1. 项目概述

1.1 项目背景： 简述污水厂现状（规模、工艺、现有控制系统问题/不足）、建设PLC系统的必要性和目标（提高自动化程度、优化运行、降低能耗、保障出水达标、减少人工干预、提升管理水平）。

1.2 项目目标：

实现对全厂主要工艺过程（格栅、泵房、沉砂池、生化池、沉淀池、过滤、消毒、污泥处理、除臭等）的自动监视与控制。

建立集中监控中心（中控室），实现“集中管理、分散控制”。

提高系统运行的可靠性、稳定性与安全性。

实现关键数据的实时采集、存储、分析、报警与报表功能。

优化工艺运行参数，降低运行成本（电耗、药耗等）。

为远程监控（上级平台）提供数据接口。

建立完善的文档和操作规程。

1.3 实施范围：

工艺范围： 明确具体包含的工艺单元和设备（泵、阀、搅拌器、鼓风机、加药设备、脱水机、仪表等）。

系统范围：

PLC控制站： 主站（中控室）、现场分站（如预处理站、生化处理站、污泥处理站、加药站、配电间站等）的数量和位置。

网络通讯： 控制层网络（PLC间通讯）、信息层网络（PLC与上位机/服务器通讯）、现场总线（PLC与远程I/O、智能仪表/设备通讯）。

上位监控系统 (SCADA/HMI)： 操作站（工程师站、操作员站）、服务器（历史数据、报警、报表）、网络设备（交换机、路由器、防火墙）、大屏幕显示系统（可选）。

仪表系统： 需要接入PLC的关键在线仪表（流量、液位、压力、温度、pH、DO、ORP、浊度、COD/氨氮在线仪等）的选型、安装与信号接入（由本方案统筹，具体实施可能分属不同合同）。

电气接口： PLC与现场电气控制柜（MCC）的接口设计、硬线连接与信号定义。

配套工程： PLC柜、操作台、控制室装修、UPS电源、防雷接地等基础设施。

1.4 关键性能指标：

系统可用率（>99.9%）

平均故障修复时间 (MTTR)

控制回路调节品质

数据采集周期与精度

报警响应时间

（根据实际情况设定具体数值）

1.5 项目组织与职责：

业主方代表、项目经理

总包方/系统集成商（负责PLC系统设计、供货、编程、调试）

设计院（提供工艺、电气、自控施工图）

土建施工方

设备供应商（工艺设备、仪表等）

监理单位

（明确各方接口人及职责）

2. 系统设计与选型

2.1 总体架构设计：

控制模式： 就地手动、远程手动、自动程控。

网络拓扑： 采用工业以太网环网（推荐）或总线型结构，确保冗余可靠性。明确主干网和接入层设计。

通讯协议： PLC间通讯 (如 Siemens Profinet, Rockwell EtherNet/IP, Modbus TCP/IP), PLC与仪表/设备 (Profibus-DP, Modbus RTU, 4-20mA/HART, IO-Link 等)。

冗余设计： 关键PLC主站考虑CPU、电源、通讯模块冗余。服务器考虑冗余（热备或冷备）。网络考虑物理环网或设备冗余。

2.2 PLC硬件选型：

品牌与系列选择： 基于可靠性、开放性、成本、技术支持、扩展性、业主偏好等因素（如 Siemens S7-1500, Rockwell ControlLogix/CompactLogix, Schneider Modicon M580, 等）。

PLC站配置：

CPU: 处理能力满足I/O点数、程序复杂度和扫描周期要求，考虑余量（20-30%）。

I/O模块：

类型： DI (干/湿接点), DO (继电器/晶体管), AI (4-20mA, 0-10V, RTD, TC), AO (4-20mA), 高速计数 (HSC), 脉冲输出等。

点数： 根据详细IO清单配置，考虑10-15%余量。

特性： 通道隔离、诊断功能、过压/过流保护。

通讯模块： 以太网、现场总线、串口等。

电源模块： 冗余配置考虑，功率满足要求。

背板/机架： 满足模块安装和扩展需求。

远程I/O站： 对于分散设备群，考虑远程分布式I/O以减少电缆敷设成本。

2.3 上位监控系统 (SCADA/HMI) 选型：

软件平台： 选择成熟可靠的SCADA软件（如 Siemens WinCC, Rockwell FactoryTalk View SE, Schneider EcoStruxure Geo SCADA, Wonderware System Platform, Ignition, 国产组态软件等）。考虑授权点数、功能模块（历史数据库、报警、报表、OPC Server/Client）、开放性、易于维护。

硬件：

服务器： 工业级服务器，冗余配置（RAID 1/5/10），满足数据存储、处理性能要求。

操作员站： 工业PC或多功能面板，数量根据需求确定。

工程师站： 用于编程、组态、维护。

网络设备： 工业以太网交换机（支持环网协议如MRP, RSTP）、路由器、防火墙（信息层与办公网/互联网隔离）。

辅助设备： UPS（保证断电持续运行时间）、打印机、大屏幕等。

2.4 控制柜设计：

柜体： 不锈钢或优质碳钢喷塑，防护等级IP54（室内）/IP65（室外或潮湿环境），带空调或散热风扇。

布局： 分区布置（电源、PLC、继电器、端子排），走线规范（强弱电分离），标识清晰。

元件： 优质断路器、继电器、端子、浪涌保护器、防雷器等。

接线: 线缆选型（型号、规格、屏蔽要求），线号管/标牌清晰准确。

2.5 仪表选型指导原则：

关键性： 对工艺控制和监测至关重要的仪表优先确保质量和可靠性。

适用性： 满足测量介质、量程、精度、环境要求（防腐、防爆、防水）。

通讯接口： 优先选择支持标准总线或数字通讯（HART, Profibus PA, Modbus）的智能仪表，便于诊断和数据集成。

维护便利性： 易于校准和维护。

品牌一致性： 关键仪表尽量统一品牌，便于备件管理和维护。

3. 详细设计与编程

3.1 基础设计文件：

P&ID图（带控制回路标注）

工艺控制说明（功能描述、连锁逻辑）

电气原理图（一次、二次）

控制柜布置图、接线图

网络拓扑图

仪表数据表（位号、型号、量程、信号类型、安装位置）

详细的IO清单： 信号名称、位号、物理位置、信号类型、PLC站地址、模块通道号、用途、报警设定值等。（至关重要！）

3.2 PLC程序设计：

编程规范： 制定严格的命名规则（变量、程序块、功能块）、注释规范、程序结构（模块化、结构化）。

程序架构：

主程序 (Main)

初始化程序 (Init)

设备控制块 (FC/FB for Pumps, Valves, Motors, Blowers...)

工艺控制功能块 (FC/FB for Level Control, Flow Control, DO Control, Chemical Dosing...)

报警处理程序

通讯处理程序

数据记录程序

故障诊断程序

控制逻辑： 严格按照工艺要求编写顺序控制（SFC）、联锁保护、PID调节、设备启停、模式切换等逻辑。重点考虑安全性和容错性。

仿真测试： 在编程阶段利用仿真软件测试核心逻辑功能。

3.3 HMI/SCADA组态设计：

画面设计原则： 直观、简洁、操作方便、信息丰富、符合操作习惯。

主要画面：

工艺总貌图（显示全厂关键流程和设备状态）

工艺单元分画面（格栅间、泵房、生化池、沉淀池、脱水机房、加药间等详细控制）

趋势图画面（关键参数历史趋势、实时趋势对比）

报警管理画面（实时报警、历史报警查询、报警确认、分级）

报表画面（班报、日报、月报、自定义报表）

设备管理画面（设备运行时间统计、维护提醒）

参数设置画面（PID参数、设定值、工艺参数调整 - 权限管理）

用户管理与日志画面

数据库组态： 定义实时数据库、历史数据库（存储周期、压缩策略）、报警数据库。