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自控方案技术说明
根据贵公司生产流程工艺特点，尊重业主意见及现有设备状况，所提供的控制系统对生产过程中流量、液位、直流电机速度实时监控，达到提高产品质量，稳定生产，改善生产环境，降低劳力强度。
一DCS系统：
系统的硬件、软件均采用SIEMENS的产品，集中操作，保证系统的安全、可靠、连续运行。整个自动控制系统由中央控制机站、1台操作员站（OS）,1台工程师站(ES)，系统达到先进、可靠、稳定运行的目的。
选用西门子PCS控制系统，该控制系统对生产工艺过程的流量、液位、电机速度工艺参数检测与控制，其中流量检测控制67点，液位检测控制50点，直流电机速度检测控制51点：在流量控制方面，要求流量定值控制，DCS能自动控制流量值，操作人员在控制室操作能实时操作控制，CRT准确显示实时流量与累计流量；在液位控制方面，DCS能按工艺对各储槽液位控制要求自动控制，能自动对液位高报警及高高液位联锁。对直流电机速度控制采用手动/自动选择方式控制，在自动控制状态下，由DCS按工艺要求准确监控直流电机转速；操作人员可根据需要将自动控制状态切换到手动状态，操作人员依据现场转速表显示速度数值直接调整电位器改变电机转速，以达到现场测试流量数值与相对应的电机转速。
系统需配置I/O点数：
AI
AO
DI
DO

118
118
102
51

实际配置I/O点数有10％的余量。
系统设计说明
1.1.1操作员站
操作员站实现集中操作与统一调度。其具体的功能为：
★ 监控系统的状态与生产的过程，完成控制方案的具体实现。
★ 生成系统数据库，用户画面与报告。
★ 检测与诊断故障，维护设备。
★ 管理信息，并实现通讯方案。
该系统设置1台操作员站，研华工控PentiumⅣz，CRT为19″彩显，分辨率1280×1024，RAM256MB，硬盘30GB，40倍光驱，操作键盘，鼠标。安装WinCC V5.1运行版软件，操作界面及菜单为中文。
采用SIEMENS视窗控制中心WinCC制作的操作画面，不仅视觉美观，功能也极其强大。其主要功能包括：图形设计系统、各种WINDOWS应用程序接口、数据处理、生产报表、报警信息系统、各种生产过程数据的记录与归档等。
1． 监视与操作
西门子WINCC过程控制系统的操作员站是过程控制的窗口，所有的操作与管理人员及维护工程师都能够在标准、友好与面向工艺的窗口上跟踪过程活动或者参与生产控制，同时得到报警与操作员提示。
WinCC是西门子公司在自动化领域采用最先进的技术与微软公司共同开发的居于世界领先地位的工控软件。所以，基于WinCC的操作员站是一个强大的全面开放的监控系统，既可以用来完成小规模的简单过程监控应用，也可以用来完成复杂的应用。操作员站可以针对任何生产工艺生成美观而便捷的人机对话窗口，使操作员能够清晰地参与与优化生产过程。
2． 报警
西门子WINCC过程控制系统报警信号发出功能支持操作员对偶然发生的事件进行处理，这些事件是产生在生产过程或I&C中的不正常的、不常发生的或不希望发生的状态，这些事件在发生时将报告给操作员。除了这些事件，操作员的介入也完全加入到报警概念之中，可以被归入到当前报警列表与档案中。有三种不同类型的报警分列如下：
过程事件报警发生在自动过程中，例如过程信号超出极限。
I&C报警产生于系统在其自身的元器件上发现并报告的故障。这类故障范围从一个部件的故障甚至到一个连接器的断线报警。
操作报警在操作过程变量时产生，例如当改变一个闭环控制器的模式时。如果使用了库中所提供的操作员显示，操作报警就会自动产生。
3． 显示
1． 西门子WINCC控制系统的每个CRT都能综合显示字符与图形信息，操作人员完全可以利用鼠标通过CRT的画面实现对生产运行过程的操作与监视。
2． （每幅）画面都能显示过程变量的实时数据与设备的运行状态，这些数据与状态在规定时间内更新一次。数据或图形的显示随过程状态而变化。棒图与趋势图可以在任意画面的任意位置显示。
3． 控制系统的所有测点，包括模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出、中间变量与计算值都可以在画面上显示。对每一个测点，还包括显示其位号、文字说明、工程单位、高低限值等。
4． 操作员站可提供多种窗口显示。
5． 操作员站软件具备顺控逻辑与步序的模拟图显示功能，画面的数量是不受限制的。运行人员可以通过鼠标对画面中的被控装置进行手动控制。画面上的设备正处于自动程控状态时，模拟图上显示出设备的最新状态及自动程序目前进行至哪一步。如果自动程序失败，则有报警并显示出故障出现在哪一步。
6． 操作员站软件为用户提供了丰富的图形与仪表符号图库，用户还可以建立自定义的新图库，新建的图库可以被存储与检索。
7． 操作员站的性能直接依赖于PC硬件的性能。采用高性能的PC将明显获得高的性能。画面的数量只受硬盘容量的限制，每幅画面容纳的过程测点数可以达到500个以上。
8． 操作员站采用多层显示结构，显示的层数可根据工艺过程与运行要求来确定，这种多层显示可使运行人员方便地翻页，以获得操作所必须地细节与对特定地工况进行分析。多层显示包括总貌显示（区级显示）、成组显示与回路显示。
9． 操作员站提供地标准显示画面有报警显示、趋势显示、成组显示等。
4，报表（记录）与存储
操作员站提供了一套集成的报表系统，数据库里的所有过程点都可以打印输出。它可以把在过程中录入的数据按以下方式输出，输出的页面格式是自由的，用户自定义的。
除了打印到打印纸，还可以打印输出到文件及在屏幕上打印预览。可以定义打印任务按小时、天、星期及月报表形式循环输出。报表输出可按时间顺序触发、事件触发或操作者触发。
◆ 信息顺序记录可以将输入的信息立即打印输出到预先定义号的打印机上，逐行打印。
◆ 信息存档可以分成短期存档与长期存档。短期存档最多可存储10000条信息，存档信息达到10000条时，新来的信息首先覆盖最老的信息。长期存档用作短期存档的延续，通常被置于硬盘或软盘上，只受磁盘空间大小的限制。
◆ 操作员站借助Wizard(向导程序)及AS控制站的功能，可以轻松地实现操作记录。
◆ 操作员站通过标签管理器可以周期地或事件触发地记录测量值。用户不仅可以记录外部测量值，还可以记录内部标签值、或来自任何应用的值以及手动输入的值。数据被存储在硬盘的测量值存档中，采样周期的范围在500ms到一年之间。为了快速地获得这些测量值，系统在内存中提供了一个循环地缓冲区来管理这些数据（在线曲线）。
◆ 操作员站提供了不同地方法来记录测量值：
◇ 连续周期存档，即开机后就以规定时间顺序存储测量值。
◇ 有选择的周期存档，即满足某条件时开始存储测量值。
◇ 非周期存档，即一个或多个事件触发或停止测量值的记录。
◇ 超限时存档
1.1.2工程师站
该系统设置一台工程师站，研华工控 PentiumⅣz，CRT为19″彩显，分辨率1280×1024，RAM256MB，硬盘60GB，40倍光驱，操作键盘，鼠标。系统供电电源为220VAC，±15%/50Hz。安装一套WinCC 开发版、工程师软件包软件（运行在Windows NT Server4.0上）,实现系统全局编程、调试。
现场工程师可在工程师站上进行软件开发、在线编程、在线监视与修改用户程序，使得系统维护与组态极其方便流畅。
工程师站使用以太网与过程站及其它设备进行通信，可以实现硬件编辑、现场过程站编程、现场总线智能仪表组态、操作员站组态一体化编程及调试。便于对整个控制系统组态与维护，完成操作站与现场控制站软件的编制。
该软件可以离线与在线编程，在线修改参数，能对整个系统的硬件监视与故障诊断，被修改的参数具备自动备份功能可以恢复。
工程师工作站能完成全部操作站的功能。可对整个工艺线进行监视与操作。
1.1.3 安全管理规划说明
操作员站画面设计充分发挥了WinCC系统作为工业控制的强大优点，使整个系统具有安全性、先进性、经济性、规范化。
操作权限（由低到高分为两级）：
● 操作员级
● 工程师级
各级之间责任明确，分别由专业人员使用，用钥匙进行转换过程分区与授权。
对于操作员级而言，生产过程最多可分为18个区（－1，0，1～16），不同的分区可指定到操作台上，对来自不同分区目标进行操作，有三种类型的限制：
“P”：禁止。不允许操作，只有查看权；
“W”：警告。可进行操作，但发出警告信息；
“－”没有操作限制。
操作系统本身的事件与报警没有授权的问题。
操作员只能且可以集中精力处理控制自己负责的分区，不会被管辖范围之外所发生的事件所干扰。
l 企业管理站： 本次配置留终端接口，监视器（台式/笔记本式）待定。
系统为模块化结构，能可靠完成顺序控制、过程回路控制与过程参数采集等功能。
数字量输入/输出模件的输入/输出信号类型为24VDC。每个数字量模板输入通道拟采用现场的无源节点信号，每个输出通道均外配继电器来隔离220VAC 5A现场信号。
模拟量输入模件（AI）的为4~20mA，系统能提供两线制变送器24VDC电源，各通道间隔离。输出模件（AO）为4~20mA的标准信号，各通道间隔离。
输入/输出模件与现场信号间隔离。输入/输出模件通道之间隔离。
1.1.4打印机
系统的各种控制参数、重要的控制数据、在操作员站上的所有操作（包括操作对象、操作指令、时间、执行过程、结果等）、重要监视量的变化趋势等，系统进行自动记录、存储，在必要的时候可以打印成报表，通过打印机打印出来。
打印机拷贝趋势曲线画面时，有相应的符号标记来区分不同颜色的曲线。
1.1.5维护与可靠性要求
1.1维护
系统设计时考虑了可以使任何系统故障都可以尽快解除，并且可以在不断电情况下更换卡件。应使买方的技术人员/工程师能够完成整个系统的维护，直到更换卡件一级。
系统能够生成维护报表，该报表每周、每月都可以自动打印，列出所有超出正常限的变送器、以及系统的诊断报警。报表附有故障出现日期与时间以及返回正常的日期与时间。
每一卡件的电源组件都配有发光二极管或类似标记，指示卡件或电源组件是否有故障。
1.2可靠性
所有提供的设备都以经过考核检证后的硬件为基础,决不使用在开发中的硬件与软件。
系统硬件按模块化设计与搭配，并可以做到在线更换与调整。系统的硬件设计能够防止用户将卡件插错槽位造成硬件损坏。
设备与整个系统的设计、生产制造可以使总的可利用率（Availability）达到99.9%，即每年整个系统的累计故障修复时间不得超过八个小时，而且系统的设计、组装与后备在任何可预见的情况下都不发生整套系统的倒闭.
1.3供电要求
总则
系统采用两路独立的220V、50HZ单相交流电源。保证所有设备都能够适用上述电源规格，并且保证控制站能同时接收两路交流电源供电，只要有一路电源能供电，控制站就应能持续不断地工作。同时,提供系统不间断电源以确保能在两路交流电源供电失去时,系统仍能持续不断地工作不低于30分钟。
系统配有电源监视设备，对内部直流电源输出电压进行检查。任何电源故障都有相应的报警与保护。内部电源带有熔断丝作为短路保护，并带有过载自动断电保护。电源带有限流保护电路与过电压保护电路。电源故障除有系统报警外还有就地指示（发光二极管）。系统机柜与操作站的电气端子有清楚的标记。并且编号与系统接线图上的编号一致。电气接线符合适用的电气法规要求。我们提供的接线图附有对接地、线径与屏蔽方面要求的详细说明。
在每个机柜与操作站内设有一个220V、50HZ电源输出插座供校验用。
供电波动允许限值
电源电压：220±15％VAC 频率：50±1HZ
接地要求
保护接地电阻:小于或等于4欧姆
工作接地电阻:小于或等于4欧姆
系统特性
◇ 基于全集成自动化思想
◇ 与PROFIBUS现场总线有机地结合在一切
◇ 吸收了各种先进技术，面向工艺
◇ 更分散的系统配置，特别适用于分散的过程控制应用场合
◇ 系统配置灵活，易于扩展
◇ 模块化结构，通用的硬件模块
◇ 强大的系统软件，组态与编程轻松简单
◇ 丰富的人机界面产品提高了监控与管理的水平
系统可以保证系统运行的可靠性，全集成自动化保证系统的完整性，产品的选择具有先进性、系统的易维护性、可扩展性，通讯的开放性。
2.2 系统的可靠性
系统的可靠性表达在PLC控制系统的可靠与网络的可靠两个方面。
SIMENS的S7-400系列PLC由于有很高的电磁兼容性与抗冲击、耐震动性能，因而能最大限度的满足各种工业标准，模板能带电拔、插，允许环境温度范围为0℃～60℃。
工业以太网以光缆为主要传输介质，环形的光缆构成冗余运行的系统能提供更高的可靠性。
PROFIBUS网络传输介质为专用的屏蔽双绞线电缆。本系统选用的所有PROFIBUS传输介质与附件均采用SIEMENS专用产品。
上述SIEMENS网络产品抗干扰能力强，可靠性高，适合于工业环境下的长期运行。
2.3 系统的完整性
全集成的自动化系统各部件之间的兼容性已经得到优化，通讯流畅、完整性强。
系统的先进性
本方案选用的硬件及软件产品原则是：产品必须经过实践检验，性能优越、安全可靠；与自动化系统的发展趋势一致；对其它厂商产品具有良好的兼容性。
系统的易维护性
本方案采用STEP V5.1版本的编程软件。该软件是SIEMENS与MicroSoft联合开发的编程软件。WINDOWS界面操作使得具有普通计算机使用经验的工程技术人员很容易掌握。
模块化的设计结构使得PLC硬件维护极其简单；CPU的智能诊断系统能连续地监视系统功能并记录错误与系统的特殊事件（如超时、模板更换、冷启动、停机等），所有事件均标记上时间并储存在环形储存器中以便进一步查找故障。
系统的可扩展性
系统的环形冗余以太网具有极强的扩展能力。
分布式I/O结构也具有极强的扩展能力，可最大扩展到31个ET站。
WinCC不仅仅是数据开放，系统功能同样是开放的。意味着系统开发人员可用WinCC做为基础开发与其有关的应用软件，或编写扩展功能。
系统配置清单
.1西门子系统
DCS系统设备清单
1． 西门子系统
序 号
名 称
型 号
数 量
1
机架 S7-400 UR2
6ES7 400-1JA00-0AA0
2个
2
CPU 414-2DP
6ES7 414-2XG00-0AB0
2块
3
CP443-5为用户提供各种PROFIBUS 总线系统的通讯服务

6GK7 443-5FX00-0XE0
2块
4
电源 PS407 4A

6ES7 407-0DA00-0AA0
2块
5
FLASH EPROM
6ES7 952-1KK00-0AA0
2个
6
RAM

6ES7 952-1AH00-0AA0
2个
7
后备电池
6ES7 971-0BA00
4个
8
机架 S7-300 DIN530
6ES7 390-1AF30-0AA0
8个
9
IM153-1热备或冗余系统时使用

6ES7 153-1AA02-0XB0
8块
10
电源 PS307 5A
6ES7 307-1EA00-0AA0
8块
11
AI 8POINT
6ES7 331-1KF00-0AB0
16块
12
AO 4POINT
6ES7 322-5HD01-0AB0
32块
13
DI 32POINT
6ES7 321-1BL00-0AA0
7块
14
DO 32POINT
6ES7 322-1BL00-0AA0
2块
15
20针前连接器
6ES7 392-1AJ00-0AA0
41个
16
40针前连接器
6ES7 392-1AM00-0AA0
16个
17
总线连接器
6ES7 972-0BA12-0XA0
15个
18
总线电缆
6XV1930-0AH10
150米
19
5613卡通讯卡

6GK15613AA00
3块
20
Winch开发版
6AV6 381-1BP04-0AX0
1套
21
Wincc 运行版
6AV6 381-1BE04-0AX0
1套
22

6ES7 810-4CC02-0YX0
1套

合计

2.控制室辅助设备
序 号
名 称
型 号 规 格
数 量
1
中间继电器
欧母龙MY2NJ
60
2
计算机
研华工控PⅣ，256M RAM 48XCDROM
2
3
显示器
19″彩色
4
I/O机柜
2100*900*600
2
5
主机操作台

2
6
稳压电源
DC 24V 10A
2
6
UPS电源
3KVA
1
7
打印机
宽行针式
1

合计

二，现场仪表
1， 流量仪表：
根据工艺对正常流量的要求及介质特点，我们建议采用LZDH-全不锈钢金属转子流量计，其中介质是盐酸液的需内衬四氟才能抗腐蚀，金属转子流量计二线制，输出信号是4～20Ma,精度为±2.5％，（如果精度要求≤±0.5％，可根据不同流量范围分别采用电磁流量计、质量流量计、与椭圆齿轮流量计，但价格是金属转子流量计的2～4倍）。
序号
名称
型号
数量
备注
1
金属转子流量计
LZDH-15F6.3~160L/h
67
衬四氟
2
金属转子流量计
LZDH-25F25~1600L/h
衬四氟
3
金属转子流量计
LZDH-50F630~10000L/h
衬四氟
4
金属转子流量计
LZDH-80F1600~16000L/h

2， 电动调节阀：
由于工艺介质是强酸，为使抗腐蚀，电动执行器运行可靠，选用美国Bellofram产品。其阀体是EPDM材质，
序号
名称
型号
数量
备注
1
电动调节阀
RP-25-NA006
67

2
电动调节阀
RP-40-NA006

3, 直流电机调速
保证电动机在低速下能稳定工作（即不出现爬行现象），额定值连续可调
使用条件：允许交流电网波动范围为160V~250V
序号
名称
型号
数量
备注
1
直流调速控制器
SK400B
51

2
接近开关
TE12N4B
51

3
转速变送器
WP-TC-C4030224HLA
51

3， 液位控制
其测量介质是盐酸液，由于只需要控制高液位与低液位，因此采用防腐浮球液位开关，液位达到上限值时启动泵，液位降到下限值关停泵，当接受槽高高位时，输送泵联锁停止输送。现场设置转换开关，便于操作人员选择操作方式。
序号
名称
型号
数量
备注
1
浮球液位开关
RFC-GN-6F1-2-1000
50

2
转换开关

50

其50台液位变送器测量介质是盐酸液采用1151型法兰式液位变送器，与被测介质接触膜片为抗盐酸腐蚀的钽膜片，二线制，输出4～20Ma,量程误差≦±0.75％
序号
名称
型号
数量
备注

液位变送器
1151LT5EA0A2DCM1
50
钽膜片
4， 电缆
（1） 计算机控制电缆 2×2 100m×185=18500m
（2） 控制电缆 2×2 100m×100=10000m
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