一、項目簡介
西安市第五污水處理廠是1998年國務(wù)院批準(zhǔn)的《西安市排水規(guī)劃》中擬建的6個城市污水處理廠之一，也是西安市利用日本國際協(xié)力銀行ODA貸款建設(shè)的西安市城市環(huán)境綜合治理二期項目的子項目之一。工程設(shè)計總規(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)已投運一期工程規(guī)模為日處理城市污水20萬噸。五污投入運營前，該區(qū)域的生活污水全部直排入灞河、渭河，對河流產(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，對于促進(jìn)西安市“四城聯(lián)創(chuàng)”，推動我西安市經(jīng)濟(jì)社會可持續(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)。針對該項目對上位監(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化市場及應(yīng)用，以實現(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）二級生物處理工藝，出水經(jīng)漕運明渠排至渭河；污泥處理采用重力濃縮后中溫兩級消化、機(jī)械、脫水工藝，脫水后泥餅外運填埋；消化產(chǎn)生的沼氣用于污泥加熱，實現(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)兩臺工業(yè)控制計算機(jī)，一臺工程師站安裝KingSCADA3.1完全版軟件，另一臺為操作員站安裝KingSCADA3.1運行版軟件。監(jiān)控兩臺計算機(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，主、從機(jī)都啟動，但從機(jī)不采集實時數(shù)據(jù)，而是通過網(wǎng)絡(luò)從主機(jī)獲得實時數(shù)據(jù)，同時負(fù)責(zé)對主機(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)控計算機(jī)上，通過詳盡而動態(tài)的畫面對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 趨勢畫面
在污水廠的運營中，歷史趨勢具有非常重要的作用，運營方可根據(jù)歷史趨勢查看過程參數(shù)的所有數(shù)據(jù)，歷史趨勢曲線控件不但可以連接KingSCADA3.1內(nèi)置歷史庫，也可實現(xiàn)ODBC數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)記錄的曲線繪制，在運行狀態(tài)下，可實現(xiàn)在線動態(tài)增加/刪除曲線、曲線圖表的無級縮放、曲線的動態(tài)比較、曲線的打印。
趨勢記錄包括有主要設(shè)備運行趨勢以及水質(zhì)參數(shù)運行趨勢，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行查看，在趨勢畫面右方有畫面中各個參數(shù)趨勢的圖列顏色，趨勢畫面的下方可根據(jù)需要選擇在畫面顯示的趨勢，不需要顯示的可將隱藏單選框選擇，并且可設(shè)定趨勢查看的時間區(qū)域進(jìn)行一段時間的趨勢查詢。
Ø 報表記錄
西安市第五污水廠項目具有一套完善的報表系統(tǒng)，通過與KINGSCADA 3.1 進(jìn)行ODBC的通訊，實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算，如各種水質(zhì)參數(shù)的存儲，污水處理量的累計與平均，設(shè)備運行時間的采集和統(tǒng)計，歷史數(shù)據(jù)的保存和歷史數(shù)據(jù)的顯示，并生成日報表、月報表、年報表各類報表。
Ø 報警信息的記錄
五、監(jiān)控軟件的OPC功能
KingSCADA作為服務(wù)器時，其所有變量都可以被外部支持OPC的客戶端進(jìn)行訪問，訪問的對象是變量或變量的域。對于可讀寫變量的修改域，用戶可以通過對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，全場工藝流程全部在屏上進(jìn)行體現(xiàn)，全場概況一目了然。同時工藝設(shè)備的運行情況通過信號燈的顏色變化來進(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)的動態(tài)顯示，所有數(shù)據(jù)由模擬屏作為OPC的客戶端對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)，客戶可以隨時隨地通過Internet/Intranet實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控?？蛻舳擞兄鴱姶蟮淖灾鞴δ?，局域網(wǎng)內(nèi)部如廠長辦公室的電腦通過瀏覽器實時瀏覽畫面，監(jiān)控各種工業(yè)數(shù)據(jù)，而與之相連的任何一臺PC機(jī)亦可實現(xiàn)相同的功能。KingSCADA的For Internet應(yīng)用，實現(xiàn)了對客戶信息服務(wù)的動態(tài)性、實時性和交互性。在WebView畫面中能夠?qū)ingSCADA中的數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽，包括實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)以及事件數(shù)據(jù)，對于具有操作權(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)場設(shè)備層通訊注意事項
在西安市第五污水處理廠項目中現(xiàn)場控制站采用美國ROCKWELL公司的AB品牌ControlLogix系列PLC。管理層軟件KingSCADA3.1采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)和控制現(xiàn)場數(shù)據(jù)的模塊通過采集器IO Server進(jìn)行。它是一組獨立的應(yīng)用程序，可以脫離KingSCADA3.1軟件。IO Server依賴于KingSCADA3.1的驅(qū)動產(chǎn)品，通過驅(qū)動與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。
在項目的實際實施過程中， 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施和調(diào)試階段可以進(jìn)行分離設(shè)計，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際硬件地址長度，大大減小了工作量和出錯概率。通過此項目，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中的實際地址長度，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)致實際數(shù)據(jù)地址溢出，產(chǎn)生不可知錯誤。
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在連接刷新后會導(dǎo)致KINGSCADA內(nèi)部數(shù)據(jù)庫出錯，使得上下位通訊中斷。所以在實際工程中，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。在實際工程中，大量存在4-20mA現(xiàn)場模擬信號與數(shù)字量數(shù)據(jù)之間的工程量轉(zhuǎn)換問題，由于PLC系統(tǒng)的浮點運算能力大大高于上位計算機(jī)，若工程量轉(zhuǎn)換放在SACDA系統(tǒng)中，會造成上位數(shù)據(jù)值與現(xiàn)場儀表數(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)浮點運算位數(shù)較多，在數(shù)據(jù)通訊時在上位數(shù)據(jù)類型中注意小數(shù)位不要溢出。
八、項目運行及應(yīng)用體會
西安市第五污水處理廠現(xiàn)已順利交付業(yè)主使用，整個系統(tǒng)運行正常，達(dá)到設(shè)計要求。監(jiān)控軟件KingSCADA3.1提供了豐富的簡捷、易用的配置界面，提供大量的圖形元素和圖庫精靈，同時也為用戶創(chuàng)建圖庫精靈提供簡單易用的接口，軟件的功能性和可用性有了很大的提高，對工廠的運行監(jiān)控起到了重要的作用。
