一、数据系统采集与控制内容
主要监测控制设备有：水库水位监测；城镇管网压力监测；清水池水质监测、水位监测；
1.1．系统概述
本工程自控系统方案是根据工艺流程及工艺特点而制定的。从工程的实际情况及工艺要求出发，本设计采用目前国内外******并成熟的集散型控制系统。该系统由中央控制室微机和现场终端二级组成。它集计算机技术、控制技术、通讯技术以及显示技术于一体，通过通讯网络将中央级监控站和若干现场子站连接起来，实现集中监测管理和分散控制。
1.2系统组成
本项目采用以监控管理计算机、可编程序控制器PLC和微波通讯总线构成的冗余计算机监控系统。整个系统由、显示、打印，并根据工艺要求对全厂设备进行自动中央控制级和现场控制级两大部分组成。中央控制级主要负责完成对各种现场数据的分析处理、存储和远程控制。现场控制级主要负责完成各种现场信号的数据采集及中控室控制信号的接收并可完成区域设备的编程控制。
在水厂综合楼中央控制室内设置监控管理计算机和打印机。它主要完成对水厂各工艺流程段的集中操作、监视和控制功能。通过简单的操作，可进行系统功能组态、监视报警、控制参数在线修改和调整，同各子站终端机（PLC）进行传输、通讯，收集各子站终端机（PLC）送来的监测信息、运行状态和水质参数。并进行汇总、运算、处理、报警、故障分析**终完成对现场设备的优化控制。彩色LCD可直观地显示全厂工艺流程和全厂各工段的实况及各工艺参数趋势画面，使操作人员及时掌握全厂的运行情况，并通过计算机网络和无线网络向各现场子站终端机发布指令，协调各环节正常工作，******水厂安全经济运行。打印机可定时打印班报、日报、月报、年报和实时发生的报警信号。
1.3系统设计
本系统以可编程控制器(PLC)作为现场控制中心，连接现场各控制对象；以WebAccess作为主监控界面，监视各设备的运行情况，WEB发布实现资源共享。
根据工艺特点，构筑物的布置和现场控制的分布情况，水厂A、B各设置一个PLC现场子站，采集和监控水库现场的水位、水质、流量等参数控制坝顶取水口设备；负责全部设备的自动控制、数据采集。中央控制系统通过10/100Mbit/s以太网通讯，与现场控制站连接。根据现场需要，水厂A的监控系统采用有线网络，水厂B因为中央控制室和PLC站相距8公里，故采用无线网络。
控制级设二个现场子站，现场设备的运行及状态信号通过I/O模块采集，全部仪表的4~20mA信号就近引至相应的PLC和远传IO站，PLC为模块化结构，硬件配置较灵活，软件编程方便。
系统主要有如下几个部分组成：数据采集、净化设备监控、远程数据访问等。系统结构框图如下所示。
系统结构框图
二、现场数据采集系统
2.1 主控单元: 西门子S7—300PLC
根据水闸自动化控制系统数据采集监控系统的特点，采用西门子公司的全集成自动化产品设计。采用S7－300系列的CPU314作为主控单元，采用CP343-1以太网通讯模块组成TCP/IP网络、扩展I／O模块等构成数据采集子系统。系统框图如图2所示
SIMATIC S7-300可编程序控制器采用模块化结构设计，各种模块之间可进行广泛组合用于扩展，使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。因此，采用它们无论在独立运行中或相连成网络时，都能实现复杂控制功能。软件编程利用STEP7指令的强大功能，能够满足我们的各种需求。根据系统要求PLC主要使用模块如下：
① DI模块用于各设备的数字量采集，监控系统的运行状态。
② AI模块通过压力、浊度、余氯等监测仪输入4－20mA标准信号监测管网的压力，浊度和余氯。
③ AI模块通过智能水位仪输入4－20mA标准信号测量渠道水位，清水池液位。
④ SM322模块用于继电器输出，用来控制系统设备的运行。
通过PLC程序的运行，可以完成对现场设备数据采集和控制功能。
具体功能如下:
① 净化系统及辅助清水池的设备、液位控制，并对设备运行状态等进行监视。
② 智能水位仪的控制，并接收处理当前水位信号。
③ 管网在线检测监控。
④ 手动与自动的切换及操作。
⑤ 故障保护功能，******设备运行的安全性。
2.2 智能水位计
在本系统中水位的测量至关重要，是整个自动控制的关键，是各种动作实现，得以顺利完成的基础。为此系统在选用传感器时，做了充分的比较，**后选用：麦克传感器公司的MPM460(MPM460W/MDM460)型多功能智能压力(液位/差压)变送控制器
上下游水位是一个十分重要的参数，水位测量的******与否,直接关系到闸门的控制效果。在实际运行过程中,由于淤泥和风浪等因素的影响,常常使传感器堵塞或误计数而产生较大误差。MPM460型智能液位传感器是压力型传感器,基本上不受风浪影响，考虑到河道淤泥,采用非零位安装法,把液位传感器安置在淤泥面以上,在计算时把测量值加上河床到传感器的垂直距离,从而得出实际液位值，更好地避免淤泥对液位产生的影响,使测量值达到很高度。的精
产品特点
·RS485半双工通讯接口，能够进行数据信号传输和远程调校，方便组网，易于与无线MODEM接口，实现数据无线远传
·传感器分别采用扩散硅压阻式压力、液位、差压传感器，同时在出厂前采用非线性数字修正技术进行了补偿，提高了产品精度
·变送器经过严格测试和筛选，性能******，电子壳体采用铸铝件，整机防护等级达到IP65
·现场可通过按键手动调校和进行参数设置，操作方便
·可进行LED测量值显示和LED状态信息显示
·可提供**多五路压力控制接点
·产品符合国家船舶检验《船用电工电子产品型式试验规程》的有关规定，并经天津船舶检验局型式认可合格，型式认可证书编号TJT02230014
·产品系列形式多样，有多种压力接口和标准输出信号供选择，灵活方便
2.3水质监测设备
在线PH计 用途：测量、显示和传输水处理过程中的pH值和温度。
探头：
（1）电极：差分电极，带双阶参比电极（接地电极和参比电极），自动温度补偿；
（2）测量范围：0~14pH/-5~95℃；
（3）灵敏度：≤0.005pH；
（4）稳定性：每 24 小时 0.03 pH，不累积；
（5）探头****传输距离：914米；
（6）防护等级：IP68；
（7）电缆线长：8米；
（8）安装方式：浸没式；
变送器：
（1）工作环境：-20-60℃，0~95%相对湿度，无冷凝；
（2）精度：0.1%；
（3）重现性：0.1% ；
（4）温度补偿范围：-10～110℃，自动温度补偿；
（5）显示：LCD液晶显示屏，可现场显示PH测量值和温度值，中文操作菜单；
（6）输出：两路0/4～20mA输出（pH和温度），继电器；
（7）通讯：RS-232；
（8）防护等级：NEMA4X，IP66；
（9）电源：180～260VAC，50/60Hz；
（10）安装方式：壁挂/面板/管道式安装；
2.4 固体悬浮物/浊度分析仪
用途：用于水厂进出水中固体悬浮物和浊度的测量、显示和传送。
探头：
（1）原理：双光束近红外光/散射光，90°和140°检测器，不受样品颜色干扰；
（2）测量范围：固体悬浮物：0～50g/L，浊度：0～1000NTU；
（3）精度：测量值的±1%；
（4）重现性：1%；
（5）响应时间：<1秒，可调整；
（6）形式：316不锈钢材质，具有自诊断功能和机械式刮片自清洗功能；
（8）工作温度：2℃～40℃；
（7）防护等级：IP68；
（8）电缆长度：8米；
（9）安装方式：浸没式或管道式；
变送器：
（1）工作温度：-10℃～40℃；
（2）显示：LCD液晶屏，图形和数字显示，具数据存贮记录功能；
（3）探头输入：双通道；
（4）输出：两路0/4~20mA，继电器；
（5）服务端口：RS232；
（6）通讯协议：MODBUS、Profibus DP (选配)；
（7）防护等级IP65；
（8）电源：230±10%VAC，50/60Hz；
（9）安装方式：壁挂或面板安装；
2.5 清水池液位监测设备
静压传感器供电电源：24VDC
输出信号：4～20mA、1～5V、0～10mA、0～20mA、0～5V、RS485；
量程范围：0～0.5m…200m水柱；
补偿温度：0～80℃
介质温度：0～100℃
环境温度：0～85℃
材 质：全不锈钢
综合精度：0.1、0.3、0.5级可选
零点温度漂移：±0.03%FS/℃
灵敏度温度漂移：±0.03%FS/℃
过载压力：200%FS
长期稳定性：≤0.2%FS/年
2.6 管网压力监测设备
恒流供电：推荐1.5mA
恒压供电：推荐10VDC
测量范围：0～20kPa…100Mpa
补偿温度：-10～70℃
工作温度：-40～125℃
输入阻抗：3kΩ～6kΩ
介质兼容性：与316L不锈钢兼容的介质
充灌液：硅油
零点输出：±2mV
满量程：≥100mV（典型）
零点温度漂移：±0.02%FS/℃
灵敏度温度漂移：±0.02%FS/℃
过载：200%FS(10MPa以下)；150%FS（25MPa以上）
响应时间：≤50μm（上升到90%FS）
长期稳定性：≤0.2%FS/年
2.7 Zigbee系统介绍
u 网络数据采集模块（SC88436B 可与移动网络或计算机连接）；
u 使用抗干扰DSSS技术，2.4G免费频段，3822个信道；
a) 每个信道带宽1 Mhz ；
b) 波特率：250kbps,125kbps,……19.2kbps,…..1.2 kbps(可调)；
c) 原机配有10厘米长鞭状防水天线，可选用50厘米或120厘米长
全向高增益天线，或120 x 240 x 40 mm 的板状天线，对应相同
SC8836B模块双向实测可视通信距离：3000-- 8000米，视使用天
线，及天线架设高度，以及环境而定；与SC8836a 实测可视通信距离250米（接受）/1500米（发射），天线离地高度3米；与SC8836b 实测可视通信距离1500米（发射）/2000米（接收）；
d) ****发射功率100毫瓦（20dBm）;****发射电流350mA;****接收电流26mA; ****功耗（使用5 V电源时）< 2 瓦；
e) 供电电压：2.7 – 5V 或220 AC市电；
f) 接收灵敏度 -105 dBm - 13 dBm 信噪比增益 = -118dBm；
g) 控制单片机：Atmega88或Atmega 128L。
u 用户可根据自己需要对使用频率，波特率，发射功率等进行选择调整。
2.8 监控系统软件设计
主控制室采用WebAccewss作为上位监控软件，WebAccess作为一种网际组态软件,是**********基于浏览器的人机界面（HMI）和 监控及数据采集（SCADA）软件。 WebAccess 具有以下的主要特点：
2.8.1 网络上的客服端（Client）能组态与监控远方的设备
通过标准的浏览器（如IE 6.0）与客户端插件相结合，使用者就能监控远方的自动化设备，而且******数据传输是实时（real-time）的；动态的控制画面也随数据传输。
2.8.2 Active X 控件
插件程序是一Active X控件，它可以在浏览器（IE 6.0）上执行，所以您看到的是动态图画。
2.8.3 内建自动化设备驱动程序
该软件包内嵌硬件设备驱动程序。这些支持的自动化设备包含各厂牌的PLC，数据采集IO，直接数字控制器（DDC），分布式控制系统（DCS）等。目前市场上各大品牌的PLC均包括在内。
2.8.4 分散架构的SCADA节点
SCADA节点直接连结自动化设备，每个SCADA节点都是独立的，透过网络可以分散架构在工厂的各角落，或世界各地。SCADA节点提供报警、各种记录、报表、动态图形等，它有自己的数据库。
2.8.5 中央数据库服务器
工程节点就是中央数据库服务器，它将保存SCADA节点的资料、图形，所有在网络上的客服端及SCADA节点都由中央数据库服务器控制与管理。包含登录，下载，安全管理等。
2.8.6 工程节点的Web服务器
工程节点是用Microsoft IIS（Internet Information Server）作为网络管理，客服端及SCADA端的初始连接，就是由工程节点完成。注意！工程节点是****的中央Web服务器，它也扮演冗余系统的
角色（Redundant）。
2.8.7 强力的安全系统
在网络上监视及控制，很多人可能认为不安全，其实这是多虑的。因为WebAccess采用的是多叠式的安全体系，如：进入时，就需远程存取代码。使用者帐号及密码。将使用者类型分5级，各级之间权力不同，有的只能看，有的能更改点的值。将监控点（tag）分34区（area），分127级（level）。没有授权的区及等级，则不能更改该点的值,另外还有Windows 2000内建的安全系统。
2.8.8 报警处理
WebAccess提供完整的报警系统，每个点都可配置报警处理，分为High-High， High， Low，Low-Low，四种及参考点报警、急速变化报警二种。报警处理都有一定的格式报表，只要依实际需求填写就可产生相关报警报表。
2.8.9 数据记录及历史驱势图
数据记录图就是历史驱势资料图，一般横轴是时间，纵轴是点的值。也可配置成 X-Y图（X-YPLOT）。
2.8.10 用Tcl语言的脚本（Script）程序
Tcl语言能控制 IO，且简单易学。描述功能就是用Tcl语言写出程序，除了用以控制外围的IO，尚可定制图形显示、数学与逻辑运算，这种功能比PLC程序还好用。
2.8.11 摄像
若相机具有IP地址，则可将远方设备图像立即传回，用以监控工厂的一切。监视影像与监视各种显示动画是相同的，但影像是更生动。
2.8.12 SCADA节点的冗余系统
这是软件的备援系统，当SCADA节点主机当机时， 冗余系统立即启动。其实主机及冗余系统都是同时动作，但只由主机通讯，主机当机时，冗余系统接替主机工作。
本系统通过安装在工控机上的通讯处理器和PLC进行通讯，实时监测现场数据。WebAccess在系统中承担了数据管理、报警、趋势、数据记录及中文报表等工作。操作员通过操作终端详细了解设备运行情况，实时监控现场设备。根据系统的要求，通过WebAccess编写了良好的用户界面。水位状态，闸门的启闭状态，闸门的真实位置都可以在计算机屏幕上一目了然地生动地再现。控制系统界面做到了简洁易读，且操作简单，图中颜色能够随着闸门位置，水位的水位变化而相应变化。视频信号同时嵌入到WebAccess中，可以实时监看水情，查询录像信息。
该系统实现的主要功能有：
(1) 控制工艺流程，实时数据的显示，包括显示管网状态，水库水位信号与运行状态信号等。
(2) 接收上位机运行指令，根据上位机下发指令进行水厂净化设备、泄洪渠监控设备的控制。并动态显示其操作过程。
(3) 闸门启、闭运行自动记录功能，数据报表的生成，编制打印运行日志、月志、年统计表。
(4) 故障记录查询及报警功能。
(5) 用户安全等级的设定。
(6) 实时数据库及历史数据库的运用。
(7) 嵌入式视频广播系统
2.9 PLC编程软件
采用国际标准IEEE61131-3的编程方式，多种语言和多种方式混合编程，如梯形图、功能块图、顺序功能块图等，多种编程语言可灵活的用于同一个工作表中；带有故障自诊断功能，在系统运行的过程中故障诊断软件不断地监视系统运行的状态。
该软件应具备完善功能，如PID控制运算、中断设定、浮点型数据运算、功能块用户自定义、二重化及其设置、故障自诊断、在线监测等，能******满足本水厂的实际控制需要。
具有开放性和扩展性，使系统易于升级和进一步开发。
支持多种通讯方式和协议，使系统具有较好的开放性。
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