一、項目簡介
西安市第五污水處理廠是1998年國務院批準的《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)水質污染問題，極大地改善浐灞河流域生態(tài)環(huán)境，對于促進西安市“四城聯(lián)創(chuàng)”，推動我西安市經(jīng)濟社會可持續(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，并配以高性能、高可靠的過程控制站，構成具有服務器功能的先進遠程集中控制系統(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用，以實現(xiàn)企業(yè)一體化為目標開發(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)生臭味的構筑物設置臭氣收集系統(tǒng)，經(jīng)生物除臭系統(tǒng)進行凈化處理，具體工藝流程如圖1所示。
三、網(wǎng)絡結構
西安市第五污水處理廠自控系統(tǒng)由三層網(wǎng)絡組成，即設備層、控制層和管理層。管理層各節(jié)點通過交換機構成星型
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)絡圖如圖2所示。
中央監(jiān)控室設兩臺工業(yè)控制計算機，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)控兩臺計算機互為雙機熱備，雙機熱備是指控制系統(tǒng)中監(jiān)控主機的冗余，當系統(tǒng)正常工作時，主、從機都啟動，但從機不采集實時數(shù)據(jù)，而是通過網(wǎng)絡從主機獲得實時數(shù)據(jù)，同時負責對主機的監(jiān)聽。在主機停機后，從機采集數(shù)據(jù)并完全取代主機的功能，主機恢復運行后，從機停止數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)恢復到正常狀況。
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)控計算機上，通過詳盡而動態(tài)的畫面對全廠的工藝流程布局等進行直觀的顯示。
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：進水部分、除砂池、生物池、鼓風機房、沉淀池、出水部分、脫水機房、消化池等。并顯示各設備運行參數(shù)以及各工藝設備狀態(tài)。設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備彈出相應的控制窗口，即可顯示該設備的詳細屬性數(shù)據(jù)，又可指定設備進行啟停操作或者進行參數(shù)設定等。
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備運行趨勢以及水質參數(shù)運行趨勢，用戶可根據(jù)需要進行查看，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，并且可設定趨勢查看的時間區(qū)域進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，如各種水質參數(shù)的存儲，污水處理量的累計與平均，設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作為服務器時，其所有變量都可以被外部支持OPC的客戶端進行訪問，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服務器的訪問得到相應的數(shù)值并能夠對相應的數(shù)值進行修改。
第五污水處理廠中控室設置模擬屏大屏，全場工藝流程全部在屏上進行體現(xiàn)，全場概況一目了然。同時工藝設備的運行情況通過信號燈的顏色變化來進行表示，水質參數(shù)、流量、液位等工藝參數(shù)通過數(shù)顯表進行數(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結構，客戶可以隨時隨地通過Internet/Intranet實現(xiàn)遠程監(jiān)控。客戶端有著強大的自主功能，局域網(wǎng)內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機亦可實現(xiàn)相同的功能。KingSCADA的For Internet應用，實現(xiàn)了對客戶信息服務的動態(tài)性、實時性和交互性。在WebView畫面中能夠對KingSCADA中的數(shù)據(jù)進行瀏覽，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)，對于具有操作權限的用戶還可以進行數(shù)據(jù)操作。
七、數(shù)據(jù)管理層與現(xiàn)場設備層通訊注意事項
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進行。它是一組獨立的應用程序，可以脫離KingSCADA3.1軟件。IO Server依賴于KingSCADA3.1的驅動產(chǎn)品，通過驅動與IO設備進行通訊，采集系統(tǒng)由通訊鏈路、設備、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試階段可以進行分離設計，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在連接刷新后會導致KINGSCADA內部數(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，若工程量轉換放在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，建議工程量轉換放在下位機進行。由于下位機浮點運算位數(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，達到設計要求。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。
