一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介
西安市第五污水處理廠是1998年國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的《西安市排水規(guī)劃》中擬建的6個(gè)城市污水處理廠之一，也是西安市利用日本國(guó)際協(xié)力銀行ODA貸款建設(shè)的西安市城市環(huán)境綜合治理二期項(xiàng)目的子項(xiàng)目之一。工程設(shè)計(jì)總規(guī)模為日處理城市污水40萬噸，深度處理10萬噸/日。經(jīng)過2009-2010年的建設(shè)已投運(yùn)一期工程規(guī)模為日處理城市污水20萬噸。五污投入運(yùn)營(yíng)前，該區(qū)域的生活污水全部直排入灞河、渭河，對(duì)河流產(chǎn)生很大的污染。五污建成后，有效解決了西安市東北郊地區(qū)水質(zhì)污染問題，極大地改善浐灞河流域生態(tài)環(huán)境，對(duì)于促進(jìn)西安市“四城聯(lián)創(chuàng)”，推動(dòng)我西安市經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。
西安市第五污水處理廠由就地控制站（LCS）、現(xiàn)場(chǎng)控制站（FCS）、中央監(jiān)控工作站（CCS）和生產(chǎn)管理系統(tǒng)（MCS）組成全廠自控系統(tǒng)。采用以太網(wǎng)、工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線為數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)，并配以高性能、高可靠的過程控制站，構(gòu)成具有服務(wù)器功能的先進(jìn)遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)。針對(duì)該項(xiàng)目對(duì)上位監(jiān)控軟件要求采集數(shù)據(jù)量大、圖形表現(xiàn)豐富、歷史曲線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能齊全的要求，上位監(jiān)控軟件選擇亞控科技的KingSCADA 3.1，這是亞控公司面向高端自動(dòng)化市場(chǎng)及應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)一體化為目標(biāo)開發(fā)的一套產(chǎn)品。
二、工藝描述
西安市第五污水廠污水處理采用缺氧/厭氧/好氧（倒置A2/O）二級(jí)生物處理工藝，出水經(jīng)漕運(yùn)明渠排至渭河；污泥處理采用重力濃縮后中溫兩級(jí)消化、機(jī)械、脫水工藝，脫水后泥餅外運(yùn)填埋；消化產(chǎn)生的沼氣用于污泥加熱，實(shí)現(xiàn)資源再利用；污水廠主要產(chǎn)生臭味的構(gòu)筑物設(shè)置臭氣收集系統(tǒng)，經(jīng)生物除臭系統(tǒng)進(jìn)行凈化處理，具體工藝流程如圖1所示。
三、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
西安市第五污水處理廠自控系統(tǒng)由三層網(wǎng)絡(luò)組成，即設(shè)備層、控制層和管理層。管理層各節(jié)點(diǎn)通過交換機(jī)構(gòu)成星型
下位的PLC采用AB公司的ControlLogix1756系列，下位軟件采用RSLogix5000 ，上位軟件采用亞控公司的KingSCADA 3.1， 控制網(wǎng)絡(luò)圖如圖2所示。
中央監(jiān)控室設(shè)兩臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，一臺(tái)工程師站安裝KingSCADA3.1完全版軟件，另一臺(tái)為操作員站安裝KingSCADA3.1運(yùn)行版軟件。監(jiān)控兩臺(tái)計(jì)算機(jī)互為雙機(jī)熱備，雙機(jī)熱備是指控制系統(tǒng)中監(jiān)控主機(jī)的冗余，當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，主、從機(jī)都啟動(dòng)，但從機(jī)不采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而是通過網(wǎng)絡(luò)從主機(jī)獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)負(fù)責(zé)對(duì)主機(jī)的監(jiān)聽。在主機(jī)停機(jī)后，從機(jī)采集數(shù)據(jù)并完全取代主機(jī)的功能，主機(jī)恢復(fù)運(yùn)行后，從機(jī)停止數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)恢復(fù)到正常狀況。
四、上位監(jiān)控軟件系統(tǒng)功能
4.1 基本數(shù)據(jù)的處理
4.2 過程顯示
在上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)上，通過詳盡而動(dòng)態(tài)的畫面對(duì)全廠的工藝流程布局等進(jìn)行直觀的顯示。
畫面包括有：
Ø 廠總平面布置圖和每個(gè)單體的局部平面布置圖。
Ø 廠總工藝流程圖和生產(chǎn)區(qū)域畫面，例如：進(jìn)水部分、除砂池、生物池、鼓風(fēng)機(jī)房、沉淀池、出水部分、脫水機(jī)房、消化池等。并顯示各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)以及各工藝設(shè)備狀態(tài)。設(shè)備的不同工況采用不同的圖形和顏色及數(shù)字直觀表示。
Ø 功能操作畫面，可通過選取不同的設(shè)備彈出相應(yīng)的控制窗口，即可顯示該設(shè)備的詳細(xì)屬性數(shù)據(jù)，又可指定設(shè)備進(jìn)行啟停操作或者進(jìn)行參數(shù)設(shè)定等。
Ø 趨勢(shì)畫面
在污水廠的運(yùn)營(yíng)中，歷史趨勢(shì)具有非常重要的作用，運(yùn)營(yíng)方可根據(jù)歷史趨勢(shì)查看過程參數(shù)的所有數(shù)據(jù)，歷史趨勢(shì)曲線控件不但可以連接KingSCADA3.1內(nèi)置歷史庫，也可實(shí)現(xiàn)ODBC數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)記錄的曲線繪制，在運(yùn)行狀態(tài)下，可實(shí)現(xiàn)在線動(dòng)態(tài)增加/刪除曲線、曲線圖表的無級(jí)縮放、曲線的動(dòng)態(tài)比較、曲線的打印。
趨勢(shì)記錄包括有主要設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)以及水質(zhì)參數(shù)運(yùn)行趨勢(shì)，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行查看，在趨勢(shì)畫面右方有畫面中各個(gè)參數(shù)趨勢(shì)的圖列顏色，趨勢(shì)畫面的下方可根據(jù)需要選擇在畫面顯示的趨勢(shì)，不需要顯示的可將隱藏單選框選擇，并且可設(shè)定趨勢(shì)查看的時(shí)間區(qū)域進(jìn)行一段時(shí)間的趨勢(shì)查詢。
Ø 報(bào)表記錄
西安市第五污水廠項(xiàng)目具有一套完善的報(bào)表系統(tǒng)，通過與KINGSCADA 3.1 進(jìn)行ODBC的通訊，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，如各種水質(zhì)參數(shù)的存儲(chǔ)，污水處理量的累計(jì)與平均，設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的采集和統(tǒng)計(jì)，歷史數(shù)據(jù)的保存和歷史數(shù)據(jù)的顯示，并生成日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表各類報(bào)表。
Ø 報(bào)警信息的記錄
五、監(jiān)控軟件的OPC功能
KingSCADA作為服務(wù)器時(shí)，其所有變量都可以被外部支持OPC的客戶端進(jìn)行訪問，訪問的對(duì)象是變量或變量的域。對(duì)于可讀寫變量的修改域，用戶可以通過對(duì)KingSCADA中OPC服務(wù)器的訪問得到相應(yīng)的數(shù)值并能夠?qū)ο鄳?yīng)的數(shù)值進(jìn)行修改。
第五污水處理廠中控室設(shè)置模擬屏大屏，全場(chǎng)工藝流程全部在屏上進(jìn)行體現(xiàn)，全場(chǎng)概況一目了然。同時(shí)工藝設(shè)備的運(yùn)行情況通過信號(hào)燈的顏色變化來進(jìn)行表示，水質(zhì)參數(shù)、流量、液位等工藝參數(shù)通過數(shù)顯表進(jìn)行數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示，所有數(shù)據(jù)由模擬屏作為OPC的客戶端對(duì)KINGSCADA 數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問而得到。
六、監(jiān)控軟件的WEB發(fā)布功能
KingSCADAWeb功能采用B/S結(jié)構(gòu)，客戶可以隨時(shí)隨地通過Internet/Intranet實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控?？蛻舳擞兄鴱?qiáng)大的自主功能，局域網(wǎng)內(nèi)部如廠長(zhǎng)辦公室的電腦通過瀏覽器實(shí)時(shí)瀏覽畫面，監(jiān)控各種工業(yè)數(shù)據(jù)，而與之相連的任何一臺(tái)PC機(jī)亦可實(shí)現(xiàn)相同的功能。KingSCADA的For Internet應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)客戶信息服務(wù)的動(dòng)態(tài)性、實(shí)時(shí)性和交互性。在WebView畫面中能夠?qū)ingSCADA中的數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)以及事件數(shù)據(jù)，對(duì)于具有操作權(quán)限的用戶還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。
七、數(shù)據(jù)管理層與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層通訊注意事項(xiàng)
在西安市第五污水處理廠項(xiàng)目中現(xiàn)場(chǎng)控制站采用美國(guó)ROCKWELL公司的AB品牌ControlLogix系列PLC。管理層軟件KingSCADA3.1采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和控制現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的模塊通過采集器IO Server進(jìn)行。它是一組獨(dú)立的應(yīng)用程序，可以脫離KingSCADA3.1軟件。IO Server依賴于KingSCADA3.1的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，通過驅(qū)動(dòng)與IO設(shè)備進(jìn)行通訊，采集系統(tǒng)由通訊鏈路、設(shè)備、數(shù)據(jù)塊組成。
在項(xiàng)目的實(shí)際實(shí)施過程中， I/O Server與ControlLogix PLC是通過PLC中的變量名稱進(jìn)行索引與連接。與其他廠家PLC不同的是，一般上下位之間采用的是地址索引方式，AB系列采用變量名稱索引使得工程在實(shí)施和調(diào)試階段可以進(jìn)行分離設(shè)計(jì)，只要統(tǒng)一變量名稱即可。在硬件上通過名稱索引數(shù)據(jù)庫，使得硬件地址映射到下位機(jī)數(shù)據(jù)庫中，在通訊過程中不用考慮實(shí)際硬件地址長(zhǎng)度，大大減小了工作量和出錯(cuò)概率。通過此項(xiàng)目，我們發(fā)現(xiàn)名稱索引通訊方式需要注意的問題如下：
1. 名稱索引不考慮PLC中的實(shí)際地址長(zhǎng)度，但是需要在變量名稱中指定變量數(shù)據(jù)類型，若在上下位編程中數(shù)據(jù)類型不匹配，則可能導(dǎo)致實(shí)際數(shù)據(jù)地址溢出，產(chǎn)生不可知錯(cuò)誤。
2. KINGSCADA軟件的變量數(shù)據(jù)庫與I/O Server連接后則生成一次固定數(shù)據(jù)表，若此后在上位系統(tǒng)或下位系統(tǒng)中修改變量，使得上下位系統(tǒng)變量表數(shù)量不相符，則I/O Server在連接刷新后會(huì)導(dǎo)致KINGSCADA內(nèi)部數(shù)據(jù)庫出錯(cuò)，使得上下位通訊中斷。所以在實(shí)際工程中，推薦首先建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)變量修改過程中不要輕易改變數(shù)據(jù)變量的數(shù)量。
3. 上下位工程量轉(zhuǎn)換精度問題。在實(shí)際工程中，大量存在4-20mA現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)與數(shù)字量數(shù)據(jù)之間的工程量轉(zhuǎn)換問題，由于PLC系統(tǒng)的浮點(diǎn)運(yùn)算能力大大高于上位計(jì)算機(jī)，若工程量轉(zhuǎn)換放在SACDA系統(tǒng)中，會(huì)造成上位數(shù)據(jù)值與現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)值誤差問題，建議工程量轉(zhuǎn)換放在下位機(jī)進(jìn)行。由于下位機(jī)浮點(diǎn)運(yùn)算位數(shù)較多，在數(shù)據(jù)通訊時(shí)在上位數(shù)據(jù)類型中注意小數(shù)位不要溢出。
八、項(xiàng)目運(yùn)行及應(yīng)用體會(huì)
西安市第五污水處理廠現(xiàn)已順利交付業(yè)主使用，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行正常，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。監(jiān)控軟件KingSCADA3.1提供了豐富的簡(jiǎn)捷、易用的配置界面，提供大量的圖形元素和圖庫精靈，同時(shí)也為用戶創(chuàng)建圖庫精靈提供簡(jiǎn)單易用的接口，軟件的功能性和可用性有了很大的提高，對(duì)工廠的運(yùn)行監(jiān)控起到了重要的作用。
