互锁、验错，纠错及自恢复功能；

（3）高可靠的网络保证在发生重大灾害的情况下能保证系统的有效性；

（4）整个系统配备了完善的安全设备：

UPS不间断电源、防雷器等。

2、先进性：

整个自控系统设计遵循“泵站集中管理，分散控制、数据共享”的开放模式进行设计。

3、开放性：

监控系统采用快速以太网，符合IEEE802.3以太网标准，使用国际上广泛应用的TCP/IP协议。

利用现已成熟并广泛应用的远程访问设备、网络交换设备来扩展、增强系统的功能。

4、实用性：

（1）实用性强，能准确反映各设备的真实运行状况；

（2）数据进行统一管理；

（3）控制程序具有互锁和按时按序应答流程，确定所有控制指令可靠输入到执行机构/设备；

（4）全功能汉字处理的人机接口、友好的用户界面；

（5）丰富的在线中文显示，为操作员提供系统主要功能提示；

（6）全图形人机接口，使用户清晰直观了解全系统各设备的运行状况、故障报警的细节等，确保易学易用；

（7）生动的图控技术，可以让操作员通过鼠标实现画面切换或指令的发布；

（8）安全可靠的操作平台和性能稳定的计算机。

5、经济性：

所有产品均采用同类产品中性价比最高的产品，在满足可靠性、先进性的基础上做到少花钱、多办事，为降低工程造价和日后系统的维护成本奠定基础。

第二节技术规范偏离表

项目编号

设备名称

数量

招标文件技术规范及要求

投标文件对应规范

备注

无偏离

第二部分自控系统设计方案

第一章总体方案说明

一、工程概况

桂林万福路供水加压泵站自动化项目是满足现代化供水泵站要求的全自动泵站系统。

随着信息技术的日趋成熟，微机自控系统已在供水领域发挥出明显的经济效益和社会效益。

实践已经证明，供水过程的自动监测和控制，能够在提高生产效率并降低能耗的前提下保证出水水质。

因此，经济、合理的自控系统，对整个排水泵站系统安全、可靠、科学的运行起了重要的作用。

二、污水泵站工艺设备介绍

由城市自来水厂向城区的提供生活饮用水，其通过自来水厂管道输到的供水加压泵站的集水池，在集水池和供水管道之间通过加压水泵给管道供水，当加压水泵启动时，集水池内的自来水通过水泵加压流进入供水管道，当该水泵关闭时，集水池内的自来水与供水管道不连通。

◆泵是整个供水泵站的核心设备，它安装在集水池与供水管道之间，将集水池内的自来水提升加压输送至供水管道系统。

◆电动阀安装在加压水泵的出水管上，当对应的加压水泵运行时，该阀开启，自来水从集水池输送到供水管道内；当对应的加压水泵停止时，该阀需要关闭，防止出水管内的水倒流出现水锤现象提供水泵的使用寿命。

三、泵站监控系统设计

1、系统设计目标

根据泵站系统运行的要求，该泵站监控系统必须具备高可靠性、实用性、便捷性、可维护性和可扩展性。

（1）高可靠性

选用成熟的、应用二年以上的定型产品，如检测仪表、PLC系统、网络交换设备，均经过多个工程应用验证是稳定可靠的产品。

交换机采用符合现场环境要求的产品，具有自诊断能力。

PLC系统具有光电隔离、容错性、高可靠性，适应恶劣工业环境。

控制系统软件、网络管理软件具有较强的检验、检错功能，具有安全密码验证，防止非法入侵。

配备防雷系统，具有电源、通讯网络、仪表信号、视频信号等多方面的防雷保护功能。

（2）实用性

实时、精确检测及显示现场工艺参数、设备状况，直观地向操作管理人员提供全系统及各个工段的运行情况。

现场图像实时监控，便于操作管理人员监视、巡查生产现场。

现场生产设备运行及过程控制操作可由控制系统自动完成，也可人工干预，由本地或远程操作。

监控管理软件对数据进行统一管理。

（3）便捷性

整个监控管理系统软件采用全中文、全功能汉字处理人机界面，操作方便。

操作界面的设计，采用经过多个工程验证操作方便的结构形式。

监控管理系统操作界面均采用图形化接口，参数显示、状态显示，通过生动的图形（如彩色填充块）、曲线等形式显示。

操作员操作可通过使用鼠标等操作器，简单点击图形化按键、触按数字键盘等方式完成系统操作控制。

（4）可维护性

模块化结构、强大的网络通讯能力，使得PLC系统易于更换备件、扩展方便；开放的网络结构，便于系统升级扩展。

功能强大的网管软件，具有OPC功能，网络维护管理安全、方便。

仪表系统采用国内给排水行业大量应用的产品品牌，如：

E+H等，应用成熟、维护方便。

（5）可扩展性

控制系统的软件和硬件设备均采用模块化设计，便于扩展。

将来若泵站进行少量设备扩容时只需接入预留的控制点即可；若需要大量设备扩容时，也只要对PLC的模块进行扩展即可；若需新增泵站，上位机软件可以进行方便的组态，添加新增泵站的控制和其它功能。

2、系统控制方式设计

根据泵站系统的工艺运行需求，泵站控制系统的控制方式主要有现场手动、设备自动、远程控制等三种方式，具体地说就是现场硬手动控制、设备自动运行、上位机远程操作等控制方式。

（1）现场硬手动控制

操作员可以在泵站现场通过操作现场控制柜（就地控制箱）上的按钮或开关来实现对泵站内工艺设备的控制。

（2）设备自动运行

系统进入自动状态，PLC根据设定的程序进行全自动运行，控制各工艺设备。

泵站PLC系统设有故障报警系统和警铃提示值班人员可进行故障排查，并在故障解除后，通过泵站上位机进行复位，在故障报警未复位前，相应故障设备将无法启动。

（3）上位机远程操作

值班员通过点击上位机（工况监控计算机）上的按钮来实现对泵站内工艺设备的控制。

3、系统自动控制方案简述

泵站采用PLC（可编程控制器）对泵站排水工艺过程的工艺和动力设备的控制参数进行检测、自动控制和联锁，并可通过上位机软件，实现泵站工艺过程的工艺流程画面、工艺参数的实时数据和动力设备的运行状态显示、自动控制系统的控制参数设定修改、远程遥控、超限报警、数据储存等。

主要控制方案说明如下：

（1）蝶阀（电动）控制

泵站安装蝶阀，用于控制供水管道内水倒流入水泵内。

◆蝶阀在特殊情况下（如水泵故障停机，水泵自动启动、停止等），能按照供水加压的要求的高低限（可按照需要进行设定）自动启停，并报警。

◆出现故障时，根据蝶阀故障信号立即自动停止该蝶阀运行个相应水泵的运行并报警。

◆在控制室操作员站的CRT上有运行状态显示，故障时有声光报警。

◆蝶阀可在控制室遥控和现场开启。

（3）泵控制

泵站在集水池后安装水泵，实现泵机的加压供水功能，在集水池安装液位计，在供水管道安装压力变送器（防止液位计故障时泵站无水与水泵无水空转）实现泵按设定压力自动启停，并自动优化各泵的运行时间，使各泵的运行时间基本相同，延长泵机的使用寿命，其控制方案如下：

◆水泵按设定液位控制

当供水管道压力低于低压启泵压力（可按照需要设定）时，按泵机运行的排序程序自动启动第一台泵，如压力仍继续下降则按排序程序再自动启动第二台泵，依此类推直至全部泵开启。

若当供水管道压力高于停泵压力时（可按照需要设定），按排序程序自动停一台泵，如压力仍继续上升则按排序程序再自动停第二台泵，依此类推，直至全部泵停止运行。

◆水泵排序控制

加压水泵的运行进行优化设计控制，即运行台数和运行时间按优化顺序控制，使每台泵的运行时间和运行时间间隔保持接近，延长泵机的使用寿命。

加压水泵运行时，PLC自动累积各泵运行时间并进行排序，运行时间短的泵排序在先，运行时间长的泵排序在后。

当供水管道压力下降需增加水泵运行台数，按排序降序顺序启动运行时间少的加压水泵；当压力减少需减少水泵运行台数，按排序升序顺序关闭运行时间长的水泵，这样就可使得各泵的运行时间和运行时间间隔保持接近。

当有水泵出现故障时自动停泵和报警，并自动将该故障泵从排序队列中剔除，然后按排序程序自动启动下一台泵。

在控制室操作员站的CRT上有各泵运行信号显示和故障时进行声光报警。

◆各水泵可在控制室遥控和现场开启。

第二章PLC现场控制系统

根据我公司长期的工程经验，并综合考虑先进性、可靠性、经济性等多种因素，结合泵站的系统要求，PLC控制系统选用德国西门子公司生产的S7-300系列PLC系统。

该PLC采用框架式结构，处理器结构简单、功能强大，易扩展的输入输出模块和种类丰富的第三方模块，为不同工业场合提供同样稳定可靠的平台。

●新款增强的通讯能力，使可S7-300系列处理器均能提供数据采集监控系统中的提供主控功能。

包括间接寻址、高级运算功能和计算指令。

◆主要技术指标如下：

·工作温度：

－25°C~+50°C

·工作湿度：

5~95%

·工作时振动：

9~150Hz1.0G

·工作冲击：

15.0G（11ms）

·噪声抑制：

NEMAICS2-230

·电磁兼容性：

电弧1.5KV（工业标准：

NEMAICS2-230/NEMA.I.CS3-304）

·电绝缘强度：

1500Vac（工业标准：

UL508CSAC22.2No.142）

·认证：

CSA，UL，ClassI,GroupA,B,CorD,Division2，CE认证（适用所有规定）

控制系统构建

根据《招标文件》提供的各泵站工艺设备数量及I/O点数，考虑一定的冗余，我公司设计了各泵站的PLC控制系统。

每套PLC控制系统由CPU模块（含以太网通讯）、电源模块、DI模块、DO模块、AI模块、RS485通讯模块和机架等构成。

各泵站受PLC控制的工艺设备主要有启闭机、格栅机、潜污泵，以及今后预留可扩展的变频器等，PLC需要检测的有各工况信号、液位、运行电流以及电力参数等。

一、PLC系统各模块技术说明

1、CPU模块

◆规格型号：

CPU312（6ES7312-1AE13-0AB0）

·处理器：

高性能工业级别CPU

·位处理时间：

0.2us

·接口：

RS485接口

·传输速率：

187.5Mbit/s

·通讯：

支持PG/OP通讯，支持S7通讯

·内存大小：

32KB

·最大扩展内存：

4MB（MMC卡）

·电源：

DC24V（20.4V-28.8V）

·电源负荷：

冲击电流2.5A

·功率：

2.5W

·最大DI/DO容量：

1024

·最大AI/AO容量：

256

·字节运算：

0.2us

·尺寸：

40*125*130mm

·重量：

270G

2、电源模块

◆规格型号：

PS307（6ES7307-1EA00-0AA0

·输入电压：

单相120/230VAC（85-132V/170-264VAC）

·输入电流：

2.1/1.3A

·电源频率：

50/60HZ,47HZ-63HZ

·集成输入熔断器：

F4A/250V

·输出电压：

DC24V

·输出电流：

5A（不支持并联接线）

·短路保护：

电子断电，自动冷启动

·连续短路电流：

＜9A

3、DI模块

◆规格型号：

DI-32（6ES7321-1BL00-0AA0）

·电源类型：

电压DC24V

·电流消耗：

背板总线5VDC最大15mA

·功率：

6.5W

·输入数目：

32点

·系统连接：

40针前连接器

·输入延时：

1.2-4.8ms

·绝缘：

500VDC

·尺寸：

40×125×120

·重量：

200G

4、DO模块

◆规格型号：

DO-16（6ES7322-1BL00-0AA0）

·电源类型：

DC24V

·电流消耗：

最大25mA，背板总线5VDC最大10mA

·功率：

3.5W

·输出电流：

0.5A

·输入数目：

32点

·系统连接：

40针前连接器

·输入延时：

<25ms

·绝缘：

500VDC

·尺寸：

40×125×210

·重量：

210G

5、AI模块

◆规格型号：

AI-8（6ES7331-7KF02-0AB0）

·输入类型：

电流

·测量范围：

±3.2mA±10mA;±20mA0+20mA;4-20Ma

·电流消耗：

最大200mA，背板总线50VDC最大10mA

·功率：

1W

·系统连接：

20针前连接器

·绝缘：

500VDC

·输入数目：

8点

·每个公共点数：

2点

·通道转换时间：

小于3ms

·通道分辨率：

最大14位＋符号位

·运行误差：

±1％

·附加功能：

可测量电压、电阻和温度（TC+RTRD）

·诊断能力：

具有诊断中断和极限值中断功能

·尺寸：

40×125×120

·重量：

250G

6、AI模块

◆规格型号：

AI-8（6ES7331-7PF