延吉市污水处理PLC控制系统

一、项目背景

吉林省延吉市污水深度处理项目工程是基于已有厂区的基础上新加一些工艺车间以及设备实现污水的深度处理，原厂区的污水处理自控系统使用AB的PLC以及软件来实施的，由于画面制作的效果达不到业主的要求，因此为了更好地满足业主的要求，保证生产的连续性、可靠性和安全性，及时地了解和掌握污水深度处理过程各工艺阶段的运行状态并能及时地进行调整，将污水处理系统置于自动化网络监控系统监控之下。本项目监控SCADA系统的设计施工单位北京机械自动化研究选用了北京亚控科技发展有限公司的KingSCADA软件和工业数据库软件。

二、项目挑战

2.1  高可靠性与高稳定性

为确保系统能够长期稳定且可靠地运行，整个系统必须满足以下要求：

在新厂区，主干网采用环形冗余方案，以保证高可靠性。单一点的链路中断不会造成网络通讯的中断；采用基于工业以太网的分布式监控，体现集中管理分散监控的原则，保证工业自动化网络监控系统的高可靠性与高稳定性；新厂区的工业自动化网络监控系统完全具备独立运行的能力，并在此基础上向老厂区提供所要求的新厂区系统运行的主要技术参数；监控中心及现场监控站必须具有完善的抗干扰、防雷等技术措施；具备冗余供电功能，在上位机发生故障或通信中断时，现场监控站亦可独立完成下属设备的基本监控功能；新厂区除监控中心外，其余车间级监控分站核心监控设备主要采用PLC，要求PLC冗余热备，并具有自诊断（检错）与容错功能。

2.2  高开放性

新厂区工业自动化网络监控系统对用户最大限度的开放。今后，设备的增减、监控方案的选取、系统的扩缩及系统的管理与日常维护等，用户都可以在兼容、友好的设备环境下便利地自己完成，所有硬件接口，软件协议全部按开放性的标准设计、编制。

2.3  操作的实用性和便捷性

本系统要求对新厂区的数据在老厂区综合楼中心控制室进行统一管理，如记录、归档、统计、查询、打印等。友好的人机接口，能满足用户快捷、清晰地了解新厂各工艺的运行情况，明晰显示故障报警点的位置与故障特征，操作员可通过鼠标、键盘等设备的操作便可完成画面切换、数据存储、统计查询和报表打印等各种操作。

三、项目方案

3.1  系统配置

3.2  应用软件部署

污水深度处理厂自控系统分为三级监控：污水深度处理厂监控中心（设在净水间）、车间级现场监控分站（各设在净水间、提升泵房、送水泵房、鼓风机房）、现场控制箱。

通过上位机权限设置，监控中心可监控现场主要设备的运行参数。两台互为备份的监控计算机采用组态软件进行监控系统组态，所有的组态都可在服务器上实现。

车间级监控站采用PLC作为核心直接监控现场水处理工艺过程单元。本系统设计4个车间级监控分站，分别是提升泵房分站、净水间分站、鼓风机房分站、送水泵房分站。每个分站选用CPU、电源、输入输出模块、通讯模块等设备，采用与监控系统统一品牌液晶显示操作屏作为人机界面接口。

车间级监控分站的任务是在分站所在车间进行下属现场设备运行工况信号与工艺参数的采集、检测和监控，并通过分站的人机界面监控系统运行状态，适时对设备进行操作，同时向监控中心传送实时数据。

车间级监控站利用总线与现场设备连接，采用液晶显示操作屏及组态软件实现人机界面。

新厂监控中心与各车间级监控分站之间采用工业以太网交换机组成主干环形光纤工业以太网，采用TCP/IP协议传输数据，以保证通信的可靠性和较好的适应性。各分站PLC采用以太网通讯模块连接以太网，上位机通过网卡连接至以太网。

每个车间级监控站的数据监测可在现场控制箱进行，也可在新厂监控中心进行。每个车间级监控站及其下属设备的参数修改及控制调整应在现场控制箱进行，尤其是重要设备（如水泵、风机及其他大型机械设备）的临时启动控制，只限在设备本地控制箱进行。

上位机软件要实现对现场设备的监控，包括液位的测量和超高、超低报警；水泵的运行状态、手动/自动状态、常用/备用状态、故障报警；电动阀门的阀位（调解阀）、运行状态和故障报警，阀门的启闭应设有超时检验功能；大型水泵的出水压力、轴承温度、绕组温度、运行状态和电气、机械综合故障；低压侧各母线段的电量监视和失压、过电压、过电流报警；各主要进线开关的状态和故障跳闸报警；电源状态和备用电源的切换情况；变压器的运行状态和高温报警；各馈线的状态监视、主要馈线的电量监视和跳闸报警。

3.3  项目的功能特点

3.3.1双机冗余设置

新建污水深度处理厂监控中心使用两台互为冗余的服务器作为上位机组（工程师站）监控新厂的运行状况，监控中心可调用各车间级监控分站和现场控制箱的全部运行信息。主机和从机通过TCP/IP网络连接，正常情况下主机实时跟设备通讯完成实时监控；主从机间进行心跳检测，一旦从机发现主机异常，将立即切换取代主机实现主机的功能。

3.3.2 设备多样化

延吉市污水处理厂的PLC设备包含三个品牌，包括先前老厂区的AB的PLC、部分配套设备使用的西门子的PLC以及新建厂区欧姆龙的PLC，硬件设备的品牌繁多，对我们软件的兼容性以及数据传输的能力都是一种考验，在实际工程中，KingSCADA完美的实现了对各种品牌PLC数据的采集，保证系统的稳定性，数据的完整性和准确性。

3.3.3 数据存储保障

该项目中数据存储部分使用的是KingHistorian，历史数据库可储存的时间范围由客户自由定义，储存精度达到毫秒级；该历史数据库模块必须提供高效的查询效率，在利用趋势图展示某个变量的过去一年的趋势曲线时，查询时间不能高于3秒；该历史数据库模块具备冗余功能，冗余切换时间短于2秒，在切换中不能丢失任何历史数据。

四、运行界面

五、项目总结

整个水厂自动化工程自投运以来，系统一直稳定、安全地运行着。为水厂减轻劳动强度、降低生产成本、供水水质改善方面有了质的提高，完美的实现了对现场工况的展示，达到了业主对性能上的需求，自动化水平达到了国内一流水平。