水质在线监测站建设方案（第五章）

集成控制系统

系统技术特点

一般技术特点

1. 对所采水样进行相应的预处理，而又不改变水样的原特性。
2. 对一些不符合环保要求的排放废液相应地处理并使用正确的处理方法处理后排放。
3. 仪器设备及系统配置抗电磁干扰、避雷装置及稳压装置。
4. 系统工艺流程简捷，组成精简，力求使系统设备的投资尽量合理。
5. 管线布置通畅合理，管材选择确保系统能长期有效运行。
6. 自动采样、自动预处理反吹清洗（可设置清洗周期）。
7. 水质自动监测装置布局合理，整齐美观。
8. 管道及所有与被测介质接触的部件，允许清洗介质通过而不产生损坏。
9. 系统中关键部件（如阀门、接头等）使用优质产品。
10. 有系统状态参数和常规多参数、氨氮、高锰酸盐指数、总磷、总氮水位等各个测量参数的显示。
11. 整个系统特别是采水系统均采取有效的防冻措施，保证系统在低温下正常稳定运行。
12. 保留今后可扩展其他监测项目的条件，多设置5个以上参数的接口。

功能特点

1. 可调节式取样方式（连续或间歇）。
2. 合理地分离沉砂、过滤。
3. 当被测断面水质出现异常或超标时，系统能及时 警并自动采集断面瞬时样品，自动留样，并且自动发送远程校准指令对仪器自动校准，校准后再次测试水样。
4. 具备自动诊断、系统故障 警及记录、停电保护及来电自动恢复及远程监控功能。
5. 可设定仪器运行方式（连续或间歇）。
6. 有抑制藻类在系统内孳生的功能。
7. 具有自动稀释功能，当参数测定值超出仪器量程时，可自动稀释。
8. 自动清除管路泥砂。
9. 数据自动采集、处理及传输。
10. 在线质量控制功能，保证系统数据准确可靠，自动进行标准溶液校准和加标回收等质量控制。

控制技术特点

1. 采用220V供电方式；
2. 电控柜中安装有雷击保护器，可以有效地保护自动监测系统中的仪器设备；对采集控制器的供电使用隔离变压器，可以有效地阻隔电源中的干扰；除总电源开关外，各仪器、设备均有各自的空气开关，可以方便地单独对任一仪器进行手动/自动控制。
3. 水质自动站的所有与控制、通讯相关的器件都安装在控制柜中。通过编程可以实现对全部设备、仪器的自动控制，实现清洗等多种自动控制功能；自动进行水质参数的采集，与工控系统的实时通信，数据的压缩处理等。在存储容量、数字量输入输出通道、模拟量输入通道等均考虑了一定的冗余，便于系统扩展。
4. 电控柜中的主要配件（可编程控制器）采用进口优质产品（注明原产厂家的详细资料），符合相关部门抗电磁辐射、电磁感应的规定，系统可靠性高。
5. 机柜内部元件布局合理、走线整齐清晰（用安装导轨、走线槽等），检修维护方便；
6. 各动力部件的输出端子均带保险丝，具有短路保护、过载保护功能；
7. 全部设备、仪器等的供电电缆、信号电缆均采用高质量屏蔽电缆，穿管或在线槽中布线，美观整齐。

LCU测控通讯单元

现场控制单元（LCU）是水质站的测控核心，管理着全站设备和仪器的自动化运行、数据采集、处理、传输、存储、检索，以及系统故障 警和保护功能。

LCU组成和电气结构

LCU由工控计算机、交换机、GSM通信模块、PLC控制器、施耐德低压电器（按钮、开关、指示灯、接触器、电机保护器、漏电保护器）、直流电源、防雷模块、电源滤波器等组成。

3000型LCU现地控制柜与3001型WTU水样处理柜和3002型HG水质参数分析柜结构相同，柜体的上层设置电缆槽，前端布设型号电缆槽，后端布设电源电缆槽；柜体的下层设置水路槽，布设进样、废液等管 。

测控通讯单元柜结构图

测控通讯单元柜案例

水质分析仪器单元柜结构图

水质站防雷级供电原理图

LCU的功能

1. 过程控制

LCU支持连续和间歇运行模式，两种模式可以自由切换。用户可以根据需要自行切换运行模式，连续运行模式下系统采样周期不间断抽取源水，系统可随时启动测试。间歇模式下系统只有在测试状态下才启动源水泵，其他待机时间都处于停止状态，间歇模式状态系统的功耗低。

LCU支持采水、配水、预处理、反冲洗等工艺流程的过程。

LCU支持手动和自动运行模式，便于设备的维护和故障诊断。

故障告警保护

LCU支持停电、断水、关键设备故障、安防等故障和告警功能。

1. 数据采集

LCU自动采集水质数据，处理和存储数据。

1. 操作界面

LCU提供水质站运行的可视动画仿真监控界面，并支持画面手动控制、参数设置、数据和 表显示，历史数据检索等功能。

LCU提供柜面控制按钮、开关和指示灯等手动操作界面。

1. 数据通讯

LCU支持远程数据传送，通过光纤宽带专线向中心站发送数据，视频图像，支持远程监控水质站的运行功能。

LCU主控计算机（工控机）

选用高性能的研华IPPC-6172A工控机，研华IPPC-6172A是工业等级扩展型平板电脑配有前端USB端口，采用高性能的 Intel? Core ? 2 Quad/ Core ? 2 Duo处理器，DDR3内存，2个PCI扩展槽和超薄型DVD-RW。Intel’s vPro为Intel? 新一代数字化办公平台，芯片与处理器采用Intel’s vPro技术结合，便于进行远程管理，提升安全性及节能性。提供两个SATA硬盘接口，并支持RAID 0,1的功能，可有效提升数据的安全性。IPPC-6000系列采用平密封前面板设计，易于清洗并可有效避免液体渗入。机箱可羽翼式开启，便于安装和维护。

工控机技术指标：

Intel? Core ? 2Duo CPU 3.0GHz

双通道DDR3内存，容量高达4GB

硬盘：500GB

提供2个PCI-E扩展槽

双千兆以太 ，Intel?vPro技术

5个USB接口2.0

显示器：1280×1024分辨率，17寸触摸式液晶屏

通讯接口：3个RS232/485，1个RS232口

通讯扩展：4个RS232/485接口

络接口：提供板载2个PCI-E千兆 络

机架式键盘和鼠标

主机机箱带有防尘防震及强风冷却功能

LCU可编程序控制器（PLC）

1. PLC功能

潜水泵采水控制

根据采配水工艺流程的设计要求，同时考虑到现场施工情况，通过PLC对潜水泵进行启闭的过程控制和驱动，将水样采集到站房内。

潜水泵采水控制除上述PLC控制外，也可根据用户要求设定，在LCU柜站控计算机上进行动画界面的手动控制。

配水和预处理控制

PLC控制电磁阀、电动球阀、增压泵、指示灯、接触器、告警蜂鸣器等器件，采集按钮、控制开关等电气信号，完成配水和预处理工程控制。

PLC实现电机保护控制，故障保护控制和声光告警。

反冲洗和除藻控制

在水样测定完毕后，通过控制清水阀、热水阀、空压机对系统进行反冲洗和除藻，保证系统回路清洁、干净、无水样和废液残留，并对分析仪进行浸润保护。

水样超标留样控制

在仪器测定结束阶段，如果仪器测定结果判定为超标数值，PLC控制站会给等比例采样器发送超标留样信号，控制等比例采样启动，采集并保存水样。

1. PLC选型及技术指标

PLC的选型充分考虑到其可靠性、先进性、可扩充性，能满足中高控制性能的要求，能承受工业运行环境的严格要求。PLC采用德国西门子公司的S7-200系列PLC产品，货源充足、备品备件和技术服务方便、维修成本较低。

1. CPU模块，

型号规格：CPU-226

集成的数字量输入/输出：24入/16出

可连接的扩展模块数量：7个

最大可扩展的数字量输入/ 输出：248点

最大可扩展的模拟量输入/ 输出：35点

用户程序区：16K

数据存储区：10K

数据后备时间 (电容) ：100小时

后备电池 (选件) ：200天

工作温度：0-60°C(-4-131°F)

储存温度：-40-85°C(-40-185°F)

相对湿度：5-95%无冷凝

1. 数字量输入模块

型号规格：EM221

支持带电插拔；

内置的Producer/Consumer通信模式；

故障 告和现场级的诊断检测；

数据时标功能；

完全软件可配置；

模块密度32点/16点；

故障锁定功能；

故障时标功能；

隔离功能：

用户端与系统端之间：2546VDC

认证 Class I/Division 2,UL,CSA,FM and CE Agency ；

工作温度：0-60°C(-4-131°F)

储存温度：-40-85°C(-40-185°F)

相对湿度：5-95%无冷凝

1. 数字量输出模块

型号规格：EM221

支持带电插拔；

内置的Producer/Consumer通信模式；

点级的故障 告和现场级的诊断检测；

数据时标功能；

完全软件可配置；

模块密度16点，继电器输出；

故障锁定功能；

故障时标功能；

在编程和模块故障时软件可设定模块输出状态；

隔离功能：

用户端与系统端之间：2546VDC

认证 Class I/Division 2,UL,CSA,FM and CE Agency ；

工作温度：0-60°C(-4-131°F)

储存温度：-40-85°C (-40-185°F)

相对湿度：5-95%无冷凝

1. 模拟量输入模块

型号规格：EM232

支持带电插拔；

内置的Producer/Consumer通信模式；

数据变化时标功能；

定标、 警完全软件可配置；

模块密度16点/8点；4～20mA，16位分辨率

故障锁定功能；

开路检测功能；

输入过载保护功能；

共模抑制比：100db;

常模抑制比：80db;

隔离功能；

用户端与系统端之间： 1700VDC

认证 Class I/Division 2,UL,CSA,FM and CE Agency ；

工作温度：0-60°C(-4-131°F)

储存温度：-40-85°C (-40-185°F)

相对湿度：5-95%无冷凝

LCU测控通讯软件

水质自动监测站LCU应用软件包主要包括：水站SCADA系统测控软件、PLC时序控制软件、运行平台软件、数据库软件等。

1. 我公司若中标，将承建的子站接入中心站，实现数据统一采集、统计、发布以及远程控制和维护等功能。
2. 系统的构架以方便的客户端浏览构架实现信息与管理，满足多种浏览方式。
3. 监控中心软件的功能可涵盖环保监测的常用工作业务流程，能够实现自动数据采集，并将数据有效性分析、监测控制、有效数据入库、日常维护、数据管理、数据 表、信息发布、数据上 、统计分析等功能有机地溶合到一个软件中，界面美观，操作方便。
4. 具有对监控水质的预警功能。现场软件有异常值短信 警功能。
5. 监控中心软件可支持无线及有线多种通讯采集方式，通讯采集方式及通讯频率可跟据系统的配置及需要方便设置及调整。
6. 应对各种数据分析、监控、浏览方便、操作简单。
7. 软件需有丰富的数据处理及查询功能。
8. 子站软件能定制各种 表，能根据有效数据显示和打印出日、周、月、季、年 表和曲线图形进行分析，上传监测中心。
9. 可根据招标人需要设置状态参数或故障 警信号自动对数据的有效性进行判断，能判断水质类别，首要污染物、污染指数和各指标的超标情况，能根据招标人要求进行数据处理，可以进行不同时段的数据对比等。
10. 现场采用双系统非硬盘备份，将数据库定期自动备份，当数据库破坏时可由招标人设置自动恢复。同时对监测数据能由招标人选择时间段备份出来，当需要时可以由招标人恢复回数据库，可以将子站备份的数据恢复到监控中心系统里。
11. 监控中心系统能修正子站的时间使之与监控中心同步。

站控SCADA系统应用软件

1. 站控SCADA软件功能
2. 实时监控系统各处理单元的运行状态，动画模拟显示整个系统运行的全过程状态，显示系统的运行流程和实时运行数据；
3. 支持监测频次、自动清洗、自动除藻、 警指标等参数的设置，参数超标时可发出指令，预留水样；
4. 支持手动紧急任务的启动和停止，提供系统维护手段；
5. 可以实时采集水质分析仪器、测控单元设备的数据、 警信息，保存工作日志，
6. 系统运行状态诊断，遇到故障立即启动处理程序，并进行设备保护和 警；
7. 可以把采集的水质分析数据自动传输到监测中心站；
8. 支持中心站召测（反控）功能，实现实时采样、远程（质控样）标定、自动清洗、自动除藻、超标留样、监测频率、远程诊断（根据 警信息内容）等功能；
9. 根据不同的用户设定不同的操作权限。
10. 站控SCADA开发平台

水质站SCADA系统软件运行在站控计算机上。站控计算机的操作系统采用Windows XP，数据库采用SQL Server2000，SCADA监控软件采用组态王V6.55开发平台，开发站控组态SCADA监控软件界面如下：

站控SCADA软件界面

站控SCADA软件界面

站控PLC应用软件

1. 站控PLC软件功能

PLC梯形图时序控制软件，主要接受实时监控应用软件中流程命令，开闭电磁阀和电动球阀，并接受所有阀门及其他开关信号，反馈给实时监控应用软件进行判断。

1. 站控PLC软件开发平台

在Windows XP和西门子Step 7-Micro上开发的PLC梯形图时序控制应用软件。

站控LCU软件工作流程

站控LCU软件工作流程

水质站存在多个运行模式，每个运行模式又分为多个过程环节，LCU支持各模式及其不同过程环节的控制功能，LCU的具体控制流程如上图。