一、前言
隨著國際大環(huán)境的改變，國家對節(jié)能和環(huán)保越來越重視。最近幾年我國建設了大量的城市污水處理廠。但是以下幾個問題一直困擾著我們：
廠區(qū)面積大，設備分散，有的污水廠還有污水提升泵站，可能相距上千米；
設備種類繁多，數(shù)量大，維護不便；
成套設備較多，污泥脫水系統(tǒng)、消毒系統(tǒng)和電力監(jiān)測系統(tǒng)通訊協(xié)議多種多樣，互操作性差；
工藝參數(shù)不確定，系統(tǒng)調試和運營過程中需要經(jīng)常調整控制程序，給工藝人員和自控廠家都帶來的極大的麻煩。
因此，為了更好的解決以上問題我們開發(fā)了一套完全網(wǎng)絡化的、開放性的基于IT系統(tǒng)集成控制技術的系統(tǒng)架構，結合污水處理的工藝特點制作大量的工藝參數(shù)設定界面，配備專業(yè)的管理軟件，真正的實現(xiàn)了系統(tǒng)的集中監(jiān)視、分散控制、柔性調整和設備的自動管理。充分發(fā)揮了系統(tǒng)軟硬件的功能，大大提高了系統(tǒng)的自動化程度，可以實現(xiàn)近乎無人值守的運行條件。
二.系統(tǒng)的結構
整個污水處理廠的控制系統(tǒng)由三套三菱Q系列PLC、一套西門子S7-300 PLC、兩套WebAccess6.0軟件、一套設備管理軟件、一套故障診斷軟件，一臺工程節(jié)點計算機、兩臺監(jiān)控節(jié)點計算機、一臺輔助計算機、一臺視頻服務器、手機短信系統(tǒng)、UPS電源、打印機等組成。
從結構上，把這些設備和軟件劃分為三層網(wǎng)絡層面：監(jiān)控管理層、車間控制層、現(xiàn)場總線層。其結構如圖1所示。
（一）監(jiān)控管理層
采用當前使用最普遍的以太網(wǎng)作為基礎。以太網(wǎng)以其數(shù)據(jù)信賴性、通訊速度快、維護方便和價格低廉的特點，在這個系統(tǒng)的上位監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡和融合管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡中得到了廣泛的應用，并取得了滿意的結果。
我們將原來劃分較為明顯的管理層和監(jiān)控層融合在一起，形成了融合的監(jiān)控管理層，強化了管理與監(jiān)控的聯(lián)系，共享數(shù)據(jù)信息，提高工廠的管理水平。
其中管理子層由輔助軟件計算機和數(shù)據(jù)服務器組成，采用現(xiàn)代的網(wǎng)絡技術，通訊技術和數(shù)據(jù)庫技術相結合，將系統(tǒng)中的各種信息資源有機整理，以人性化的方式將各種資源呈現(xiàn)給操作者和管理者。管理子層主要由兩個共享數(shù)據(jù)庫的設備管理軟件包和故障診斷軟件包組成。
1．上位監(jiān)控系統(tǒng)
采用網(wǎng)絡版組態(tài)軟件WebAccess6.0，完全基于B/S架構的自動化軟件。
全部工程項目、數(shù)據(jù)庫設置、圖面制作和軟件管理都可以通過Internet或Intranet在異地使用標準的瀏覽器完成。
采用支持分布式構架的監(jiān)控節(jié)點，并把監(jiān)控節(jié)點組成冗余結構，中央數(shù)據(jù)庫服務器及多層式網(wǎng)絡安全結構。
1）監(jiān)控節(jié)點
監(jiān)控節(jié)點連接自動化硬件設備，并可以通過網(wǎng)絡向客戶端、其他監(jiān)控節(jié)點及工程節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)。
2）工程節(jié)點
工程節(jié)點是一個配置數(shù)據(jù)的中央數(shù)據(jù)庫服務器，客戶端可以通過工程節(jié)點動態(tài)瀏覽監(jiān)控節(jié)點的運行狀況。
3）客戶端
客戶端可以運行在安裝了Windows XP或Windows2000的工業(yè)計算機和普通計算機上，客戶端通過IE瀏覽器，顯示實時數(shù)據(jù)的動態(tài)圖面，完成各種遠程控制。
4）冗余系統(tǒng)
本上位監(jiān)控系統(tǒng)由一臺監(jiān)控節(jié)點、一臺冗余監(jiān)控節(jié)點和一臺工程節(jié)點構成冗余監(jiān)控系統(tǒng)，兩臺監(jiān)控節(jié)點互為冗余，系統(tǒng)正常運行時主監(jiān)控節(jié)點完成數(shù)據(jù)通訊和數(shù)據(jù)傳輸，兩臺監(jiān)控節(jié)點實時保持數(shù)據(jù)同步，客戶端可以通過網(wǎng)絡，實時監(jiān)控系統(tǒng)運行情況。部分畫面如圖2、3。
圖2 前處理圖 圖3參數(shù)設定
當主監(jiān)控節(jié)點出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)馬上切換到冗余監(jiān)控節(jié)點，由于兩個監(jiān)控節(jié)點實時保持數(shù)據(jù)同步，因此可以實現(xiàn)無擾切換，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
當工程節(jié)點故障時，監(jiān)控節(jié)點會在本機上生成保存數(shù)據(jù)的臨時文件，當工程節(jié)點恢復正常后，監(jiān)控節(jié)點在不影響正常數(shù)據(jù)上傳的前提下逐漸將臨時文件中的數(shù)據(jù)上傳到工程節(jié)點上，保證數(shù)據(jù)的實時性和完整性。
2．設備管理軟件
設備管理軟件主要解決污水處理廠設備種類多，信息量大而復雜，涉及崗位、人員眾多，處理流程煩瑣等問題。
該軟件將設備管理中涉及到的人、物、廠商、保養(yǎng)、維修、運行狀態(tài)等聯(lián)系在一起，將監(jiān)控、維修、保養(yǎng)、備品備件、廠商等各種管理要素有機結合在一起，協(xié)同工作并將管理過程納入一套標準的流程控制中，實現(xiàn)設備資源全生命周期管理，最大化利用設備資源，幫助客戶提高設備的可用性和資產(chǎn)管理質量。部分軟件畫面如圖4、5。
圖4系統(tǒng)監(jiān)視畫面 圖5參數(shù)設定畫面
設備管理軟件的主要功能有：
1）網(wǎng)絡功能
系統(tǒng)為B/S建構可與監(jiān)控系統(tǒng)無縫結合，實現(xiàn)網(wǎng)絡化。
2）設備廠商管理
設置詳細廠商信息，將廠商的功能范圍具體化，使設備在維護、采購、評定等方面的管理更加便捷。
3）設備類型參數(shù)管理
設備類型參數(shù)設定是本系統(tǒng)比較有特點的設計。用戶可以自由的設定設備的類型參數(shù)，使每個設備的特有參數(shù)都得到體現(xiàn)。
4）設備組管理
本系統(tǒng)可以適用于各類型工廠和樓宇等各種場所，用戶可以自由的添加設備組來實現(xiàn)設備的分類管理。
5）設備狀態(tài)管理
系統(tǒng)能夠智能地采集設備的相關數(shù)據(jù)，來計算設備的剩余壽命以及維護保養(yǎng)的周期等。采集數(shù)據(jù)分為在線和非在線兩種模式。分別對應實際采集現(xiàn)場的設備數(shù)據(jù)和手動輸入的數(shù)據(jù)。
6）設備維護
①設備保養(yǎng)：設備保養(yǎng)可分為定時保養(yǎng)（按設備運行時間進行保養(yǎng)）和定期保養(yǎng)（按照固定的時間間隔進行保養(yǎng)）。主要包括：保養(yǎng)信息登陸，保養(yǎng)履歷查看，設備類型保養(yǎng)項目添加，保養(yǎng)消耗備品備件設定，保養(yǎng)提示，保養(yǎng)報表生成等功能。
②維修更新：主要包括設備維修信息登陸，維修履歷查看，設備類型故障現(xiàn)象、原因、對策添加，維修更新消耗備品備件設定，設備維修狀態(tài)監(jiān)視等功能。
③庫存管理：主要完成預備品消耗品的添加，出入庫登記，件消耗履歷，采購提示等功能。
④履歷：對在線狀態(tài)的設備運行狀況進行圖表表示。以折線圖的形式表示設備的開關運行狀態(tài)。
⑤工作計劃提示：系統(tǒng)能夠完成節(jié)假日設定，在進行設備維護設定時進行提示，避免在節(jié)假日進行維護，并可以根據(jù)維護設定，生成每個用戶的工作日程，方便領導和維護人員自己進行工作安排。
⑥系統(tǒng)監(jiān)視：系統(tǒng)監(jiān)視是本系統(tǒng)的主頁面，對整個系統(tǒng)的設備狀態(tài)進行集計統(tǒng)計。狀態(tài)分為運行、維修更新、定期保養(yǎng)。頁面一分鐘更新一次，進行實時的監(jiān)控。
⑦自定義報表功能：系統(tǒng)支持自定義報表工具制作的各種報表。
3．故障診斷系統(tǒng)
故障診斷系統(tǒng)對現(xiàn)場控制系統(tǒng)軟硬件的運行狀態(tài)進行監(jiān)視和故障診斷，對故障的發(fā)生狀況、恢復狀況進行監(jiān)控和管理，對該故障發(fā)生的可能的原因，以列表的形式提供給用戶進行選擇確認。
同時，可以根據(jù)現(xiàn)場狀態(tài)判斷故障發(fā)生的原因、概率和優(yōu)先度，并能顯示解決方案和設備的場所以及設備的技術資料等。以及對發(fā)生故障時的狀態(tài)數(shù)據(jù)可以進行記錄和圖表顯示。其功能框圖如圖6所示。
圖6系統(tǒng)故障診斷功能框圖
故障診斷系統(tǒng)的主要功能有：
①網(wǎng)絡功能：系統(tǒng)為B/S建構可與監(jiān)控系統(tǒng)無縫結合，實現(xiàn)網(wǎng)絡化。
②數(shù)據(jù)采集：數(shù)據(jù)采集功能是故障診斷系統(tǒng)和現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)交換的橋梁，它把現(xiàn)場設備狀態(tài)數(shù)據(jù)取出，傳送給故障診斷邏輯處理部分，故障診斷的指令通過它發(fā)給現(xiàn)場設備。
③故障診斷邏輯處理：故障是否發(fā)生是通過故障診斷邏輯處理部分實現(xiàn)，現(xiàn)場傳送來的數(shù)據(jù)，通過故障診斷邏輯處理判斷是否發(fā)生故障,如果發(fā)生
