西門子S7-300在污水處理工程中的應用方案

一、設計依據及設計范圍

1、設計依據

1)自控儀表設計依據工藝推薦方案及工藝對自控系統的要求并考慮污水廠運行管理的具體運行情況，結合自控儀表行業的特點進行設計。

2)依據相關的設計規范：

    《自控儀表選型規定》(HG20507-2000)

    《儀表配管、配線設計規定》(HG20512-2000)

    《儀表系統接地設計規定》(HG20513-2000)

    《控制室設計規定》(HG20508-2000)

    《儀表供電設計規定》(HG20509-2000)

    《分散型控制系統工程設計規定》(HG／T20573-2012)

    《電子計算機房設計規范》(GB50174-2008)

    《建筑物防雷設計規范》(GB50057-2010)

    《電力工程電線設計規范》(GB50217-2007)

2、設計范圍

    工藝要求完成自控系統的設計，范圍如下：

     1)工藝流程配置必要的液位、流量等檢測儀表。

     2)全部檢測儀表及電氣設備的運行信號的傳送和顯示。

     3)根據電氣設備的運行要求及主要工藝參數的控制要求，設置自動控制和自動調節系統。

     4)污水廠現場級、管理級的數據傳輸及通訊系統。

二、系統概述

    根據污水處理工藝過程特點和現代化生產管理要求，本工程自動控制系統采用計算機監控系統，其主要功能是將污水處理廠工藝過程的預處理、生化處理、污泥處理等過程參數及設備運行狀態納入計算機監控系統，進行在線集中監測、計算機管理。通過該系統來保證污水處理過程工藝穩定和運行。

三、硬件及軟件

    選用SIEMENS公司的過程控制器CPU315和分布式I/OET200M組成系統控制站。SIMATICS7-300具有多種突出特點，其模塊化結構、易于實現分布式的配置以及性價比高、電磁兼容性強、抗震動沖擊性能好  擴展能力高、通訊及系統功能*、簡潔的集中或分布式I/O連接等。

    模塊為通道隔離，適合水處理系統的運行安全。監控系統選用DELL主機，DELL22寸液晶彩色顯示器構成其工程師站和/操作員站。全系統操作站是聯網、協調工作的。系統運行穩定、數據分布合理、操作速度快、人機界面友好、使用方便。標準的以太網絡、SIEMENS SIMATIC NET 工業以太網絡、PROFIBUS過程現場總線所構成的三級網絡的體系結構保證了系統數據通訊的高可靠性、無阻塞和高速度。系統各操作站是全透明、全容錯的。它們之間可以實現互相替代。網絡部分采用雙環容錯光纖網絡的應用保證了網絡系統數據傳輸的抗現場干擾能力和高可靠性。

四、系統組成

    計算機監控系統由操作站、控制站、現場儀表三個層面組成。

    1、操作站：采用工業級計算機。通過軟件組態編程，完成監視、操作、控制功能；報警信息和各種報表通過打印機輸出。在彩色液晶顯示器上通過翻頁顯示流程圖、實時記錄、歷史記錄、儀表棒圖、操作指導信息、報警信息等畫面。

系統采用客戶/服務器結構，設置一臺服務器和一臺客戶機。客戶機分為監控、操作、維護三個操作等級，設有不同的操作者名稱和密碼。

客戶機與服務器、服務器與可編程控制器(PLC)之間、客戶機與其他客戶機之間通過以太網通信。

    2、控制站：采用可編程控制器(PLC)。組態程序通過操作站下載，控制站可以獨立于操作站實現控制功能。現場儀表來的各種信號通過I/O模塊轉換。控制站通過以太網與操作站通信，通過現場總線與I/O模塊通訊。

    3、現場儀表：由超聲波液位計、電磁流量計、各位在線監測分析儀、浮球開關等組成。

五、計算機監控系統內容

    1、現場主要電氣設備運行狀態和故障信息在計算機系統顯示，并在上位機上能控制主要設備啟停，更改相關參數。為了保證全廠安全、可靠地運行，并及時掌握全廠生產動態，在該污水處理廠裝設必要的檢測儀表，在格柵渠/集水井裝設超聲波液位計、在線COD監測儀、在線pH監測儀、電磁流量計；在中間水池裝設電磁流量計、在線pH監測儀；在曝氣池裝設在線溶氧儀；在初沉池儲泥池裝設超聲波液位計；在二沉池儲泥池裝設超聲波液位計。

    2、格柵渠/集水井液位顯示、出水COD顯示；pH(酸堿度)顯示；出水流量顯示、累積。

    3、中間水池出水流量顯示、累積；

    4、曝氣池溶解氧(DO)顯示；

    5、初沉池儲泥池液位顯示；

    6、二沉池儲泥池液位顯示；

六、自控設備布置

    計算機、PLC及控制柜、箱根據需要采取控制室集中布置、就地布置兩種方式。其中計算機布置在控制室，PLC控制柜布置在低壓配電室，現場控制箱布置在現場。

    控制室位于綜合樓內。

    控制室設空調及抗靜電活動地板。

七、系統電源

    1、采用低壓配電提供的220VAC，50Hz單相三線(帶PE)電源。

    2、UPS電源由用戶提供，24VDC電源，隨控制柜提供。

    3、一些現場儀表220VAC，50Hz的電源，為了節省電纜，就近由現場電力動力箱提供。

八、系統接地

    1、系統接地包括保護接地和工作接地，均接至電力的聯合接地系統。接地電阻≤1Ω。

    2、儀表信號電纜采用銅絲編織屏蔽電纜，在PLC柜側接地。

九、儀表選型

    1、所有現場儀表均采用電動儀表。

    2、露天安裝的變送器采用防護等級為IP66的儀表。

所有的儀表（除開關以外）均具有表頭現場就地顯示功能，且輸出4—20mADC信號，以便于信號上傳并在中控室集中顯示。

十、自控施工

    嚴格依據施工圖紙進行現場施工，個別修改或補充圖紙由現場代表補充設計。