改良AO工艺污水处理厂综合监控系统解决方案Word下载.docx
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全双工传输是采用点对点连接，这种安排没有冲突，因为它们使用双绞线中两个独立的线路，这等于没有安装新的介质就提高了带宽。
例如在上例的车站间又加了一条并行的铁轨，同时可有两列火车双向通行。
在双全工模式下，冲突检测电路不可用，因此每个双全工连接只用一个端口，用于点对点连接。
标准以太网的传输效率可达到50％～60％的带宽，双全工在两个方向上都提供100％的效率。
2现场控制系统
城市污水处理厂将采用SIEMENS公司的S7-300型和S7-200型PLC及其相应的I/O功能模块，将污水处理厂现场控制信息和设备的工艺运行参数和设备本身状态指标等信息无缝地连接到厂部的信息系统系统中实现了企业的管控一体化。
2.1现场控制系统构建
只有基于Web的技术才能真正实现管控一体化管控,如何将生产车间的现场控制信息设备的工艺运行参数和设备本身的健康指标等信息集成到企业管理信息平台中去是本系统设计的一大重点，控制层结构设计遵循多功能灵活性的要求将整个控制系统。
图纸设计中采用两套中型S7-300PLC将污水处理厂的设备分成两大控制群，由于需要接入大量的高低压电力监测仪表，两套PLC势必负担在大范围内测控系统通信，一但出现问题就会导到整个厂生产的停顿。
因此，增加三套小型S7-200PLC用于采集供电系统信号并控制供电系统。
本方案将采用基于以工业以太网构建的分布式控制系统，以较好地解决实时控制和现场信号的网络通信问题。
污水处理厂控制层示意图
污水处理厂各工段机组监控系统采用分布式计算机监控管理方式各个现地控制单元可以独立按照工艺控制参数与运行并将采集到的各种运行状态量以及电机的运行状态等信息通过工业以太网上传到中控室服务器以备工作人员监视。
操作人员可通过工业以太网将必要的控制参数下传到各个现地控制PLC单元调整控制和工艺参数。
为便于与整个污水处理厂的监控系统进行系统互联实现企业管控一体化服务器还通过以太网交换机与厂管理信息系统互联。
现场控制系统PLC表
编号
安装位置
类型
配置
控制设备范围
1#PLC
鼓风机房
S7-314
DI=92，DO=24，AI=8
鼓风机房等前段
2#PLC
脱水机房
DI=64，D0=32，AI=8
脱水机房等后段
5#PLC
低压配电间
S7-314
DI=128，D0=48
前段低压供电回路
6#PLC
高压配电间
DI=32，D0=16，AI=4
高压电路
7#PLC
脱水机房电柜
S7-226CN
DI=26，D0=14
后段低压供电回路
1#PLC控制设备集群：
进水泵房、沉沙池、鼓风机房、1#-2#A/A/O池等设备。
2#PLC控制设备集群：
1#-2#二沉池、脱水机房、污泥间、消毒池、配水池、加药间、出水井等设备。
5#PLC控制设备集群：
低压配电间电力监测仪表
6#PLC控制设备集群：
高压配电间电力监测仪表
7#PLC控制设备集群：
脱水机房动力柜电力监测仪表
2.2现场控制系统PLC选型
本优化方案现场控制系统和电力监测系统将采用德国西门子（SIMATIC）公司生产的S7-300系列和S7-200系列PLC系统。
德国西门子（SIMATIC）公司是当今自动化技术的领先者，所研发生产的PLC具有技术先进、可靠性高的特点，成为工控行业主流。
本优化方案中，1#、2#PLC采用德国西门子公司创新型S7-300PLC控制系统。
创新型S7-300CPU与现有的CPU相比，性能有了显著提高：
CPU处理速度至少提高了1倍，位处理时间甚至降至50ns，而字处理时间降至90ns。
此外，同时大大增强了定点和浮点运算性能。
电力监控系统则采用了S7-200PLC，基于ModBus通信协议与各个电力监测仪表连接。
西门子PLCS7-300主要技术性能参数表
项目
描述
图片
CPU模块
S7-300PLC
存储器
128KB，64KB掉电保持
位处理
0.06μs
字处理
0.12μs
定点运算
0.16μs
浮点运算
0.59μs
过程I/O映像
1024/1024
接口
X1：
MPI接口
数字量入模块
SM321，16点输入，24-48VDC
数字量输出模块
SM322，32点输出，24VDC，0.5A
模拟量输入模块
SM331，8输入，增强型16位分辨率
通信模块
CP343-1Lean，RJ45端口，100M以太网，TCP/IP/UDP协议
扩展模块
IM360，最多3个扩展单元；
插入中央控制器
电源模块
PS307,120/230VAC;
24VDC,10A
开发工具软件
STEP7V5.4SP3.1中文版
3工业以太网系统
本方案所采用工业以太网是基于IEEE802.3（Ethernet）的强大的区域和单元网络——SIMATICNET。
利用工业以太网，SIMATICNET提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。
企业内部互联网（Intranet），外部互联网（Extranet），以及国际互联网（Internet）提供的广泛应用不但已经进入今天的办公室领域，而且还可以应用于生产和过程自动化。
继10M波特率以太网成功运行之后，具有交换功能，全双工和自适应的100M波特率快速以太网（FastEthernet，符合IEEE802.3u的标准）也已成功运行多年。
采用何种性能的以太网取决于用户的需要。
通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术。
2.1工业以太网概述
1）工业以太网优势
在IT网络市场中以太网占有率高达80%，毫无疑问是当今LAN（局域网）领域中首屈一指的网络。
以太网优越的性能，为用户的应用带来巨大的利益：
·
通过简单的连接方式快速装配。
通过不断的开发提供了持续的兼容性，因而保证了投资的安全。
通过交换技术提供实际上没有限制的通信性能。
各种各样联网应用，例如办公室环境和生产应用环境的联网。
通过接入WAN（广域网）可实现公司之间的通信，例如，ISDN或Internet的接入。
SIMATICNET基于经过现场应用验证的技术,SIMATICNET已供应多于400,000个节点，遍布世界各地，用于严酷的工业环境，包括有高强度电磁干扰的区域。
2）工业以太网络的构成
一个典型的工业以太网络环境，有以下三类网络器件：
网络部件：
PLC以太网模块组件，SIMATICPLC控制器上的工业以太网通信处理器，用于将SIMATICPLC连接到工业以太网。
TP（触摸屏）以太网端口；
PG/PC上的工业以太网通信处理器，用于将PG/PC连接到工业以太网。
连接部件：
FC快速连接插座；
ELS（工业以太网电气交换机）；
ESM（工业以太网电气交换机）；
SM（工业以太网光纤交换机）；
MCTP11（工业以太网光纤电气转换模块）。
通信介质：
普通双绞线，工业屏蔽双绞线和光纤。
3）工业以太网性能特点
为了应用于严酷的工业环境，确保工业应用的安全可靠，SIMATICNET为以太网技术补充了不少重要的性能：
工业以太网技术上与IEEE802.3/802.3u兼容，使用ISO和TCP/IP通信协议
10/100M自适应传输速率
冗余24VDC供电
简单的机柜导轨安装方便的构成星型、线型和环型拓扑结构
高速冗余的安全网络，最大网络重构时间为0.3秒
用于严酷环境的网络元件CONTROLENGINEERINGChina版权所有
，通过EMC测试
通过带有RJ45技术、工业级的Sub-D连接技术和安装专用屏蔽电缆的FastConnect连接技术，确保现场电缆安装工作的快速进行
简单高效的信号装置不断地监视网络元件
符合SNMP（简单的网络管理协议）
可使用基于web的网络管理
使用VB/VC或组态软件即可监控管理网络
2.2网络拓扑结构
污水厂工业以太网拓扑结构分为二个层次，首层是综合楼的超五类双绞线网络布线，二层为室外光缆构成的光纤网络。
整个网络系统的信号传输速率为100MB双工，光纤网络可安需要提高到1000MB，并宜可以融入视频监控、图像传输等多种应用。
由于光纤网络传导的是光信号，两端只要安装光纤收发器即可，抗干扰能力强，不需要昂贵的信号防雷装置。
污水处理厂优化方案工业以太网拓扑图
2.3控制系统组网与接口
系统组网
污水厂工业以太网络系统从上位机到PLC，以太网所连接之处均采用SIMATICNET相关协议。
五个PLC站点均需要配备以太网模块（S7241-1，需要设备商提供），配电间则用一个带以太网口的SIMATICTP-177B触摸屏，高压断路本身已经自带一个以太网口。
一共有六个工业控制以太网口通过光缆到交换机与上位机相连，实现工业以太网的控制。
系统接口
污水厂工业以太网络系统一共有6组以太网接口，具体如下表：
序号
位置
接入设备
模块型号
接入口端形式
接入速率
1#
CP343-1以太网模块
JR45
100M
2#
5#
CP343-1以太网模块
6#
7#
脱水机房配电柜
S7-200PLC
CP243-1以太网模块
22个仪表以模拟量输入接入各区域PLC模拟量模块当中，紫外线消毒设备厂商的S7-200PLC必须采用CP243-1以太网模块。
用于电力监控的PLC配有以太网插件，下面用RS485线连接51个电力监测仪表。
2.4结构化网络布线
网络布线采用以室外光缆为主干，每个连接点一路，星网布局。
室外光缆采用4芯或8芯单模铠装光缆，传输距离150KM无中继。
室内由光纤收发器转换成RJ45以太网信号，再用超五类双绞线接入PLC的以太网模块当中。
在中央控制室安装一个综合机柜用于安装光纤配线架、交换机、UPS和工作站，这一端有六个光纤收发器，转换成RJ45端口之后，用超五类双绞线接入到一个24口10/100M自适应以太网交换机。
机柜为35U网络机柜，用于安装工作站、网络交换机、光纤配线架、光纤收发器、UPS等设备。
污水处理厂工业以太网光缆连接示意图
4在线仪表监测系统
3.1在线仪表系统概述
精确测量对于污水处理厂工艺流程控制非常关键，污水处理厂的在线仪表不仅需要提供准确、可再现的测量，还必须具有使用和校准简单、能够承受多个曝气池的剧烈搅拌的特性。
本方案将按设计要求采用哈希和西门子在线仪构建城市污水厂的自动监测系统，具有极高的可靠性。
城市污水厂在线仪表网络连接图
3.2西门子在线计量与液位系统
本优化方案的在线计量和液位测量系统均采用了德国西门子（SIMATIC）公司的产品，包括电磁流量计、分体式超声波液位计和一体式超声波液位计。
电磁流量计
本方案将采用德国西门子公司生产MAG3100电磁流量计，该设备为法兰安装，设备可靠性高、计量准确。
电磁流量计主要技术性能指标
传感器型号
MAG3100传感器
规格尺寸
DN700
连接方式
法兰
压力（bar）
Max.100
温度（°
C）
-40to180
衬里
氯丁橡胶，EPDM，特富隆（PTFE），硬橡胶，防锈乳胶
电极
哈氏合金C，铂/铱，钛,钽带接地电极
外壳
IP67/68
防爆
EEx（ia/ib）IIBT4-T6
变送器型号
MAG5000变送器
输出
1个电流输出，1个数字输出，1个继电器输出
流向
单向/双向
通讯
可选HART
显示
3行，20个字符（可选不带显示）
系统最大不确定性
±
0.5%
IP67,IP20
密闭传输
冷水
防爆（安全栅）
[EEXia]IIC
供电
24Vdc230Vac
一体式超声波液位计
一体式超声波液位计采用的是SITRANSProbeLU二线制一体化超声波液位计，测量储罐和简单过程容器中液体的液位、体积和流量，同时也可用于明渠。
SITRANSProbeLU是供水和水处理行业和化工储罐液位测量的最佳解决方案，传感器为ETFE或PVDF材质，可适合化学腐蚀；
内置的温度传感器可以对不同的温度变化进行补偿。
SITRANSProbeLU一体式超声波液位计主要技术性能指标
型号
SITRANSProbeLU
量程
12m
测量精度
0.15%或6mm
带HART通讯
材质
ETFE或PVDF传感器抗化学腐蚀
温度补偿
编程工具
可用红外手持编程器、SIMATICPDM，或HART手操器
单路4-20Am输出
分体式超声波液位计
SIEMENSMultiRanger是性能可靠稳定的高性能超声物位控制器。
使用非接触式超声技术它可提供中短量程测量的应用。
最大量程15m。
MultiRanger可测量多种介质，包括燃料油、市政污水、酸、木屑或高静止角的物料。
MultiRanger提供真双点物位测量，内置ModbusRTU数字通讯RS-485接口。
使用DolphinPlus软件，可在PC机上对其进行组态和设定。
先进的声智能回波处理软件为测量提供了更高的可靠性。
MultiRanger100提供物位报警、开/关和调节泵控制，是经济型产品。
MultiRanger200可监测明渠流量，有更先进的继电器报警和泵控制功能、体积转换功能。
Echomax®
ST-H超声波传感器是用超声波技术直接对各种固体和液体的物位进行检测。
ST-H小巧的设计允许传感器安装在2"
的立管上，正确安装后，传感器完全能适用于苛刻的工艺过程和有腐蚀的环境。
当操作的时候，超声波传感器（探头）的表面垂直发出一定宽度的声束脉冲，物位监视器测量发射脉冲和接收反射脉冲（回波）的时间差，从而计算出超声波传感器表面到物料之间的距离。
在测量范围内，内置的温度传感器对由空气温度变化而引起的声速变化进行补偿。
可用于各种严酷工况，使用温度可达145℃.
MultiRanger分体式超声波液位计主要技术性能指标
MultiRanger100
MultiRanger100变送器
主要功能
物位测量，单泵控制和物位报警
传感器接入
双点物位监测，同时两个传感器
通讯接口
内置ModusRTU,RS-485数字通讯接口
组态接口
标准配置3个继电器，可选6个继电器
使用温度
145℃
信/噪比
二个超声波传感器输入可提高信/噪比
数字量输出
摸拟量输出
两路4-20Am
液晶三行文本显示
超声波传感器
EchomaxXPS-15
XPS-15超声波传感器
超声波特性
10°
波束角
有效探测距离
15m
耐化学腐蚀的KynarFlex外壳和Hypalon橡胶辐射面结构
防护等级
IP68
3.3哈希在线仪表
本方案在线监测仪表选了美国哈希（HACH）公司的产品。
哈希公司是设计和制造水质、水文监测仪器仪表的专业厂家，产品被全球用户广泛应用于饮用水、地下水、地表水、市政污水、工业污水、半导体超纯水、制药/电力及其他工业净水、等领域，其全线产品系列涵盖实验室定性/定量分析、现场分析、流动分析测试、在线分析测试。
产品具有测量精确、运行可靠、操作简单、低维护量，结构紧凑等特点。
根据设计图纸的要求，本方案选用的哈希公司产品溶氧仪、PH计、氧化还原仪、COD仪等。
在线溶氧仪
在线溶解氧测量仪用于污水处理厂内各工艺点的监测:
包括调节池、曝气池、好氧/厌氧消解池和出水监测。
工作原理：
测量探头最前端的传感器罩上覆盖有一层荧光物质，LED光源发出的蓝光照射到荧光物质上，荧光物质被激发，并发出红光；
一个光电池检测荧光物质从发射红光到回到基态所需要的时间。
这个时间只和蓝光的发射时间以及氧气的多少有关，探头另有一个LED光源，在蓝光发射的同时发射红光，作为蓝光发射时间的参考。
传感器周围的氧气越多，荧光物质发射红光的时间就越短。
因此，计算出溶解氧的浓度。
在线溶解氧测量仪主要技术性能指标
溶解氧探头型号
LDO57900-00
LDO57900-00溶解氧探头
测量范围
0.00-20.00ppm
重现性
0.05ppm
准确度
＜1ppm时±
0.1ppm；
＞1ppm时±
0.2ppm
灵敏度
满量程的±
0.05%
响应时间
90%＜60秒；
95%＜90秒，20℃时
温度范围
0.0～50℃
信号最大传送距离
300m
采样温度
0－100.0℃
模拟输出
0.00-20.00mA或4.00-20.00mA
分析仪型号
SC100
SC100分析仪
接入通道数
2个，可接两个探头
继电器输出
4
模拟量输出
2个0/4-20mA
外壳防护等级
NEMA4X（IP65），1/2DIN
RS485/MODBUS或者无线红外接口
数据储存
六个月（本机）
电源要求
190-260Vac
在线pH（酸碱）计与ORP（氧化还原）计
在线PH计和ORP计采用GLI差分传感器。
GLI独一无二的差分传感器技术使用三个测量电极取代传统的PH传感器中的双电极。
测量电极和标准电极测得的pH值相对于第三个溶液背景电极的差分值。
该技术被证实具有无与伦比的准确性，减少了参比电极连接的污染，有
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