× × × 污水处理厂
自动化监控系统
技术方案
1
目 录
目 录 ...................................................................................................................................................... 2 1
工程概述 .......................................................................................................................................... 4 1.1 1.2 1.3
监控系统的工程范围 ............................................................................................................. 4 监控系统的环境条件 ............................................................................................................. 5 仪表和计算机监控系统适用标准 .......................................................................................... 5
1.3.1 1.3.2 1.3.3 2 3
总则 ................................................................................................................................. 5
参照标准的缩写 ............................................................................................................. 5 部分参照标准 ................................................................................................................. 6
监控系统工程量清单 ...................................................................................................................... 8 仪表和计算机监控系统 .................................................................................................................. 9 3.1
仪表和计算机监控系统设计 .................................................................................................. 9
中央控制站组成 ........................................................................................................... 11 3.1.2 管理信息系统组成 ....................................................................................................... 11 3.1.3 现场控制站组成 ........................................................................................................... 11 3.2 现场信号采集系统 ............................................................................................................... 12 3.2.1 1#现场控制站 ............................................................................................................... 14 3.2.2 2#现场控制站 ............................................................................................................... 14 3.2.3 3#现场控制站 ............................................................................................................... 15 3.3 设备控制工艺 ....................................................................................................................... 15 3.3.1 粗格栅除污机的控制 ................................................................................................... 15 3.3.2 进水泵的控制 ............................................................................................................... 15 3.3.3 进水泵房闸门的控制 ................................................................................................... 16 3.3.4 楔形细格栅除污机的控制 ........................................................................................... 16 3.3.5 沉砂设备的控制 ........................................................................................................... 17 3.3.6 初沉池刮泥机的控制 ................................................................................................... 17 3.3.7 AAO反应池搅拌器的控制 .......................................................................................... 17 3.3.8 AAO反应池空气调节阀的控制 .................................................................................. 17 3.4 现场仪表设置 ....................................................................................................................... 18 3.4.1 格栅前液位检测 ........................................................................................................... 18 3.4.2 格栅后液位检测 ........................................................................................................... 18 3.4.3 格栅后液位报警 ........................................................................................................... 18 3.4.4 进水泵房硫化氢测量 ................................................................................................... 19 3.4.5 进水流量测量 ............................................................................................................... 19
4
仪表和计算机监控系统设备技术性能 ........................................................................................ 20 4.1
监控系统设备技术性能........................................................................................................ 20
3.1.1
4.1.1 4.1.2 操作站计算机 ............................................................................................................... 20
数据及网络服务器 ....................................................................................................... 20
2
激光打印机 ................................................................................................................... 21
4.1.4 可编程控制器 ............................................................................................................... 23 4.2 现场仪表设备技术性能........................................................................................................ 25 4.2.1 分体式超声波液位计 ................................................................................................... 25 4.2.2 一体化超声波液位计 ................................................................................................... 25 4.2.3 电磁流量计 ................................................................................................................... 25 4.2.4 溶解氧在线测定仪 ....................................................................................................... 26 4.2.5 MLSS在线测定仪 ........................................................................................................ 26 4.2.6 ORP在线测定仪 .......................................................................................................... 26 4.2.7 在线式硫化氢测定仪 ................................................................................................... 27 4.2.8 投入式NH4测量仪 ..................................................................................................... 27
5
监控系统软件功能描述 ................................................................................................................ 28 5.1
系统软件 ............................................................................................................................... 28
4.1.3
系统软件的一般技术功能 ........................................................................................... 28 5.1.2 系统软件选型 ............................................................................................................... 29 5.2 数据库软件 ........................................................................................................................... 29 5.2.1 数据库管理软件的技术要求 ....................................................................................... 29 5.2.2 数据库管理软件选型 ................................................................................................... 29 5.3 应用软件 ............................................................................................................................... 29 5.3.1 主要技术功能 ............................................................................................................... 29 5.3.2 采用的组态软件 ........................................................................................................... 30 5.3.3 监控软件设计 ............................................................................................................... 30 5.3.4 管理软件设计 ............................................................................................................... 33 5.3.5 系统性能指标 ............................................................................................................... 34 5.3.6 开发环境要求 ............................................................................................................... 34
6
视频监控系统 ................................................................................................................................ 35 6.1 6.2
视频监控系统概述 ............................................................................................................... 35 视频监控系统结构 ............................................................................................................... 35
5.1.1
基本组成 ....................................................................................................................... 35 6.2.2 结构特点 ....................................................................................................................... 37 6.2.3 基本功能 ....................................................................................................................... 38 6.3 视频监控系统设备 ............................................................................................................... 38 6.3.1 摄像机 ........................................................................................................................... 38 6.3.2 图像传输设备 ............................................................................................................... 39
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系统调试方案 ................................................................................................................................ 40
6.2.1
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1 工程概述
1.1 监控系统的工程范围
某污水处理厂建设规模：一期为1.25万m3/d，近期为2.5万m3/d；远期（2020年）规模5万m3/d；采用多模式AAO工艺，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918-2002)中的一级B标准，尾水通过出水泵房提升后排入长江。
本承包商将负责完成仪表及监控系统和安防系统设备的设计、制造、测试、运输、安装、调试和试运行并按工作顺序移交符合要求的资料。主要工程内容如下:
➢ 现场传感器和检测仪表的安装、调试； ➢ 控制系统设备（PLC）的硬件和软件； ➢ SCADA系统硬件和软件；
➢ 与其他相关系统的接口设计、安装、调试、配合协调。
➢ 根据本标特点进行细致的需求分析，结合工艺流程和总平面图对系统
方案进一步具体化和优化。
➢ 负责本系统与相关子系统之间的连接工作，包括连接器材等设备的提
供。对相关系统实施联动测试验收，明确该子系统是否符合设计要求，并出具测试验收报告或提出整改方案，直至验收通过。
➢ 积极配合业主、设计部门和监理等对土建工程、装饰工程和其他系统
等一切与本系统有关的系统进行安装规划和技术协调，参加业主召开的工程协调会，力求符合整体的美学要求和工期要求。对所有工作作适当安排，所有安排必须取得业主的书面同意。
➢ 负责对业主有关工作人员进行培训，使业主的工作人员能够独立操作
和维护整个系统。
➢ 负责对业主有关工作人员进行培训，使业主的工作人员能够独立操作
和维护整个系统。
➢ 负责本系统传输线缆的敷设工作。
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1.2 监控系统的环境条件
1、环境温度
建筑物内：－5C－+40C 露天场地：－15C－+55C 2、湿度
所有设备在相对湿度5%~95%范围内任何环境中操作满足规定的性能。 3、干扰、电磁场和射频
所有设备具有良好的抗电磁场、射频干扰的能力。
进行电缆敷设和接地安装时，将与动力电缆和其它可能产生任何干扰的现场设备相隔离。
4、安装
当设备安装在偏离垂直方向成10°倾斜角时，设备的性能不受影响。
1.3 仪表和计算机监控系统适用标准
1.3.1 总则
本承包商将严格参照标准实施工程，工程师将按照参照标准的规定进行工程的验收。
若本承包商可以证明其它国家的相关标准与国际仪器仪表协会的同类标准相同，或者更严格，并经监理工程师同意，可以采用其它国家的相关标准。
1.3.2 参照标准的缩写
以下参照标准的缩写具体为以下内容：
标准号 ISO IEC EN 标准名称 国际标准组织 国际电工技术委员会 欧洲标准委员会 5
GB GBJ BJG HG JB JC TJ YB SDJ BS ASTM DIN JIS AS SI 中国国家标准 中国国家工程建设标准 中国建设部标准 中国化工部标准 中国机械工程部标准 中国国家建设材料总局标准 中国国家工程标准 中国冶金工业标准 中国能源水利部建设标准 英国标准协会 美国试验和材料学会 德国工业标准 日本工业标准 澳大利亚国家标准 国际单位 1.3.3 部分参照标准
CECS81：96 GB/T8566-95 GB8566 GB/T12504 GBJ63-90 GB50057-94
《工业计算机监控系统抗干扰技术规范》 《信息技术软件生存期过程》 《计算机软件开发规范》 《计算机软件质量保证计划规范》 《电力装置的电测量仪表装置设计规范》 《建筑防雷设计规范》2000版
GB50343-2004 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》 GB4208－93 GB7450－87
《外壳防护等级》
《电子设备雷击保护条例》
IEC1000－1995 《电磁兼容性》 IEC1312－3
《雷电电磁脉冲的防护》
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IEC529－89 《外壳保护等级》 IEEE－472 IEC61754
《浪涌保护规格》 《光纤连接器接口》
GB50168-2006《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》 GB50169－2006《电气装置安装工程接地装置及验收规范》 GBJ131-90
《自动化仪表安装工程质量检验评定标准》
GB50170-92 《电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范》 GB50093-2002《自动化仪表工程施工及验收规范》 JB/T 5234
《工业控制计算机系统验收大纲》
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2 监控系统工程量清单
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3 仪表和计算机监控系统
3.1 仪表和计算机监控系统设计
自控系统按分散控制、集中显示的原则设置。设1个中央控制站、3个现场控制站。中央控制站计算机系统设于综合楼二楼的中央控制室，采用具有C/S(客户机/服务器)结构形式的计算机网络，并可以与上级系统和周边系统链接，现场站与中央控制室之间通过工业以太网进行数据通讯。中央控制站主要完成全厂的数据通讯和调度管理。
全厂主要机械设备的控制采用就地手动控制、自动控制、中央控制站遥控的三层控制模式；其它设备采用现场控制、中央控制的两层控制模式。
控制方式描述：
手动控制：设备的现场控制箱或MCC控制柜上的“手动/自动”开关选择“手动”方式时，通过现场控制箱或MCC控制柜上的按钮实现对设备的启/停、开/关操作。
中央控制站遥控：现场控制箱或MCC控制柜上的“手动/遥控” 开关选择“遥控”方式时，操作人员通过中控系统操作站的监控画面用鼠标器或键盘选择“遥控”方式并对设备进行启/停、开/关操作。
自动模式：现场控制箱或MCC控制柜上的“就地/自动”开关选择“自动”方式，操作人员通过中控系统操作站的监控画面用鼠标器或键盘选择“自动”方式，设备的运行完全由各PLC根据污水处理厂的工况及生产要求来完成对设备的运行或开/关控制，而不需要人工干预。
某污水处理厂监控系统结构下图所示：
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3.1.1 中央控制站组成
中央控制站硬件组成如下：
➢ 2套20”LCD宽屏操作员站/工程师站计算机，热备冗余结构。配套提
供的操作系统为中文Windows XP或以上版本，计算机操作系统将具有在系统崩溃后一键自恢复的功能，或者安装两套独立的操作系统。 ➢ 1套网络及数据服务器，配套提供的操作系统为中文Windows XP或以
上版本，计算机操作系统将具有在系统崩溃后一键自恢复的功能，或者安装两套独立的操作系统。
➢ 1套UPS不间断电源装置：220VAC，3KVA，60分钟，用于计算机控制
系统的供电。
➢ 1套网络通讯柜，尺寸为2100×800×600，安装交换机、UPS等设备，
并中控室计算机系统配电。 ➢ 1套操作台、工作椅。
3.1.2 管理信息系统组成
5套管理计算机，分别设于厂长室、副厂长室、总工程师室、化验室、生产科室，以WEB方式对生产运行工况、工艺过程参数的实时查询。
3套喷墨打印机，分别设于厂长室、总师室、生产科室。
本承包商将提供一套管理信息系统软件，包括实验室管理系统、生产报表处理系统、信息管理系统等等。
3.1.3 现场控制站组成
本承包商将提供3个现场控制站（PLC1~PLC3），1＃现场控制站（PLC1）位于加药间控制室、2＃现场控制站（PLC2）位于变配电间控制室和3＃现场控制站（PLC3）位于出水仪表间控制室。
每个现场控制站包括以下主要控制设备：
可编程序逻辑控制器（PLC）
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I/O模块
总线连接器（按需要配置） 操作员面板 隔离装置 PLC柜
不间断电源（UPS）及电源SPD保护装置。 仪表信道及通讯信道SPD保护装置
3.2 现场信号采集系统
根据某污水处理厂工艺处理流程及设备分布位置,在现场共设置3套现场控制站(PLC1~PLC3) 。各现场控制站通过光纤冗余环网与中央控制站通讯。1＃现场控制站（PLC1）位于加药间控制室、2＃现场控制站（PLC2）位于变配电间控制室和3＃现场控制站（PLC3）位于出水仪表间控制室。 信号采集系统结构如下图:
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3.2.1 1#现场控制站
1＃现场控制站（PLC1）负责：粗格栅及进水泵房、细格栅及曝气沉砂池、2＃除臭装置、加药间等构筑物设备的监控及相关检测仪表的供电。包括如下设备：
1) 可编程控制器PLC
CPU模块 电源模块 通讯模块
数字量输入/输出(I/O)模块(已留20%余量)：DI＝128，DO=32； 模拟量输入/输出(I/O)模块(已留20%余量)：AI＝32，AO=8； 2) 1套PLC柜:2200×1000×600； 3) 1套UPS电源:2KVA,30min；
1＃现场控制站(PLC1)统计点数表
3.2.2 2#现场控制站
2＃现场控制站（PLC2）负责：初沉池、AAO池、二沉池配水井、二沉池、鼓风机房等构筑物设备的监控和工艺检测仪表的数据采集和相关检测仪表的供电。包括如下设备：
1) 可编程控制器PLC:
CPU模块 电源模块 通讯模块
数字量输入/输出(I/O)模块(已留20%余量)：DI＝160，DO=48； 模拟量输入/输出(I/O)模块(已留20%余量)：AI＝48，AO=12； 2) 1套PLC柜:2200×1000×600； 3) 1套UPS电源:2KVA,30min；
2＃现场控制站(PLC2)统计点数表
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3.2.3 3#现场控制站
3＃现场控制站（PLC3）负责：紫外线消毒池、储泥池及污泥泵房、污泥脱水机房、出水泵房、出水仪表间、除臭装置等构筑物设备的监控和工艺检测仪表的数据采集和相关检测仪表的供电。包括如下设备：
1) 可编程控制器PLC:
CPU模块 电源模块 通讯模块
数字量输入/输出(I/O)模块(已留20%余量)：DI＝160，DO=64； 模拟量输入/输出(I/O)模块(已留20%余量)：AI＝32，AO=8； 2) 1套PLC柜:2200×1000×600； 3) 1套UPS电源:2KVA,30min；
3＃现场控制站(PLC3)统计点数表
3.3 设备控制工艺
3.3.1 粗格栅除污机的控制
粗格栅除污机（2台）控制箱随设备配套提供，格栅除污机和螺旋输送机、压榨机的联动控制由设备配套控制箱完成。控制箱面板上设手动/就地自动/远控转换开关，所有设备联动控制均由控制柜实现。手动状态下，由控制箱面板上的按钮控制除污机的运行；就地自动状态下，由控制箱内的定时装置进行控制；远控状态下，由全厂监控系统根据格栅前后的液位差及设定的时间间隔进行控制进行启停控制，所有设备连锁及保护功能均由控制柜完成。格栅除污机的每次运转应使预先设定的作为基本控制的时间间隔复零。
3.3.2 进水泵的控制
进水泵机组（本期2用1备，后期3用1备）的启/停控制由现场控制站PLC根据集水井水位进行控制，当水位超过一个设定的高位值，并且在设定的
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时间间隔内水位保持在设定的高位值以上时，此时，应增加一台水泵投入运行。
每台泵机启动应使高水位设定的时间间隔复零。
进水泵机组的停止控制是逐台减少泵机的运行数量，当集水井水位低于设定的低位值，并且在设定的时间间隔内水位维持在设定的低位值以下时，应减少一台水泵运行。
每台泵机停止运行应使低水位设定的时间间隔复零。
3.3.3 进水泵房闸门的控制
所有闸门由一体化电动执行机构控制，执行机构上设有“就地（手动）/远
控（自动）”开关。就地状态时由执行机构上按钮就地手动操作；远控状态时由全厂监控系统进行控制，闸门应为常开，只有检修或故障时，闸门才关闭。
每套一体化电动执行机构应向PLC提供（包括但不仅限于）如下无源触点信号：
每台阀门的开足信号 每台阀门的关足信号 每台阀门的总故障信号 每台阀门的手动/自动状态信号
每套一体化电动执行机构应接受PLC的开/关/停命令（2付无源触点信号），该控制命令由PLC提供。
3.3.4 楔形细格栅除污机的控制
楔形细格栅除污机（本期1台，后期增加1台）控制箱随设备配套提供，楔形细格栅除污机和螺旋输送机的联动控制由设备配套控制箱完成。控制箱面 板上设手动/就地自动/远控转换开关，所有设备联动控制均由控制柜实现。手动状态下，由控制箱面板上的按钮控制除污机的运行；就地自动状态下，由控制箱内的定时装置进行控制；远控状态下，由全厂监控系统根据格栅前后的液位差及设定的时间间隔进行控制进行启停控制，所有设备连锁及保护功能均由
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控制柜完成。
3.3.5 沉砂设备的控制
沉砂设备本期1套，后期增加1套，随沉砂设备配套提供的控制箱应对沉砂池设备中的行车式吸砂机、管式撇渣和砂水分离器、砂泵等所有沉砂设备进行控制。
3.3.6 初沉池刮泥机的控制
本期工程刮泥机1台，后期工程增加一台，刮泥机应为连续运行方式，控 制箱随设备配套提供。控制箱设“就地（手动）/远控（自动）”转换开关。“手动”状态下，由控制箱面板上的按钮控制刮泥机的运行；“自动”状态下，由所在单体的现场控制站（PLC）控制刮泥机的运行。
现场控制箱应接受现场控制站PLC的运行/停止命令（无源触点） 。
3.3.7 AAO反应池搅拌器的控制
AAO反应池近期2座。本期AAO反应池搅拌器有12台搅拌器，控制箱随设备配套提供。每个搅拌器控制箱设“就地（手动）/远控（自动）”转换开关，“手动”状态下，由控制箱面板上的按钮控制搅拌器的运行；“自动”状态下，由所在单体的现场控制站（PLC）控制搅拌器的运行。
3.3.8 AAO反应池空气调节阀的控制
AAO反应池2组，每组空气总管有1套电动调节阀（下称空气调节阀），用于控制空气进气量。空气调节阀采用一体化的电动操作机构，具有“就地（手动）/远控（自动）”控制转换功能。手动操作通过一体化的电动操作机构面板上的按钮进行。“自动”状态下，由所在单体的现场控制站（PLC）控制调节阀的开启度。
空气调节阀一体化电动执行机构应向PLC提供（包括但不仅限于）如下无
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源触点信号：
每台阀门的开足信号 每台阀门的关足信号 每台阀门的总故障信号 每台阀门的手动/自动状态信号 每台阀门的开启度信号（4~20mA信号）
每套一体化电动执行机构应接受PLC的开/关/停命令（2付无源触点信号）和开启度命令（4~20mA信号），该控制命令由PLC提供。
3.4 现场仪表设置
根据某污水处理厂工艺控制流程,在各运行单体设置检测仪表,作为污水处理厂设备控制依据。
3.4.1 格栅前液位检测
污水厂粗格栅前设1套分体式超声波液位计,测量粗格栅前液位，测量值用于控制粗格栅运行。该仪表的要求如下：
测量范围为：0-10m；
输出信号：1付4~20mA（测量值）；1付无源触点信号（故障）；
3.4.2 格栅后液位检测
污水厂粗格栅后集水井设1套分体式超声波液位计,测量进水泵前液位，测量值用于控制水泵运行。该仪表的要求如下：
测量范围为：0-10m；
输出信号：1付4~20mA（测量值）；1付无源触点信号（故障）；
3.4.3 格栅后液位报警
污水厂粗格栅后集水井设2套浮球开关,作高低液位报警及水干运行保护，
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该仪表的要求如下：
输出信号： 1付无源触点信号；
3.4.4 进水泵房硫化氢测量
粗格栅除臭罩内设1套硫化氢测量仪，测量硫化氢气体浓度，作操作人员人身安全防护。该仪表的要求如下：
测量范围为：0~20 mg/l；
输出信号：1付4~20mA（测量值）；1付无源触点信号（故障）； 安装方式：变送器立柱安装。
另设1套便携式硫化氢测量仪,用于操作人员安全保护用。
3.4.5 进水流量测量
3台进水泵出水管上各设1套电磁流量计,测量进水流量。该仪表的要求如下：
量程：0~800m3/h； 口径：DN600；
输出信号：1付4~20mA（测量值）；2付无源触点信号（故障、累积流量脉冲）；
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4 仪表和计算机监控系统设备技术性能
4.1 监控系统设备技术性能
监控系统按分散控制、集中显示的原则设置。设1个中央控制站、3个现场控制站。中央控制站计算机系统设于综合楼二楼的中央控制室，采用具有C/S(客户机/服务器)结构形式的计算机网络，并可以与上级系统和周边系统链接，现场站与中央控制室之间通过工业以太网进行数据通讯。中央控制站主要完成全厂的数据通讯和调度管理。
4.1.1 操作站计算机
规格型号 制造商 CPU 类型 标称频率 二级缓存 前端总线 主板芯片 内存类型 内存大小 硬盘容量 光驱类型 显卡类型 显卡芯片 显存容量 键盘描述 鼠标描述 操作系统 DC7800CMT HP Intel 酷睿2双核 E6750(2.66GHz) 2660MHz 4096KB 1333MHz 965 DDRII 1024MB 250GB DVD刻录机 独立 Nvidia GeForce 8400GS 256MB Ps2键盘 Ps2 Optical Mouse Windows XP 中文专业版 4.1.2 数据及网络服务器
规格型号 制造商
ML150G5 HP 20
CPU 类型 标称频率 二级缓存 主板芯片 内存大小 插槽 四核Intel Xeon E5405处理器 2.0GHz,1333MHz前端总线 12MB(2x6MB) 5100芯片组 1GB(2x512MB) PC2-5300(DDR2-667)内存, 最高支持16GB 六个扩展插槽：2个PCI-Express x8, 3个PCI-Express x4(x8接口),1个PCI (32-bit/33MHz) HP SC40Ge 4口SAS阵列控制器, 支持RAID/1，最多支持4个热插拔SAS/SATA 3.5\"硬盘，可以通过SAS控制器和第二个硬盘笼支持另4块热插拔硬盘 650W DVD-ROM,8个USB 2.0端口,塔式(5U)；支持IPMI 硬盘 电源 其他 4.1.3 激光打印机
规格型号 制造商 打印分辩率(dpi) 黑白打印速度(ppm) 最大打印幅面 LaserJet 5200 HP 1200×1200 35 A3 打印纸（普通纸、预印纸、信头纸、预穿孔纸、证券纸、介质类型 再生纸、彩纸、糙纸、轻质纸、牛皮纸、粗纸），投影胶片，标签，信封，卡片 供纸方式
自动进纸 21
进纸盒容量 首页输出时间(s) 最大打印能力 100页多用途纸盒、250页纸盒 ＜10 65000 页/月 103 种内置可扩展 PCL 字字体 体、93 种内置 PostScript 字体 接口类型 内存 最大可扩展内存 双面打印 制造商 CPU 类型 1个 IEEE-1284 并行端口，1个 USB 端口，1个EIO 端口 48MB 512MB 可选 HP Intel 酷睿E6750(2.66GHz) 2双核 标称频率 二级缓存 前端总线 主板芯片 内存类型 内存大小 硬盘容量 光驱类型 显卡类型 显卡芯片 显存容量 键盘描述 鼠标描述
2660MHz 4096KB 1333MHz 965 DDRII 1024MB 250GB DVD刻录机 独立 Nvidia GeForce 8400GS 256MB Ps2键盘 Ps2 Optical Mouse 22
操作系统 Windows XP 中文专业版 4.1.4 可编程控制器
4.1.4.1 Quantum产品一般技术指标
温度 0～60℃
湿度 0～95％RH 无结露 ＠ 60℃
化学材料 仪表机箱和前盖由一种称为聚碳脂的interaction lexan
制成，
能够被强碱溶液损坏
高度 海拔2000m 安全运行 振动 10～57Hz ＠ 0.075mm d.a. 75～15Hz ＠ 1g
冲击 ±15G 峰值， 11ms，正弦半波 易燃性 配线连接器: 94V—0 模块外壳: 94—V1 储存条件
温度 -40～85℃
湿度 0～95％RH 无结露 ＠ 60℃ 冲击 ±15G常值, 11ms, 正弦半波 自由下落 3英尺（1m） 电气性能
抗RFI干扰(IEC801-3) 27～50MHz, 10V/m 地线浪涌(IEC801-5) 2kV 对地屏蔽
静电放电 8kV 大气/4kV 触点(IEC801-2) 已通过认证机构 UL 508 CSA 22.2-142
Factory Mutual Class I, Div 2
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European Directive on EMC 89/336/EEC(CE)
4.1.4.2 Modicon Quantum控制器硬件介绍
1、CPU模块
Modicon Quantum自动化系列CPU模块是单槽控制器，包括执行存储器、应用存储器和通讯端口。所有存储器均内置安装，组态无需额外的芯片或插卡。LED状态指示灯显示CPU本身及所有通讯端口的状态是否正常，以便及时进行故障检修。
Quantum CPU使用可擦写存储器技术，支持控制器的执行存储和指令集。这一最新的非易失存储器技术，在不更换存储器卡的情况下只需通过Modbus或Modbus Plus 即可实现操作系统Fireware更新。采用Flash PROM使操作系统易于升级，大大简化现场维护，明显降低维护成本。
CPU处理器为32位微处理器，带有后备电池的SRAM,可以在控制器断电的情况下保存应用程序和数据。存储器保护开关，用以防止因操作失误导致的应用程序损坏。 2．以太网模块
Quantum 采用100MB的以太网网卡和主干网的100MB速率匹配, 能实现真正的100MB以太网效果, 如果控制器中仅采用10MB的以太网网卡, 那么在控制器部分会产生瓶颈, 不能实现真正的100MB以太网的效果。100MB的以太网网卡是Modicon第一个推出的，并且支持Web Server功能。 3．电源模块（PS） 4．I/O模块
Modicon Quantum 系列自动化产品支持为连接各种现场装置而设计的全系列高性能I/O 模块。每个模块均有丰富的LED显示信息，包括实时的I/O状态和现场接线故障、保险丝断开、超出限值等模块信息。每个模块的ACTIVE指示灯显示模块的通讯状态信息，有助于故障检修。
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4.2 现场仪表设备技术性能
4.2.1 分体式超声波液位计
型号 制造商 探头测量范围 测量盲区 闪射角(全角) 分辨率 0－8m,0-10m 0.3m XRS-5：10°；XPS-10：12° 1 mm 4.2.2 一体化超声波液位计
型号 制造商 探头测量范围 测量盲区 闪射角(全角) 分辨率 0－8m ≤ 0.4m ≤11度 1mm 4.2.3 电磁流量计
型号 制造商 管径 测量范围 电极材料及清洗装置 衬里材料 变送器防护等级
DN20、DN100、DN200、DN600、DN700 0－10m/S连续可调 自清洁 氯丁硬橡胶 IP65 25
传感器防护等级 系统精度 IP68 0.5% 4.2.4 溶解氧在线测定仪
型号 制造商 测量原理： 测量范围： 供电： 防护等级： 荧光法,无需更换荧光帽 0－10mg/l 220VAC 变送器防护等级：IP65，传感器防护等级：IP68 4.2.5 MLSS在线测定仪
型号 制造商 测量原理： 供电： 防护等级： 90度散射光原理 220VAC，带电源过电压保护器 变送器防护等级：IP65 4.2.6 ORP在线测定仪
型号 制造商 输出信号 4-20mA
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4.2.7 在线式硫化氢测定仪
型号 制造商 输出信号 测量方式 测量范围 精度 工作温度 电源 防护等级 4-20mA 在线测量 0-50ppm ＜±3%F.S -20℃～50℃ 工作电压:10-30V IP65 4.2.8 投入式NH4测量仪
型号 制造商 输出信号 测量原理 测量范围 系统精度 工作温度 电源 防护等级 4－20mA 比色法 0-100 mg/l 2% -10—50C 220 V IP65
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5 监控系统软件功能描述
本承包商方将为系统提供完整的成熟的中央监控的系统软件、数据库软件、应用软件、管理软件、通信软件和二次开发所必须的软件。总体结构如图5-1:
应用软件管理软件数据库软件通信软件系统软件
图5-1
某污水处理厂监控系统的软件包，包括基于windows XP平台的实时多任务操作系统程序，应用程序及通信接口程序。软件包括下列内容(但不限于此)：
① 中央调度控制室的所有系统软件和应用软件。 ② 各分站的通信软件(接口程序)。 ③ 所有数据的通讯软件。
5.1 系统软件
5.1.1 系统软件的一般技术功能
➢ 操作系统应选择实时、多任务、多用户网络操作系统； ➢ 提供优先调度、支持虚拟内存；
➢ 具有开放式的软件接口，如OSF/MOTIF、TCP/IP、POSIX、IEEE-802等
工业标准，便于与外系统构成通讯链路。为将来构成更大系统留有余地；
➢ 应用软件平台具有图形支撑软件，友好的人机界面及支持各种标准界
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面及环境； ➢ 配备汉字二级字库；
5.1.2 系统软件选型
本系统中的2台监控操作站，根据本工程的技术要求，本承包商采用Windows XP Professional中文版操作系统。
5.2 数据库软件
5.2.1 数据库管理软件的技术要求
开放的实时数据库
5.2.2 数据库管理软件选型
根据本工程技术要求，本系统的数据库系统采用Microsoft SQL Server 2000 数据库管理平台。
本系统中，开放的实时数据库通过对监控对象的实时监测和控制，自动生成操作记录表、遥信变位、事故记录等实时数据，由SQL服务器将数据经过归档、加工和存贮，可供用户浏览和查询。实时数据库具有标准的外部数据接口，能与其它控制软件和SQL Server数据库交换数据。
5.3 应用软件
5.3.1 主要技术功能
本工程监控系统能够在计算机终端上显示现场设备的实时状态和运行参数，设备的运行状态多采用图形方式和动画方式来显示，检测量采用统计曲线和柱状图的形式来表现，直观方便，在组态软件中可以对本工程中央监控系统数据进行汇总、记录、统计、显示、报警、打印和上报等处理。因此，它是自动控制系统中重要的人机交互手段，也是自动化系统正常运行的重要组成部分。
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在组态的配置上，本系统采用的监控管理软件是专门针对PLC控制的Wonderware Intouch 9.5
本监控管理软件具有以下基本功能： ➢ 全中文的过程可视化软件；
➢ 实时趋势显示和历史趋势的动态查询； ➢ 符合国内企业使用习惯的全中文报表生成功能； ➢ 报警和报警管理；
➢ 面向用户的分级和分区的安全管理机制； ➢ 分布式设计的软件结构，完善的网络功能； ➢ 支持远程维护和诊断功能； ➢ 内置脚本语言编辑器； ➢ 可视化的开发环境；
➢ 支持真彩色（24位色）和过渡色的界面开发系统； ➢ 高速历史数据的记录和查询；
➢ 方便用户在特定应用场合下对系统参数进行调整以达到更好的性能。
5.3.2 采用的组态软件
采用最新的Wonderware Intouch 9.5 工业开发软件。
Wonderware InTouch 9.5可视化软件将世界领先的HMI软件与卓越的先进图形技术相结合，从而使客户可以获得运行和工程生产率上的显著提高。InTouch 9.5 HMI以其在易用性、面向对象的可编程图形以及强大的通讯连接性等方面的领先继续保持竞争优势。InTouch软件是一个开放的和可扩展的HMI，可以与行业中广泛的自动化设备进行连接，实现灵活的客户化应用设计。
5.3.3 监控软件设计
5.3.3.1 概述
本工程监控系统软件架构如下图所示，分成以下子系统和模块：数据库管
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理子系统、Web服务子系统、数据处理模块、报表模块、报警和事件模块、日常管理模块、设备管理模块。
崇明堡镇污水处理厂监控系统数据库子系统数据处理模块（调度策略、控制命令和全局性的运行参数生成）运行监控模块报警和事件处理模块Web服务子系统报表模块日常管理模块设备管理模块
5.3.3.2 运行监控模块
本承包商提供的监控软件具有强而有效的图形显示功能，具有中文界面，操作提示和帮助系统。能画出总平面图、工艺流程图、污水处理厂设置布置图（平面、剖面）等。在流程图上显示的设备均可以点击进入，以了解该设备的进一步细节数据或对其进行控制。在确定监控画面后，可对监控对象进行形象图符设计、组态、连接、生成完整的实时监控画面，使用户能在监视器（CRT）上查询到各种监控对象的动态信息及故障，形式可以是图形、报表、曲线以及直方图等，并在模拟屏上有动态显示参数，并能动态显示各主要设备的状态和主要现场数据，包括设备运行，工艺过程、进出口液位、流量、电力参数、电量数据、事故报警等，运行参数和目标控制参数可以点击进入，了解其属性或进行设定修改。从而实现对下属分站的宏观调度。
同时还具有友好的汉化人机接口界面，采用图形、图标方式，使管理人员方便地使用鼠标及键盘对系统进行管理、控制，通过监控画面的切换，进行数据查询、状态查询、数据存贮、控制管理等各种操作。中央控制站主要进行将
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分析所收集的运行数据，生成调度策略、控制命令和全局性的运行参数，向各分站下载，由各分站的中心或就地控制系统执行中央控制站向各单体控制系统分配所在单体或节点的运行控制目标，根据区域状况，命令几个分站设备投入或退出运行。
5.3.3.3 数据库管理模块
本承包商提供整个监控系统运行的各种数据参数、各机械电气设备状态以及各接口设备状态的实时数据库及历史数据库，并根据信息分类生成各种专用数据库，具有在线查询、修改、处理、打印等数据库管理软件，可进行日常的操作及维护，可以形成历史数据库、生产报表、统计报表等，可以对设备的运行和维护周期进行管理。同时还具有ODBC功能，与其它关系数据库建立共享关系，能与管理系统（MIS）联网操作。
5.3.3.4 数据处理模块
在本工程监控系统中，本承包所提供的系统软件能提供一套成熟的调度决策方案，可通过规定各种数据的优先级别，连锁效应来生成系统的决策方案，供管理人员参考。管理人员也根据实际经验对离线调度决策方案进行增加及修正。
5.3.3.5 报警和事件处理模块
1、报警处理
当各个分站工艺过程或设备运行出现异常时，将设备号以状态字的格式向本工程中心调度控制室报告。报警发生时有声光提示，提请操作人员注意。 2、事件处理
事件是指运行事件和重要的系统操作，事件登录按时间顺序排列，事故记录按类划分，并有时间标记。
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5.3.3.6 报表模块
本承包商所提供的报表生成软件，具有对历史数据库进行各类数据项组合生成用户所需的报表格式的功能，包括日报表，阶段报表和事件驱动报表（包括事件和报警文件）等。报表中有实时数据和统计数据，并可以插入说明文字。同时也具有查询及打印等功能，系统生成的文本，表格，图形，报表等内容均可在打印机上输出。
5.3.3.7 远程设定和在线遥控
本承包商所提供的监控软件通过以中央控制计算机、工业以太网交换机、以及各个分站的数据转换模块来启动和确定远程工作站的工作状态、监控对象的越限值、连锁控制权限、控制及调度各分站内设备的运行等。
5.3.4 管理软件设计
➢ 静态信息管理
用于人工输入设备编号、购置时间、安装使用时间、类别、品种、来源、供货厂商、数量、主要性能、设备运行位置等信息，为系统提供静态基础数据。
➢ 运行信息采集
系统需自动采集使用中设备的运行状态和设备故障信息，为系统提供运行信息。
➢ 故障分析
根据系统采集的信息，对设备故障原因进行分析，并统计故障规律。
➢ 维修管理
根据系统自动检测的或人工输入的故障信息生成维修单，记录设备的报修时间、报修人、送修原因、送修部门或厂商、送修时间、维修内容，并监督每项维修任务的执行情况，维修结束后记录返回时间、重新安装使用时间、设备验收员、维修结果等信息。
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➢ 例行检修管理
根据管理要求，可制定大修年度计划、维修月度计划、不定时检修计划、记录检修结果等信息。并记录和生成维修施工报告、设备维修档案、维修频率
分析报告、维修统计报告等。
5.3.5 系统性能指标
开放性要求
➢ 支持OPC1.0/2.0标准； ➢ 支持DDE/NetDDE； ➢ 支持ODBC； ➢ 支持Active X； ➢ 提供应用程序开发包。 ➢ 集成能力要求
➢ 将第三方的功能嵌入（ActiveX）到现有的应用系统中以满足专业需求； ➢ 嵌入的ActiveX控件的功能包括属性、事件和方法均可直接应用；
5.3.6 开发环境要求
采用微软标准的界面容器，所有的功能以树状结构呈现，所有的功能开发均在其中完成。
所见即所得的开发模式，各种图形物体均是可组态的。
内置脚本编程语言，VB脚本编程（VBScript），标准的结构化文本语言，易于学习、调和排错，得以完成各种复杂的工作。
内嵌近千种标准图形构件，利用动画向导即可实现动画效果。 支持真彩色（24位色）和过渡色，便于生成精美细致的流程画面。 修改流程画面无需退出运行系统，可在线修改即时生效。
支持超大画面功能，任一幅复杂或大小的流程均可在单一画面表现，运行时可通过浏览和缩略图功能实现局部显示。
支持BMP、GIF、JPG格式图形的嵌入。
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6 视频监控系统
6.1 视频监控系统概述
随着监控点的日益增多，监控点的智能化管理显得由为重要。传统矩阵切换器，操作人员要牢记哪个号码相对于哪个摄像机或哪个显示器。图像的切换均由人工控制，缺乏联动能力，一旦某监控点处发生事情对操作员来说就未免有忙乱的可能了。但在智能化安保系统上，摄像机或显示器都由用户直接命名，把摄像机、报警点都标明在屏幕的电子地图和图像上，系统使用鼠标控制操作，简单方便。一旦出现问题智能安保系统会及时发出警报，并按警报的优先及自动将出事地点的情况反映并详细记录下来
6.2 视频监控系统结构
6.2.1 基本组成
本监视电视系统由摄像、传输、控制、显示和记录等四个主要基本部分组成，系统对图像信号具有分配、切换、记录和重放、联动响应的基本功能。
系统主要设备为摄像机、云台、监视器、多媒体电脑、操作控制软/硬件、报警联动接口、多画面数码处理图像记录装置等。
电视监视系统在智能化安保系统中相对独立，可控制和调用系统的所有视频图像，具有独立的闭路电视监视系统所应具有的所有功能和特点。整个系统具有开放结构，便于扩展和联网。
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6.2.2 结构特点
（1）系统控制方面
本电视监控系统的结构为由多媒体硬盘录像机。它即具有可以替代键盘对系统实现图象切换/控制的功能，同时还具有报警时间、报警图像记录与查询等功能。
由于以上功能的设置是通过软件编程来实现的，所以给整个电视监控系统的操作、控制、维护、调整、扩展等带来很大的方便。
（2）系统图像监看与记录方面
为了加强观察，提高监控的严密性，防止重要图像的丢失记录，系统选用了先进的多功能十六画面数码录像控制器。以满足系统对图像监看与记录的要求。
其最大的优点在于：
➢ 可同时监看到系统的所有图像，
➢ 每台数码录像处理器可选用1、4、9、16画面方式监看， ➢ 可同时以高于普通录像机20-100倍的记录速度对系统所有
图像进行记录，
➢ 具有视频检测动态录像功能，探测区域大小可设定，画面产
生变化时立即发出报警并录像（响应时间可分别设置）， ➢ 便于按具体时间对已记录的图像进行快速搜寻，
➢ 已录图像不可被随便修改及抹去，保证了图像记录的完整性， ➢ 需要时可通过普通打印机直接打印图像， ➢ 用电脑通过电话线、LAN即可观看系统图像。
➢ 系统无需使用与备份大量的录像带，减少了系统保管维护费
用。
➢ 可减少监视器的数量，降低工程投资。 ➢ 分控可通过自身网络进行操作和查看。 （3）系统同步方式
由于系统采用的摄像机均具有线路同步功能且垂直相位可调，故
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本系统采用电源同步的方式，这样可节省同步发生器的费用，从而降低了工程造价。
6.2.3 基本功能
有报警事件发生时，本电视监控系统将能以自动/手动方式提供图像复核、图像记录等技术支援，充分发挥本系统实时、直观、真实、记录可反复重现的特点为污水处理厂整个安保系统服务。
系统技术指标
电视监视系统的技术指标（DBJ08-16-99）
序号 1 2 3 4 5 6 指标项目 视频信号幅度 彩色电视水平清晰度 黑白电视水平清晰度 灰度 信噪比 图象等级 指标值 1 Vp-p ± 3dB ≥270线 ≥400线 ≥8级 ≥37dB ≥4级 6.3 视频监控系统设备
本视频监控系统的主要设备为： 图像摄像设备：摄像机/镜头;
图像控制设备：硬盘录像机、视频矩阵控制器、视频计算机; 图像显示设备：液晶显示器;
图像传输设备：视频/信号复合光端机;
6.3.1 摄像机
6.3.1.1
摄像机的设置
根据某污水处理厂的实际情况和管理需求，按有关规范要求，本
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承包商对某污水处理厂按主要公共场所、重点部位、主要出入口、主要通道进行监控区域的划分，在此基础上以合理必须为原则进行了摄像机的设置。
本工程共设7套摄像机CAM01~08，分别位于： ➢ 在初沉池附近设1套摄像机CAM01 ➢ 在AAO池附近设1套摄像机CAM02 ➢ 在二沉池附近设1套摄像机CAM03 ➢ 在鼓风机房设1套摄像机CAM04 ➢ 在加药间设1套摄像机CAM05 ➢ 在大门1设1套摄像机CAM06 ➢ 在大门2设1套摄像机CAM07 ➢ 在大门3设1套摄像机CAM08
每套摄像机设1对视频/信号复合光端机（OT01~08）
6.3.2 图像传输设备
6.3.2.1 6.3.2.2
视频/信号复合光端机 电源电缆
系统摄像机和解码器等均需工作电源，系统的电源电缆采用VV22-1-3*1.5电缆。 6.3.2.3
视频控制电缆
整个系统传输采用光纤以太网方式，传送的媒介为多模四芯铠装光缆。
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7 系统调试方案
系统工程在验收前需经过两道调试程序：工厂调试和现场调试。其中现场调试包括现场单体调试和现场系统调试两个过程。具体验收调试大纲将在验收前两周以书面形式提交业主及监理工程师。经业主和监理工程师批准后再进行相关的验收调试工作。
工厂调试验收：
系统发货前，进行工厂检查及调试。检查及调试结果如发现有不符合本规范书和有关标准、规范的项目，需重做调试。系统设备只有在成功地通过了检查及调试才能发运。
在调试前两周向业主提交一份详细的系统资料、调试步骤和工作安排。包括以下内容：
说明整个系统的设计、设备布置和实现系统标准的详细技术说明书和工程图纸。
系统软件和应用程序的流程图，及软件细节。 所有硬件的应用、安装和维护的详细技术手册。
系统的设备、技术规格、检查及调试日期及地点、检查及调试的详细顺序表。 在工厂检查及调试中所需的工具和仪表以及应用这些工具和仪表的方法说明。
调试应包括对所有可联网并已装载软件的设备进行适当的运行。采用仿真设备对自控系统所有输入信号、组态和控制输出的一个完整的功能闭环调试。
调试内容至少应包括下列项目：
(1)对计算机控制系统的调试：
➢ 每个模件的微程序工作情况 ➢ 每个模件的硬件工作情况 ➢ 模拟的报警和状态变化 ➢ 所有操作员接口功能 ➢ 模拟故障情况和切换
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➢ 模拟的系统自诊断 ➢ 控制装置的故障排除
➢ 过程变量输入变送器发生故障后的反应 ➢ 各种仪表在典型条件和边界条件下的精度调试 ➢ 系统软件、网络软件、数据库和应用程序的初步调试 ➢ 处理系统的报警和故障的调试
➢ 人机接口装置的选择、运行、图形显示、参数显示的测试 ➢ 打印机模式选择及打印质量的测试 ➢ UPS的容量、供电时间及供电切换调试
(2) 对仪表设备的调试：
➢ 每个仪表的上电工作情况 ➢ 仪表输出初步测量 ➢ 实验室标定
(3) 对计算机设备的调试：
➢ 每台计算机的上电工作情况 ➢ 每台计算机操作系统软件安装 ➢ 每台计算机的硬件外设安装 ➢ 每台计算机的网络端口设定 ➢ 监控计算机工控软件安装
➢ 每台计算机实验室48小时热运行试验 现场调试验收： 现场调试包括如下内容： (1) 设备安装检查
在整个系统的设备的全面检查前应提交一份检查大纲给业主项目监理代表审查认可，检查大纲包括如下各项：
检查整个系统的各个部分是否有明显的损伤；
检查安装质量，包括设备的保护措施，安装位置是否合适； 检查图纸是否符合本规范以及接线是否符合图纸；
检查标牌，引接线识别标志，管槽标志等是否明显、完整，以及是否牢固地
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固定好；
检查所有模拟盘、显示器、报警装置是否完善及易于观察和操作系统试验。 (2) 设备调试 A. 现场单体调试
这项工作是功能恢复性检查，也就是说，本系统各部分在工厂或系统检查调试时，已具备标书规定的基本功能，现场安装以后，需检查各部分是否完好无损，连接线路是否准确，在这个基础上检查设备各项功能是否正常。经检查调试后，应该是完全正常。
B. 现场系统调试
在经单体调试后，证明各设备或子系统到达功能要求能满意地工作，在这种条件下，可以进行系统联调。
B.1首先要检查测试在这以前没有调试过的各部分之间的连接是否正确，接口信号是否正常。
B.2 模拟信号调试
在这项调试中，如果测量参数可以在现场得到的话，应尽可能让参数在满量程范围内分类采样，观察显示仪表或计算机上的显示数字是否一一对应；假如不能获取现场基本参数，则应尽可能用标准信号仪在信号输入端注入满量程范围内有代表性的若干信号，观察显示仪表或计算机上的值是否一一对应。反之，如果是模拟信号输出（调节信号），也以同样原理，通过计算机给出一定的输出信号，观察输出端或执行设备是否一一对应输出信号或动作，此项试验显然包括调节控制功能调试。
B.3 状态信号调试
这一项调试中应尽量在现场有关设备上进行两种信号（开/关）的操作试验，输入/输出要完全一致，一一对应，调试才算到达目的。
此项试验，显然包括设备控制功能调试。 B.4 数据传输
在上述各项调试的基础上，实际上已进行数据传输试验。在这节中要求在应进行数据传输的设备之间，以考虑数据传输正确性为目的地进行一些数据传输试验，检查数据传输的正确性、可靠性、
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C. 投运
经过上述调试后，监控系统已完全具备投产运行条件，可以投入运行。在这期间本承包商会派出代理人帮助业主运行维护人员并完成调试中需修改部分工作，正式移交业主使用部门。
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