一、項(xiàng)目背景
吉林省延吉市污水深度處理項(xiàng)目工程是基于已有廠區(qū)的基礎(chǔ)上新加一些工藝車間以及設(shè)備實(shí)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(shí)施的，由于畫面制作的效果達(dá)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(shí)地了解和掌握污水深度處理過程各工藝階段的運(yùn)行狀態(tài)并能及時(shí)地進(jìn)行調(diào)整，將污水處理系統(tǒng)置于自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控之下。本項(xiàng)目監(jiān)控SCADA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)施工單位北京機(jī)械自動(dòng)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(xiàng)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(zhǎng)期穩(wěn)定且可靠地運(yùn)行，整個(gè)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(diǎn)的鏈路中斷不會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)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(dòng)化網(wǎng)絡(luò)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(dòng)化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)完全具備獨(dú)立運(yùn)行的能力，并在此基礎(chǔ)上向老廠區(qū)提供所要求的新廠區(qū)系統(tǒng)運(yùn)行的主要技術(shù)參數(shù)；監(jiān)控中心及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站必須具有完善的抗干擾、防雷等技術(shù)措施；具備冗余供電功能，在上位機(jī)發(fā)生故障或通信中斷時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站亦可獨(dú)立完成下屬設(shè)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(jí)監(jiān)控分站核心監(jiān)控設(shè)備主要采用PLC，要求PLC冗余熱備，并具有自診斷（檢錯(cuò)）與容錯(cuò)功能。
2.2 高開放性
新廠區(qū)工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)用戶最大限度的開放。今后，設(shè)備的增減、監(jiān)控方案的選取、系統(tǒng)的擴(kuò)縮及系統(tǒng)的管理與日常維護(hù)等，用戶都可以在兼容、友好的設(shè)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(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、編制。
2.3 操作的實(shí)用性和便捷性
本系統(tǒng)要求對(duì)新廠區(qū)的數(shù)據(jù)在老廠區(qū)綜合樓中心控制室進(jìn)行統(tǒng)一管理，如記錄、歸檔、統(tǒng)計(jì)、查詢、打印等。友好的人機(jī)接口，能滿足用戶快捷、清晰地了解新廠各工藝的運(yùn)行情況，明晰顯示故障報(bào)警點(diǎn)的位置與故障特征，操作員可通過鼠標(biāo)、鍵盤等設(shè)備的操作便可完成畫面切換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)查詢和報(bào)表打印等各種操作。
三、項(xiàng)目方案
3.1 系統(tǒng)配置
3.2 應(yīng)用軟件部署
污水深度處理廠自控系統(tǒng)分為三級(jí)監(jiān)控：污水深度處理廠監(jiān)控中心（設(shè)在凈水間）、車間級(jí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控分站（各設(shè)在凈水間、提升泵房、送水泵房、鼓風(fēng)機(jī)房）、現(xiàn)場(chǎng)控制箱。
通過上位機(jī)權(quán)限設(shè)置，監(jiān)控中心可監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)主要設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。兩臺(tái)互為備份的監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)，所有的組態(tài)都可在服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)。
車間級(jí)監(jiān)控站采用PLC作為核心直接監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)水處理工藝過程單元。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)4個(gè)車間級(jí)監(jiān)控分站，分別是提升泵房分站、凈水間分站、鼓風(fēng)機(jī)房分站、送水泵房分站。每個(gè)分站選用CPU、電源、輸入輸出模塊、通訊模塊等設(shè)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(jī)界面接口。
車間級(jí)監(jiān)控分站的任務(wù)是在分站所在車間進(jìn)行下屬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行工況信號(hào)與工藝參數(shù)的采集、檢測(cè)和監(jiān)控，并通過分站的人機(jī)界面監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，適時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作，同時(shí)向監(jiān)控中心傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
車間級(jí)監(jiān)控站利用總線與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接，采用液晶顯示操作屏及組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面。
新廠監(jiān)控中心與各車間級(jí)監(jiān)控分站之間采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)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(yīng)性。各分站PLC采用以太網(wǎng)通訊模塊連接以太網(wǎng)，上位機(jī)通過網(wǎng)卡連接至以太網(wǎng)。
每個(gè)車間級(jí)監(jiān)控站的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)可在現(xiàn)場(chǎng)控制箱進(jìn)行，也可在新廠監(jiān)控中心進(jìn)行。每個(gè)車間級(jí)監(jiān)控站及其下屬設(shè)備的參數(shù)修改及控制調(diào)整應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)控制箱進(jìn)行，尤其是重要設(shè)備（如水泵、風(fēng)機(jī)及其他大型機(jī)械設(shè)備）的臨時(shí)啟動(dòng)控制，只限在設(shè)備本地控制箱進(jìn)行。
上位機(jī)軟件要實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控，包括液位的測(cè)量和超高、超低報(bào)警；水泵的運(yùn)行狀態(tài)、手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)、常用/備用狀態(tài)、故障報(bào)警；電動(dòng)閥門的閥位（調(diào)解閥）、運(yùn)行狀態(tài)和故障報(bào)警，閥門的啟閉應(yīng)設(shè)有超時(shí)檢驗(yàn)功能；大型水泵的出水壓力、軸承溫度、繞組溫度、運(yùn)行狀態(tài)和電氣、機(jī)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(bào)警；各主要進(jìn)線開關(guān)的狀態(tài)和故障跳閘報(bào)警；電源狀態(tài)和備用電源的切換情況；變壓器的運(yùn)行狀態(tài)和高溫報(bào)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(bào)警。
3.3 項(xiàng)目的功能特點(diǎn)
3.3.1雙機(jī)冗余設(shè)置
新建污水深度處理廠監(jiān)控中心使用兩臺(tái)互為冗余的服務(wù)器作為上位機(jī)組（工程師站）監(jiān)控新廠的運(yùn)行狀況，監(jiān)控中心可調(diào)用各車間級(jí)監(jiān)控分站和現(xiàn)場(chǎng)控制箱的全部運(yùn)行信息。主機(jī)和從機(jī)通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接，正常情況下主機(jī)實(shí)時(shí)跟設(shè)備通訊完成實(shí)時(shí)監(jiān)控；主從機(jī)間進(jìn)行心跳檢測(cè)，一旦從機(jī)發(fā)現(xiàn)主機(jī)異常，將立即切換取代主機(jī)實(shí)現(xiàn)主機(jī)的功能。
3.3.2 設(shè)備多樣化
延吉市污水處理廠的PLC設(shè)備包含三個(gè)品牌，包括先前老廠區(qū)的AB的PLC、部分配套設(shè)備使用的西門子的PLC以及新建廠區(qū)歐姆龍的PLC，硬件設(shè)備的品牌繁多，對(duì)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(yàn)，在實(shí)際工程中，KingSCADA完美的實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(zhǔn)確性。
3.3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)保障
該項(xiàng)目中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分使用的是KingHistorian，歷史數(shù)據(jù)庫可儲(chǔ)存的時(shí)間范圍由客戶自由定義，儲(chǔ)存精度達(dá)到毫秒級(jí)；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(shì)圖展示某個(gè)變量的過去一年的趨勢(shì)曲線時(shí)，查詢時(shí)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(shí)間短于2秒，在切換中不能丟失任何歷史數(shù)據(jù)。
四、運(yùn)行界面
五、項(xiàng)目總結(jié)
整個(gè)水廠自動(dòng)化工程自投運(yùn)以來，系統(tǒng)一直穩(wěn)定、安全地運(yùn)行著。為水廠減輕勞動(dòng)強(qiáng)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(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況的展示，達(dá)到了業(yè)主對(duì)性能上的需求，自動(dòng)化水平達(dá)到了國(guó)內(nèi)一流水平。
