概述

　　從目前國內大部分的泵站控制和管理來看還是處于相當落后的狀況，與國外相比具有很大的差異。在電氣控制上，自動化監控程度低，大部分的水處理設備僅有單級的常規控制。在管理水平上，大部分系統的管理記錄和統計都是手工操作。污水處理站的控制和管理沒有形成區域化的網絡。隨著國民經濟的飛速發展，對市政建設和管理提出了更高的要求。所以必需對現有污水處理站的設備及控制和管理進行改造和完善。向國外無人化泵站監控管理發展，以達到減員增效和提高管理水平的目的。
　　由于我公司PMCC系列水泵控制柜、配電系統本身已具備部分自動化、智能化等特點，面向水處理系統的集中控制系統就是利用現有的PMCC控制柜配電系統智能化優勢，結合現代網絡及自動化工控技術，完成現代泵站內分散的模擬量、數字量的數據采集、分析、控制、管理。本著安全可靠、技術先進、經濟、實用的原則，我司開發的計算機監控系統完全滿足實時性、可靠性、可維性、實用性、安全性、可擴性、可變性等性能要求。
 

 系統部分

　　我公司組構的系統采用SIEMENSS7-300系列PLC對系統進行監視和控制，通過工業以太網網絡達到PLC和上位機通訊的目的。同時，采用通訊模塊與智能儀表等外部設備進行通訊，以實現對儀表的遠程監控。
　　中央控制室和PLC子站之間以一個冗余的100Mbps光纖工業以太網環網組成一個有線數據通信網絡系統。現場控制站在現場進行工藝檢測參數、設備運行工況信號的采集、檢測和控制，并通過該站的人機界面對設備運行操作，同時向中央控制室進行實時傳送。中央控制室可監視各現場站的全部運行信息，在中央控制室可通過上位計算機控制現場設備的啟動和停止。系統預留的以太網（RJ45）接口保證了與其它系統及Internet的良好對接。最終保證了系統通訊及監控的實時性、完整性及穩定性。同時每套PLC柜內均可安裝SIEMENS觸摸屏，使得在現 場對系統的監控簡單、直觀。
　　現場控制站在與設備通訊時，采用RS485的方式，其通訊介質為屏蔽雙絞線，其通訊速率最大可達187.5Kbit/S，10kV及其它線路的相關信號，通過智能繼電保護裝置及智能空氣斷路器、用RS485的通訊方式與現場控制站交換數據，每個間隔保護及測量裝置均作為現場控制站的從站。現場控制站采用西門子S7300PLC，CPU采用315-2DP高檔CPU，具有運算速度快，資源豐富等優點。配上激光打印機，可隨時記錄所需數據。計算機監控軟件采用組態王、intouch、i-fix等知名組態軟件，它具有畫面顯示、趨勢曲線、報警處理、報表處理、數據管理、網上瀏覽等功能。
　　整個自控系統體現了西門子全廠一體化的先進自控理念，并且網絡結構完全符合現場總線的國際標準。
 

 系統技術參數指標描述

　　SIEMENSS7-300系列PLC是模塊化的PLC系統，能滿足中等性能要求的應用，其具有大范圍的各種功能模塊可以非常好的滿足和適應自動控制任務。由于簡單的分散式結構和多界面網絡能力，使得應用十分靈活。S7-300還具有多樣的通訊方式，多種不同的通訊處理器用來連接AS-I接口、PROFIBUS和工業以太網總線系統。通過強大的通訊功能，在自動控制系統之間或人機界面（HMI）和幾個自動控制系統之間，數據通訊能夠很好進行。由于簡單的結構，使得SIEMENSS7-300PLC易于簡單的安裝和維護。而且，SIEMENSS7-300PLC提供了大量的功能支持和幫助用戶進行編程、啟動和維護，高速的指令處理速度保證了控制要求的快速響應。SIEMENS的S7-300系列PLC的程序掃描時間最大不超過150ms，CPU315-2DP數字量通道最大可達16384，模擬量通道可達1024。數字量模塊輸入最快可達0.1ms，模擬量每通道轉換時間最快可達2.5ms。同時，S7-300PLC采用模塊化設計，PLC具有很好的擴展性，當任務規模擴大并愈加復雜時，可隨時使用附加模塊對PLC進行擴展，使得系統在維護或升級時可以在短時間內快速完成，保證了系統的可維護性。
　　本系統采用了SIEMENS Industrial Ethernet網絡進行數據通訊。通訊模塊采用西門子工業以太網光纖交換機模塊（OSM）。OSM模塊能在對網絡可用性和診斷選項方面具有較高要求的控制級進行100Mbit/s的交換機網絡配置。除了2個環口之外，OSM還有其它6個端口（任選ITP.RJ45或BFOC接口），可以連接其它終端和網絡段。可以保證快速、大量的數據通訊由于采用光纖連接可用于具有強烈電磁干擾的環境中完全避免了采用同等電氣方式時會遇到的如射頻干擾、雷擊等方面的危害。
　　監控站界面開發采用組態軟件（如KINGVIEW組態軟件），最快系統刷新時間可達55ms，可以完全滿足系統對設備監控的實時性。組態王開發周期較短且可靠性高，便于維護。監控站界面內容豐富，可完成所需控制及顯示功能。以組態王為例，“組態王”是在PC機上建立工業控制對象人機接口的一種智能軟件包，它以WindowsXP/Windows 2000/WindowsNT4.0中文操作系統作為其操作平臺，充分利用了Windows圖形功能完備，界面一致性好，易學易用的特點。使采用PC機開發的系統工程比以往使用專用機開發的工業控制系統更有通用性，大大減少了工控軟件開發者的重復性工作，并可運用PC機豐富的軟件資源進行二次開發。同時組態王軟件中集成了多種品牌、型號的PLC，通過簡單的通訊連接，能很好的和PLC進行通訊。
　　全密封的面板更適應工廠環境，而輕觸式屏幕、彩色面板、逼真的動態立體視圖、方便的翻頁等功能更讓人覺得現場操作變得如此容易。按工藝需要，可以將按鈕、指示燈、數據設定、數據顯示、報警信息等都作到TP上。SIEMENS TIA 理論中很重要一個組成部分就是工業總線技術。USS或者PROFIBUS DP方案都是應用較廣泛的國際、國家標準。通過總線技術，可以將PLC、TP、WINCC、智能儀表等用通訊方式聯系到一起。如同INTERNET時代同PCB時代的進步一樣，信息共享、可擴展性強是工業總線的優勢所在。
　　監控系統的控制柜JP/10系列柜體。采用防塵設計，防護等級達到IP54。在控制柜電氣部分設計時，將充分考慮系統的通風、散熱、防潮及接地等多方面因素，保證內部元器件的可靠運行。
　　系統配備的工控機可選用臺灣研華公司產品，硬件滿足下列配置，PCI系統總線、CPU為PIV2.8G、內存256M、硬盤80G、刻錄光驅、19英寸純平液晶顯示器，A3彩色/黑白激光打印機。
　　系統采用UPS不間斷電源，同時通過RS485通訊接口可通過上位機對UPS的工作狀態進行監控。
 

 硬件系統

　　工業控制計算機
　　可編程控制器（PLC）及擴展模塊
　　工業儀表
　　傳感器
　　信號變換器
　　監控操作臺
　　信號指示和報警系統
　　組態軟件和PLC程序
 

 軟件功能

　　A、 自動監視主回路的工作電壓和電流；
　　B、 自動監視各閘門的開合；
　　C、 自動監視水位；
　　D、 實現啟閉機的“軟”手動操作；
　　E、 實時監控設備的運行狀況，當出現電機過載等故障時，發出報警信息，并啟動PLC應急處理程序；
　　F、 通過實時曲線方式描述各參數的變化及其趨勢；
　　G、 通過歷史趨勢曲線和報表等方式對歷史記錄進行處理，并可設置打印功能；
　　H、 網絡通訊功能滿足調度中心對現場參數的監視和遠程控制；
　　I、 操作權限保護，防止無關人員干預系統運行；
　　J、 自動記錄操作的全過程；
　　K、 提供系統操作的在線“幫助”功能；
　　L、 通過與EXCEL、數據庫等的實時連接，為其它應用軟件提供動態數據。
 

 主要功能畫面

　　A、 系統主界面
　　B、 手動操作畫面
　　C、 自動操作畫面
　　D、 電氣運行及監控畫面
　　E、 報警畫面
　　F、 報表及其打印畫面
　　G、 “幫助”畫面
　　H、 管理員界面
　　I、 “實時曲線”畫面
　　J、 “歷史曲線”畫面
 

 系統電磁兼容設計

　　在本系統中為減少噪聲干擾，提高系統抗擾能力，應對以下方面作出要求：
　　A、 所有柜子金屬部分通過最大可能表面積進行連接，如有必要，使用抓墊。
　　B、 合理設計及加裝進線。
　　C、 為了消除耦合噪聲，信號電纜和動力電纜分開敷設，最小間隔20cm。在動力電纜和信號電纜間使用隔離板，沿長度方向上要有多個接地點。
　　D、 為降低耦合電容和耦合電感，電纜長度應盡可能短。備用電纜要兩端接地，可獲得附加的屏蔽效果。
　　E、 數字信號電纜的屏蔽層通過最大可能表面積使兩端接地（發送器和接受器）。如果在屏蔽連接之間缺乏等電位的連接，為了減少屏蔽電流，應于屏蔽層并聯一個最小截面為10mm2的等電位連接導體。在一般情況下，屏蔽層應幾處接地（兩柜殼），屏蔽層接地點可有數處。
　　F、 模擬信號電纜的屏蔽層兩端應具有很好的等電位。如在模擬電纜中有低頻噪聲源，則屏蔽層應僅接到調整器的模擬信號端。另外一端通過電容接地。
　　G、 為防止接觸器繼電器、電磁鐵、電磁操作時間繼電器件的干擾，這些器件必須使用抑制元件，如RC、二極管、壓敏電阻，這些抑制元件必須直接接在線圈上。
　　H、 防止電源耦合而產生噪聲。調速器和自動化裝置控制電子設備要接到不同的電網上，為此要使用隔離變壓器對自動化裝置控制電子設備進行供電。如多臺柜子需要外部24V電源，那么多臺柜子不能共用一外部24V電源。
　　1、 為提高運行的可行性，系統設計為多點接地系統，具體的接地要求如下：
　　① 電機及動力電纜屏蔽層通過塔架的基礎接地，接地電阻應小于4Ω。
　　② 軟啟動器柜體通過接地點接地，接地電阻應小于4Ω。
　　③ 信號電纜的接地，接地電阻應小于4Ω。
　　④ 低壓配電柜可接地，也可接零。