一、項目背景
吉林省延吉市污水深度處理項目工程是基于已有廠區(qū)的基礎上新加一些工藝車間以及設備實現(xiàn)污水的深度處理，原廠區(qū)的污水處理自控系統(tǒng)使用AB的PLC以及軟件來實施的，由于畫面制作的效果達不到業(yè)主的要求，因此為了更好地滿足業(yè)主的要求，保證生產(chǎn)的連續(xù)性、可靠性和安全性，及時地了解和掌握污水深度處理過程各工藝階段的運行狀態(tài)并能及時地進行調(diào)整，將污水處理系統(tǒng)置于自動化網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控之下。本項目監(jiān)控SCADA系統(tǒng)的設計施工單位北京機械自動化研究選用了北京亞控科技發(fā)展有限公司的KingSCADA軟件和工業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件。
二、項目挑戰(zhàn)
2.1 高可靠性與高穩(wěn)定性
為確保系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定且可靠地運行，整個系統(tǒng)必須滿足以下要求：
在新廠區(qū)，主干網(wǎng)采用環(huán)形冗余方案，以保證高可靠性。單一點的鏈路中斷不會造成網(wǎng)絡通訊的中斷；采用基于工業(yè)以太網(wǎng)的分布式監(jiān)控，體現(xiàn)集中管理分散監(jiān)控的原則，保證工業(yè)自動化網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)的高可靠性與高穩(wěn)定性；新廠區(qū)的工業(yè)自動化網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)完全具備獨立運行的能力，并在此基礎上向老廠區(qū)提供所要求的新廠區(qū)系統(tǒng)運行的主要技術參數(shù)；監(jiān)控中心及現(xiàn)場監(jiān)控站必須具有完善的抗干擾、防雷等技術措施；具備冗余供電功能，在上位機發(fā)生故障或通信中斷時，現(xiàn)場監(jiān)控站亦可獨立完成下屬設備的基本監(jiān)控功能；新廠區(qū)除監(jiān)控中心外，其余車間級監(jiān)控分站核心監(jiān)控設備主要采用PLC，要求PLC冗余熱備，并具有自診斷（檢錯）與容錯功能。
2.2 高開放性
新廠區(qū)工業(yè)自動化網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)對用戶最大限度的開放。今后，設備的增減、監(jiān)控方案的選取、系統(tǒng)的擴縮及系統(tǒng)的管理與日常維護等，用戶都可以在兼容、友好的設備環(huán)境下便利地自己完成，所有硬件接口，軟件協(xié)議全部按開放性的標準設計、編制。
2.3 操作的實用性和便捷性
本系統(tǒng)要求對新廠區(qū)的數(shù)據(jù)在老廠區(qū)綜合樓中心控制室進行統(tǒng)一管理，如記錄、歸檔、統(tǒng)計、查詢、打印等。友好的人機接口，能滿足用戶快捷、清晰地了解新廠各工藝的運行情況，明晰顯示故障報警點的位置與故障特征，操作員可通過鼠標、鍵盤等設備的操作便可完成畫面切換、數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計查詢和報表打印等各種操作。
三、項目方案
3.1 系統(tǒng)配置
3.2 應用軟件部署
污水深度處理廠自控系統(tǒng)分為三級監(jiān)控：污水深度處理廠監(jiān)控中心（設在凈水間）、車間級現(xiàn)場監(jiān)控分站（各設在凈水間、提升泵房、送水泵房、鼓風機房）、現(xiàn)場控制箱。
通過上位機權限設置，監(jiān)控中心可監(jiān)控現(xiàn)場主要設備的運行參數(shù)。兩臺互為備份的監(jiān)控計算機采用組態(tài)軟件進行監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)，所有的組態(tài)都可在服務器上實現(xiàn)。
車間級監(jiān)控站采用PLC作為核心直接監(jiān)控現(xiàn)場水處理工藝過程單元。本系統(tǒng)設計4個車間級監(jiān)控分站，分別是提升泵房分站、凈水間分站、鼓風機房分站、送水泵房分站。每個分站選用CPU、電源、輸入輸出模塊、通訊模塊等設備，采用與監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一品牌液晶顯示操作屏作為人機界面接口。
車間級監(jiān)控分站的任務是在分站所在車間進行下屬現(xiàn)場設備運行工況信號與工藝參數(shù)的采集、檢測和監(jiān)控，并通過分站的人機界面監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)，適時對設備進行操作，同時向監(jiān)控中心傳送實時數(shù)據(jù)。
車間級監(jiān)控站利用總線與現(xiàn)場設備連接，采用液晶顯示操作屏及組態(tài)軟件實現(xiàn)人機界面。
新廠監(jiān)控中心與各車間級監(jiān)控分站之間采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機組成主干環(huán)形光纖工業(yè)以太網(wǎng)，采用TCP/IP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，以保證通信的可靠性和較好的適應性。各分站PLC采用以太網(wǎng)通訊模塊連接以太網(wǎng)，上位機通過網(wǎng)卡連接至以太網(wǎng)。
每個車間級監(jiān)控站的數(shù)據(jù)監(jiān)測可在現(xiàn)場控制箱進行，也可在新廠監(jiān)控中心進行。每個車間級監(jiān)控站及其下屬設備的參數(shù)修改及控制調(diào)整應在現(xiàn)場控制箱進行，尤其是重要設備（如水泵、風機及其他大型機械設備）的臨時啟動控制，只限在設備本地控制箱進行。
上位機軟件要實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的監(jiān)控，包括液位的測量和超高、超低報警；水泵的運行狀態(tài)、手動/自動狀態(tài)、常用/備用狀態(tài)、故障報警；電動閥門的閥位（調(diào)解閥）、運行狀態(tài)和故障報警，閥門的啟閉應設有超時檢驗功能；大型水泵的出水壓力、軸承溫度、繞組溫度、運行狀態(tài)和電氣、機械綜合故障；低壓側(cè)各母線段的電量監(jiān)視和失壓、過電壓、過電流報警；各主要進線開關的狀態(tài)和故障跳閘報警；電源狀態(tài)和備用電源的切換情況；變壓器的運行狀態(tài)和高溫報警；各饋線的狀態(tài)監(jiān)視、主要饋線的電量監(jiān)視和跳閘報警。
3.3 項目的功能特點
3.3.1雙機冗余設置
新建污水深度處理廠監(jiān)控中心使用兩臺互為冗余的服務器作為上位機組（工程師站）監(jiān)控新廠的運行狀況，監(jiān)控中心可調(diào)用各車間級監(jiān)控分站和現(xiàn)場控制箱的全部運行信息。主機和從機通過TCP/IP網(wǎng)絡連接，正常情況下主機實時跟設備通訊完成實時監(jiān)控；主從機間進行心跳檢測，一旦從機發(fā)現(xiàn)主機異常，將立即切換取代主機實現(xiàn)主機的功能。
3.3.2 設備多樣化
延吉市污水處理廠的PLC設備包含三個品牌，包括先前老廠區(qū)的AB的PLC、部分配套設備使用的西門子的PLC以及新建廠區(qū)歐姆龍的PLC，硬件設備的品牌繁多，對我們軟件的兼容性以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Χ际且环N考驗，在實際工程中，KingSCADA完美的實現(xiàn)了對各種品牌PLC數(shù)據(jù)的采集，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)的完整性和準確性。
3.3.3 數(shù)據(jù)存儲保障
該項目中數(shù)據(jù)存儲部分使用的是KingHistorian，歷史數(shù)據(jù)庫可儲存的時間范圍由客戶自由定義，儲存精度達到毫秒級；該歷史數(shù)據(jù)庫模塊必須提供高效的查詢效率，在利用趨勢圖展示某個變量的過去一年的趨勢曲線時，查詢時間不能高于3秒；該歷史數(shù)據(jù)庫模塊具備冗余功能，冗余切換時間短于2秒，在切換中不能丟失任何歷史數(shù)據(jù)。
四、運行界面
五、項目總結(jié)
整個水廠自動化工程自投運以來，系統(tǒng)一直穩(wěn)定、安全地運行著。為水廠減輕勞動強度、降低生產(chǎn)成本、供水水質(zhì)改善方面有了質(zhì)的提高，完美的實現(xiàn)了對現(xiàn)場工況的展示，達到了業(yè)主對性能上的需求，自動化水平達到了國內(nèi)一流水平。
