GE Fanuc監(jiān)控軟件在污水泵站遠(yuǎn)程集散監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要：本文介紹了iFIX、Historian和iWebserver等GE Fanuc軟件在污水泵站遠(yuǎn)程集散監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。介紹了污水泵站遠(yuǎn)程集散監(jiān)控系統(tǒng)的功能和實(shí)現(xiàn)辦法。
關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程監(jiān)控，雙網(wǎng)備份，語(yǔ)音報(bào)警，SCADA，iFIX，Historian，iWebserver, INTRANET GPRS PSTN.
一 、引言深圳市水務(wù)集團(tuán)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(fù)責(zé)收集各個(gè)片區(qū)的污水和雨水，撈除大的垃圾后對(duì)污水加壓送往各個(gè)污水處理廠(chǎng)進(jìn)行進(jìn)一步的凈化處理。
污水泵站肩負(fù)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(lái)十分不便，以往只能在各個(gè)主要的大泵站安排值班人員，工作人員每天對(duì)附近的小泵站進(jìn)行巡檢，然后通過(guò)電話(huà)與調(diào)度人員互相聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站的統(tǒng)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(zhǔn)確性都比較低。另外，污水泵站的工作環(huán)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(wù)集團(tuán)提出建設(shè)泵站遠(yuǎn)程集散監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)施對(duì)泵站運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)泵站數(shù)據(jù)的統(tǒng)一化管理和泵站無(wú)人值守。
由于污水泵站生產(chǎn)的重要性，上位監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性就十分重要。通過(guò)比較，我們選用GE Fanuc的iFIX作為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的SCADA組態(tài)軟件，選用Historian作為泵站歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的組態(tài)軟件，選用iWebserver實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)在網(wǎng)路上的發(fā)布。
二、系統(tǒng)需求根據(jù)泵站集散遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用目的，系統(tǒng)主要有以下幾點(diǎn)需求：
其一，泵站中央控制室的調(diào)度人員應(yīng)可以同時(shí)監(jiān)視和控制系統(tǒng)所有的泵站，可以遠(yuǎn)程對(duì)泵站的設(shè)備進(jìn)行操作，系統(tǒng)對(duì)每個(gè)泵站的POLLING 小于3秒鐘；
其二，中控室應(yīng)對(duì)SCADA服務(wù)器應(yīng)進(jìn)行雙SCADA服務(wù)器冗余備份，保證SCADA系統(tǒng)運(yùn)行的可靠；
其三，應(yīng)保證泵站與中央控制室通訊的可靠和穩(wěn)定；
其四，應(yīng)建立完善的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，專(zhuān)門(mén)記錄各個(gè)泵站的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，方便中控人員查詢(xún)和分析；
其五，在系統(tǒng)建成SCADA系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，把監(jiān)控畫(huà)面網(wǎng)頁(yè)化，使用WEB技術(shù)，讓用戶(hù)可通過(guò)辦公網(wǎng)絡(luò)瀏覽SCADA系統(tǒng)發(fā)布的實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息；
其六，應(yīng)提供完善的報(bào)警處理方案，確保系統(tǒng)產(chǎn)生的報(bào)警能準(zhǔn)確快速的告訴中控有關(guān)人員，保證泵站生產(chǎn)的安全；
三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說(shuō)明泵站遠(yuǎn)程集散監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖一所示：
圖一 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖系統(tǒng)首先在每個(gè)泵站安裝PLC控制系統(tǒng)，各個(gè)泵站的PLC負(fù)責(zé)采集所在泵站的各種設(shè)備的的信號(hào)，并對(duì)某些設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制。泵站當(dāng)?shù)剡€安裝有觸摸屏操作終端，觸摸屏操作終端連接PLC,可直接對(duì)泵站的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。因此，每個(gè)泵站的PLC控制系統(tǒng)都是一個(gè)完整的系統(tǒng)，在脫離上位遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)都可獨(dú)立運(yùn)作。
系統(tǒng)中央控制室選用iFIX組建SCADA系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)通過(guò)INTRANET（IP城域網(wǎng)）,GPRS以及PSTN的方式與各個(gè)泵站的PLC通訊，實(shí)現(xiàn)泵站的統(tǒng)一監(jiān)控。
3．1 中央控制室結(jié)構(gòu)泵站集散遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的中央控制室由多臺(tái)PC和服務(wù)器組成，中央控制室的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖二所示：
圖二 中央控制室系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 中央控制室配置兩個(gè)由iFIX搭建的SCADA節(jié)點(diǎn)，兩臺(tái)SCADA服務(wù)器還選用了iFIX的SCADA冗余功能，采用邏輯節(jié)點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)SCADA服務(wù)器的雙機(jī)備份冗余處理。中央控制室還配置一臺(tái)歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫(kù)軟件采用GE Fanuc的Historian,該數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)高速和高壓縮性的記錄SCADA服務(wù)器所采集的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。中央控制室的通訊前置機(jī)安裝iWebserver軟件，負(fù)責(zé)將監(jiān)控畫(huà)面網(wǎng)絡(luò)化，并通過(guò)INTRANET或者電話(huà)MODEM發(fā)布出去；另外通訊前置機(jī)還負(fù)責(zé)PSTN通訊以及電話(huà)語(yǔ)音報(bào)警的處理。
3．2 泵站當(dāng)?shù)乜刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)監(jiān)控的污水泵站主要有兩種類(lèi)型，一種是規(guī)模比較大的泵站，另一種是規(guī)模較小的泵站。
規(guī)模較大的泵站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖三所示:,
圖三 大泵站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖大泵站的PLC直接提供以太網(wǎng)口，并且采用有線(xiàn)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(wú)線(xiàn)通訊作為有線(xiàn)通訊方式的備份鏈路；
規(guī)模較小的泵站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖四所示：
圖四 小泵站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 小泵站由于條件限制，采用有線(xiàn)方式費(fèi)用太高，因此采用GPRS無(wú)線(xiàn)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(tǒng)的主要功能的解決辦法4.1 SCADA功能模塊系統(tǒng)選用的iFIX具有強(qiáng)大的SCADA功能，利用iFIX對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集在PLC中的信號(hào)進(jìn)行歸類(lèi)，建立iFIX的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)里的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行定義，將現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備報(bào)警定義在iFIX中，由iFIX對(duì)報(bào)警進(jìn)行處理，在組態(tài)畫(huà)面上產(chǎn)生需要用戶(hù)確認(rèn)的報(bào)警信息。另外，利用iFIX強(qiáng)大的畫(huà)面開(kāi)發(fā)功能以及iFIX對(duì)VBA的支持，也幫助我們開(kāi)發(fā)出靚麗的并且符合用戶(hù)操作習(xí)慣的SCADA界面。系統(tǒng)中應(yīng)用iFIX建立了3000多個(gè)點(diǎn)的SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)性能和效率都很高。
圖五 部分系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控畫(huà)面4.2通訊處理模塊4.2.1 通訊鏈路情況系統(tǒng)中一共使用了三種通訊鏈路建立中央控制室SCADA系統(tǒng)與泵站當(dāng)?shù)豍LC的聯(lián)系。這三種通訊鏈路為：INTRANET(IP城域網(wǎng))、GPRS()以及PSTN（電話(huà)網(wǎng)絡(luò)）。根據(jù)泵站當(dāng)?shù)氐臈l件，系統(tǒng)選用其中的兩種通訊鏈路組成通訊鏈路雙網(wǎng)備份，保證SCADA系統(tǒng)與PLC通訊的可靠性。
4.2.2 通訊協(xié)議的選擇SCADA系統(tǒng)與PLC的通訊協(xié)議主要有TCP協(xié)議和UDP協(xié)議兩種，TCP協(xié)議傳送數(shù)據(jù)前需要首先建立連接，錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)將會(huì)自動(dòng)重發(fā)，因而可靠性好，但網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)較重：另一種是UDP協(xié)議，這種用戶(hù)報(bào)文協(xié)議是一個(gè)無(wú)連接協(xié)議，發(fā)送方只負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)，因此不能確保數(shù)據(jù)傳輸完全正確，但它占用網(wǎng)絡(luò)資源較少?？紤]到中央控制室與泵站的通訊是遠(yuǎn)程通訊，網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，應(yīng)此選用UDP協(xié)議作為iFIX與PLC之間的通訊協(xié)議。同時(shí)，在iFIX中設(shè)置POLLING的超時(shí)時(shí)間和重發(fā)次數(shù)，保證POLLING的準(zhǔn)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(fā)送POLLING的數(shù)據(jù)包，PLC接收到數(shù)據(jù)包后，如果數(shù)據(jù)包的格式正確，PLC將回答一個(gè)數(shù)據(jù)包給iFIX，iFIX通過(guò)分析PLC回答的數(shù)據(jù)包獲取PLC中的數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)中iFIX和PLC的通訊采用雙網(wǎng)備份，iFIX不斷發(fā)數(shù)據(jù)包，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的通訊鏈路切換程序?qū)⒏鶕?jù)網(wǎng)絡(luò)的情況選擇數(shù)據(jù)包送往PLC的網(wǎng)絡(luò)鏈路。通過(guò)這種雙網(wǎng)切換的方式，大大降低了由于某種通訊鏈路中斷對(duì)泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控的影響。
4.3報(bào)警處理模塊報(bào)警處理模塊將SCADA系統(tǒng)監(jiān)控到的泵站生產(chǎn)的報(bào)警信息及時(shí)傳遞給用戶(hù)。
iFIX組建的SCADA節(jié)點(diǎn)為我們提供了很好的報(bào)警處理辦法。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)塊的定義，可以產(chǎn)生SCADA系統(tǒng)的多種報(bào)警，例如液位情況、設(shè)備開(kāi)關(guān)等。
報(bào)警處理模塊主要是的作為SCADA報(bào)警處理的語(yǔ)音補(bǔ)充，其實(shí)現(xiàn)辦法如下：
圖六 報(bào)警處理模塊結(jié)構(gòu)利用iFIX的報(bào)警ODBC導(dǎo)出功能，我們將系統(tǒng)的報(bào)警導(dǎo)出，首先放進(jìn)SQL SERVER數(shù)據(jù)庫(kù)中，報(bào)警語(yǔ)音處理模塊收集保存在SQL SERVER中報(bào)警信息，分析后進(jìn)行語(yǔ)音輸出。報(bào)警處理模塊包括電腦語(yǔ)音報(bào)警處理和電話(huà)語(yǔ)音報(bào)警處理。電腦語(yǔ)言報(bào)警處理通過(guò)電腦音箱語(yǔ)言提示操作人員系統(tǒng)故障報(bào)警的產(chǎn)生。當(dāng)電腦語(yǔ)言提示后經(jīng)過(guò)一定時(shí)間報(bào)警仍然未處理時(shí)，報(bào)警處理模塊將播通預(yù)先設(shè)定好的電話(huà)，通過(guò)電話(huà)語(yǔ)言提示系統(tǒng)的報(bào)警。
4.4歷史數(shù)據(jù)庫(kù)處理模塊系統(tǒng)采用Historian建立系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，利用Historian提供的OLE DB和EXCEL ADDIN接口讀取歷史數(shù)據(jù)并產(chǎn)生曲線(xiàn)和生產(chǎn)報(bào)表。
Historian 是一個(gè)企業(yè)級(jí)的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，它可以以極快的速度將分布在生產(chǎn)線(xiàn)，以及其他企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)。
系統(tǒng)在前端控制系統(tǒng)的SCADA節(jié)點(diǎn)上安裝采集器Collector，該采集器可以實(shí)時(shí)采集SCADA的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在壓縮之后發(fā)送送給Historian服務(wù)器。數(shù)據(jù)的采集Historian可以以20000次/秒處理數(shù)據(jù)讀寫(xiě)事件、數(shù)據(jù)記錄毫秒級(jí)的時(shí)間分辨率、采集器可以提供100ms的數(shù)據(jù)采集速度。在本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集所要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)完全足夠。Historian提供采集死區(qū)壓縮和歸檔存儲(chǔ)壓縮兩種手段壓縮記錄過(guò)程數(shù)據(jù)。這樣就節(jié)省了大量的存儲(chǔ)空間，使得數(shù)據(jù)備份的時(shí)間大大加常，數(shù)據(jù)查詢(xún)也變的十分的方便，用戶(hù)可以在5到7年以?xún)?nèi)不用擔(dān)心硬盤(pán)空間不足。Historian提供多種數(shù)據(jù)接口，通過(guò)OLE DB、可以使用標(biāo)準(zhǔn)的SQL語(yǔ)句查詢(xún)Historian中的歷史數(shù)據(jù)、系統(tǒng)消息、標(biāo)簽點(diǎn)等，本系統(tǒng)利用此功能在iFIX SCADA節(jié)點(diǎn)上制作歷史和實(shí)時(shí)曲線(xiàn)，并利用VBA控件，制作支持條件和時(shí)間查詢(xún)的對(duì)話(huà)框，使系統(tǒng)的曲線(xiàn)功能變的強(qiáng)大而實(shí)用。在局域網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)上安裝Historian客戶(hù)端和EXCEL Addin報(bào)表工具，讓報(bào)表工作變得輕松而便捷：一類(lèi)按時(shí)間段查詢(xún)的電流、電壓、水位等模擬量報(bào)表只需要在EXCEL Addin里面定義時(shí)間段的大小和查詢(xún)的標(biāo)簽名即可實(shí)現(xiàn)；一類(lèi)按開(kāi)、關(guān)泵等事件報(bào)表則通過(guò)Historian在數(shù)據(jù)壓縮的強(qiáng)大功能，定義好查詢(xún)的時(shí)間段和標(biāo)簽名輕松實(shí)現(xiàn)；一類(lèi)生產(chǎn)報(bào)表則可利用Historian的原始數(shù)據(jù)，在EXCEL中簡(jiǎn)單的計(jì)算即可完<
