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一、引言
深圳市水務集團屬下目前有40 多座大大小小的污水泵站。這些污水泵站主要負責收集各個片區的污水和雨水，撈除大的垃圾后對污水加壓送往各個污水處理廠進行進一步的凈化處理。
污水泵站肩負著城市排污的重任，保證其安全正常的工作十分重要。但由于污水泵站分布的地理位置非常分散，管理起來十分不便，以往只能在各個主要的大泵站安排值班人員，工作人員每天對附近的小泵站進行巡檢，然后通過電話與調度人員互相聯系，從而實現對泵站的統一管理。這種泵站管理方法十分落后，需要的值班人員很多，而效率和準確性都比較低。另外，污水泵站的工作環境也非常惡劣，有些小泵站甚至在的地下，根本不具備值班條件。介于以上情況，深圳水務集團提出建設泵站遠程集散監控系統，實施對泵站運行的遠程監控，實現
泵站數據的統一化管理和泵站無人值守。
由于污水泵站生產的重要性，上位監控系統的穩定性就十分重要。通過比較，我們選用GE Fanuc 的iFIX 作為遠程監控系統的SCADA 組態軟件，選用Historian作為泵站歷史數據庫的組態軟件，選用iWebserver 實現監控系統在網路上的發布。
二、系統需求
根據泵站集散遠程監控系統的應用目的，系統主要有以下幾點需求：
其一，泵站中央控制室的調度人員應可以同時監視和控制系統所有的泵站，可以遠程對泵站的設備進行操作，系統對每個泵站的POLLING 小于3 秒鐘；
其二，中控室應對SCADA 服務器應進行雙SCADA 服務器冗余備份，保證SCADA系統運行的可靠；
其三，應保證泵站與中央控制室通訊的可靠和穩定；
其四，應建立完善的歷史數據庫，專門記錄各個泵站的生產數據，方便中控人員查詢和分析；
其五，在系統建成SCADA 系統的基礎上，把監控畫面網頁化，使用WEB 技術，讓用戶可通過辦公網絡瀏覽SCADA 系統發布的實時生產信息；
其六，應提供完善的報警處理方案，確保系統產生的報警能準確快速的告訴中控有關人員，保證泵站生產的安全；
三、系統結構說明
泵站遠程集散監控系統的結構示意圖如圖一所示：圖一系統結構示意圖系統首先在每個泵站安裝PLC 控制系統，各個泵站的PLC 負責采集所在泵站的各種設備的的信號，并對某些設備進行自動化控制。泵站當地還安裝有觸摸屏操作終端，觸摸屏操作終端連接PLC,可直接對泵站的設備進行監控。因此，每個泵站的PLC 控制系統都是一個完整的系統，在脫離上位遠程監控系統時都可獨立運作。
系統中央控制室選用iFIX 組建SCADA 系統，SCADA 系統通過INTRANET（IP城域網）,GPRS 以及PSTN 的方式與各個泵站的PLC 通訊，實現泵站的統一監控。
3．1 中央控制室結構
泵站集散遠程監控系統的中央控制室由多臺PC 和服務器組成，中央控制室的系統結構圖如圖二所示：中央控制室配置兩個由iFIX 搭建的SCADA 節點，兩臺SCADA 服務器還選用了iFIX 的SCADA 冗余功能，采用邏輯節點的方式實現了兩個SCADA 服務器的雙機備份冗余處理。中央控制室還配置一臺歷史數據服務器，數據庫軟件采用GEFanuc的Historian,該數據庫負責高速和高壓縮性的記錄SCADA 服務器所采集的實時生產數據。中央控制室的通訊前置機安裝iWebserver 軟件，負責將監控畫面網絡化，并通過INTRANET 或者電話MODEM 發布出去；另外通訊前置機還負責PSTN 通訊以及電話語音報警的處理。
3．2 泵站當地控制系統的結構
系統監控的污水泵站主要有兩種類型，一種是規模比較大的泵站，另一種是規模較小的泵站。
大泵站的PLC 直接提供以太網口，并且采用有線的INTRANTET 方式作為與中央控制室通訊的主要通訊鏈路，采用GPRS 無線通訊作為有線通訊方式的備份鏈路；
小泵站由于條件限制，采用有線方式費用太高，因此采用GPRS 無線通訊作為主要的通訊方式，采用PSTN 作為通訊的備份鏈路，保證通訊的可靠性。
四、系統的主要功能的解決辦法
4.1 SCADA 功能模塊
系統選用的iFIX 具有強大的SCADA 功能，利用iFIX 對現場采集在PLC 中的信號進行歸類，建立iFIX 的實時數據庫。通過對實時數據庫里的數據塊進行定義，將現場的設備報警定義在iFIX 中，由iFIX 對報警進行處理，在組態畫面上產生需要用戶確認的報警信息。另外，利用iFIX 強大的畫面開發功能以及iFIX對VBA 的支持，也幫助我們開發出靚麗的并且符合用戶操作習慣的SCADA 界面。
系統中應用iFIX 建立了3000 多個點的SCADA 實時數據庫，系統性能和效率都很高。
4.2 通訊處理模塊
4.2.1 通訊鏈路情況
系統中一共使用了三種通訊鏈路建立中央控制室SCADA 系統與泵站當地PLC 的聯系。這三種通訊鏈路為：INTRANET(IP 城域網)、GPRS()以及PSTN（電話網絡）。根據泵站當地的條件，系統選用其中的兩種通訊鏈路組成通訊鏈路雙網備份，保證SCADA 系統與PLC 通訊的可靠性。
4.2.2 通訊協議的選擇
SCADA 系統與PLC 的通訊協議主要有TCP 協議和UDP 協議兩種，TCP 協議傳送數據前需要首先建立連接，錯誤的數據將會自動重發，因而可靠性好，但網絡負擔較重：另一種是UDP 協議，這種用戶報文協議是一個無連接協議，發送方只負責發送數據，因此不能確保數據傳輸完全正確，但它占用網絡資源較少�？紤]到中央控制室與泵站的通訊是遠程通訊，網絡帶寬有限，應此選用UDP 協議作為iFIX 與PLC 之間的通訊協議。同時，在iFIX 中設置POLLING 的超時時間和重發次數，保證POLLING 的準確性。
4.2.3 通訊鏈路的切換
iFIX 與PLC 的通訊方式是采用POLLING 方式，iFIX 首先向PLC 發送POLLING的數據包，PLC 接收到數據包后，如果數據包的格式正確，PLC 將回答一個數據包給iFIX，iFIX 通過分析PLC 回答的數據包獲取PLC 中的數據。
系統中iFIX 和PLC 的通訊采用雙網備份，iFIX 不斷發數據包，系統開發的通訊鏈路切換程序將根據網絡的情況選擇數據包送往PLC 的網絡鏈路。通過這種雙網切換的方式，大大降低了由于某種通訊鏈路中斷對泵站遠程監控的影響。
4.3 報警處理模塊
報警處理模塊將SCADA 系統監控到的泵站生產的報警信息及時傳遞給用戶。
iFIX 組建的SCADA 節點為我們提供了很好的報警處理辦法。通過對數據塊的定義，可以產生SCADA 系統的多種報警，例如液位情況、設備開關等。報警處理模塊主要是的作為SCADA 報警處理的語音補充，其實現辦法如下：
利用iFIX 的報警ODBC 導出功能，我們將系統的報警導出，首先放進SQLSERVER 數據庫中，報警語音處理模塊收集保存在SQL SERVER 中報警信息，分析后進行語音輸出。報警處理模塊包括電腦語音報警處理和電話語音報警處理。電腦語言報警處理通過電腦音箱語言提示操作人員系統故障報警的產生。當電腦語言提示后經過一定時間報警仍然未處理時，報警處理模塊將播通預先設定好的電話，通過電話語言提示系統的報警。
4.4 歷史數據庫處理模塊
系統采用Historian 建立系統的歷史數據庫，利用Historian 提供的OLE DB和EXCELADDIN 接口讀取歷史數據并產生曲線和生產報表。
Historian 是一個企業級的歷史數據庫，它可以以極快的速度將分布在生產線，以及其他企業數據庫。
系統在前端控制系統的SCADA 節點上安裝采集器Collector，該采集器可以實時采集SCADA 的實時數據，在壓縮之后發送送給Historian 服務器。數據的采集Historian 可以以20000 次/秒處理數據讀寫事件、數據記錄毫秒級的時間分辨率、采集器可以提供100ms 的數據采集速度。在本系統中數據采集所要達到的技術指標完全足夠。
Historian 提供采集死區壓縮和歸檔存儲壓縮兩種手段壓縮記錄過程數據。這樣就節省了大量的存儲空間，使得數據備份的時間大大加常，數據查詢也變的十分的方便，用戶可以在5 到7 年以內不用擔心硬盤空間不足。
Historian 提供多種數據接口，通過OLE DB、可以使用標準的SQL 語句查詢Historian 中的歷史數據、系統消息、標簽點等，本系統利用此功能在iFIX SCADA節點上制作歷史和實時曲線，并利用VBA 控件，制作支持條件和時間查詢的對話框，使系統的曲線功能變的強大而實用。在局域網內的計算機上安裝Historian客戶端和EXCEL Addin 報表工具，讓報表工作變得輕松而便捷：一類按時間段查詢的電流、電壓、水位等模擬量報表只需要在EXCEL Addin 里面定義時間段的大小和查詢的標簽名即可實現；一類按開、關泵等事件報表則通過Historian 在數據壓縮的強大功能，定義好查詢的時間段和標簽名輕松實現；一類生產報表則可利用Historian 的原始數據，在EXCEL 中簡單的計算即可完成。另外，通過iFIX跟SQL SERVER 的交互，實現將故障記錄實時存儲，并利用EXCEL VBA 功能將數據顯示在EXCEL 中。
Historian 用戶界面友好，易于管理和使用�？蓪浞萆傻臄祿募M行配置；可對訪問數據庫的安全權限進行配置；可對發生的操作和系統事件進行查詢；可對采集器和數據點進行輕松便利的管理。
系統應用Historian 為核心開發的歷史數據庫模塊有效的記錄和分析了各個泵站歷史的生產數據。
4.5 網頁發布模塊
網頁發布模塊應用iWebserver 將iFIX 開發的監控畫面、曲線、表格WEB化，然后通過IIS，將網頁化的監控界面在INTRANET 上發布。通過iWebserver，通過瀏覽器瀏覽到的監控畫面上的數據也可以得到實時更新。
另外，MicrosoftWindows 系統提供了電話MODEM 撥入功能。不論你在何處，只要有電話線和電話MODEM、知道了密碼，都可以撥號進入iWebserver服務器，瀏覽各個泵站的運行情況。
通過iWebserver 建立的網頁發布模塊很好的滿足的遠程辦公的需要，污水泵站領導和工程師可以在辦公室和家里及時了解泵站的生產信息。
五、結束語
通過以上技術，完整的實現了污水泵站遠程集散監控系統的應用需求。目前，系統正穩定的運行，泵站管理人員能可靠的在監控中心遠程監控各個被監控泵站的設備，將能夠長年累月的記錄各個泵站中各種設備的運行數據，并能進行有效的分析，這些將有效的提高了泵站管理的先進性和管理的信息化水平。系統運行以來，泵站實現了無人管理，很好的節省人力、提高效率和創造效益，同時，也提高了泵站生產的準確性。
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