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(shè)了大量的城市污水處理廠。但是以下幾個(gè)問題一直困擾著我們：
廠區(qū)面積大，設(shè)備分散，有的污水廠還有污水提升泵站，可能相距上千米；
設(shè)備種類繁多，數(shù)量大，維護(hù)不便；
成套設(shè)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(diào)試和運(yùn)營過程中需要經(jīng)常調(diào)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(luò)化的、開放性的基于IT系統(tǒng)集成控制技術(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)，結(jié)合污水處理的工藝特點(diǎn)制作大量的工藝參數(shù)設(shè)定界面，配備專業(yè)的管理軟件，真正的實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的集中監(jiān)視、分散控制、柔性調(diào)整和設(shè)備的自動(dòng)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(dòng)化程度，可以實(shí)現(xiàn)近乎無人值守的運(yùn)行條件。
二.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
整個(gè)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(shè)備管理軟件、一套故障診斷軟件，一臺工程節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)、兩臺監(jiān)控節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)、一臺輔助計(jì)算機(jī)、一臺視頻服務(wù)器、手機(jī)短信系統(tǒng)、UPS電源、打印機(jī)等組成。
從結(jié)構(gòu)上，把這些設(shè)備和軟件劃分為三層網(wǎng)絡(luò)層面：監(jiān)控管理層、車間控制層、現(xiàn)場總線層。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
（一）監(jiān)控管理層
采用當(dāng)前使用最普遍的以太網(wǎng)作為基礎(chǔ)。以太網(wǎng)以其數(shù)據(jù)信賴性、通訊速度快、維護(hù)方便和價(jià)格低廉的特點(diǎn)，在這個(gè)系統(tǒng)的上位監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和融合管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了滿意的結(jié)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(qiáng)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(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)服務(wù)器組成，采用現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通訊技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合，將系統(tǒng)中的各種信息資源有機(jī)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(gè)共享數(shù)據(jù)庫的設(shè)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(luò)版組態(tài)軟件WebAccess6.0，完全基于B/S架構(gòu)的自動(dòng)化軟件。
全部工程項(xiàng)目、數(shù)據(jù)庫設(shè)置、圖面制作和軟件管理都可以通過Internet或Intranet在異地使用標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器完成。
采用支持分布式構(gòu)架的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，并把監(jiān)控節(jié)點(diǎn)組成冗余結(jié)構(gòu)，中央數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及多層式網(wǎng)絡(luò)安全結(jié)構(gòu)。
1）監(jiān)控節(jié)點(diǎn)
監(jiān)控節(jié)點(diǎn)連接自動(dòng)化硬件設(shè)備，并可以通過網(wǎng)絡(luò)向客戶端、其他監(jiān)控節(jié)點(diǎn)及工程節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。
2）工程節(jié)點(diǎn)
工程節(jié)點(diǎn)是一個(gè)配置數(shù)據(jù)的中央數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，客戶端可以通過工程節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)瀏覽監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀況。
3）客戶端
客戶端可以運(yùn)行在安裝了Windows XP或Windows2000的工業(yè)計(jì)算機(jī)和普通計(jì)算機(jī)上，客戶端通過IE瀏覽器，顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)圖面，完成各種遠(yuǎn)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(diǎn)、一臺冗余監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和一臺工程節(jié)點(diǎn)構(gòu)成冗余監(jiān)控系統(tǒng)，兩臺監(jiān)控節(jié)點(diǎn)互為冗余，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)主監(jiān)控節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)通訊和數(shù)據(jù)傳輸，兩臺監(jiān)控節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)同步，客戶端可以通過網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況。部分畫面如圖2、3。
圖2 前處理圖 圖3參數(shù)設(shè)定
當(dāng)主監(jiān)控節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)馬上切換到冗余監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，由于兩個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)同步，因此可以實(shí)現(xiàn)無擾切換，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
當(dāng)工程節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)會(huì)在本機(jī)上生成保存數(shù)據(jù)的臨時(shí)文件，當(dāng)工程節(jié)點(diǎn)恢復(fù)正常后，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)在不影響正常數(shù)據(jù)上傳的前提下逐漸將臨時(shí)文件中的數(shù)據(jù)上傳到工程節(jié)點(diǎn)上，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和完整性。
2．設(shè)備管理軟件
設(shè)備管理軟件主要解決污水處理廠設(shè)備種類多，信息量大而復(fù)雜，涉及崗位、人員眾多，處理流程煩瑣等問題。
該軟件將設(shè)備管理中涉及到的人、物、廠商、保養(yǎng)、維修、運(yùn)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(jī)結(jié)合在一起，協(xié)同工作并將管理過程納入一套標(biāo)準(zhǔn)的流程控制中，實(shí)現(xiàn)設(shè)備資源全生命周期管理，最大化利用設(shè)備資源，幫助客戶提高設(shè)備的可用性和資產(chǎn)管理質(zhì)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(shè)定畫面
設(shè)備管理軟件的主要功能有：
1）網(wǎng)絡(luò)功能
系統(tǒng)為B/S建構(gòu)可與監(jiān)控系統(tǒng)無縫結(jié)合，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。
2）設(shè)備廠商管理
設(shè)置詳細(xì)廠商信息，將廠商的功能范圍具體化，使設(shè)備在維護(hù)、采購、評定等方面的管理更加便捷。
3）設(shè)備類型參數(shù)管理
設(shè)備類型參數(shù)設(shè)定是本系統(tǒng)比較有特點(diǎn)的設(shè)計(jì)。用戶可以自由的設(shè)定設(shè)備的類型參數(shù)，使每個(gè)設(shè)備的特有參數(shù)都得到體現(xiàn)。
4）設(shè)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(shè)備組來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的分類管理。
5）設(shè)備狀態(tài)管理
系統(tǒng)能夠智能地采集設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)，來計(jì)算設(shè)備的剩余壽命以及維護(hù)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(yīng)實(shí)際采集現(xiàn)場的設(shè)備數(shù)據(jù)和手動(dòng)輸入的數(shù)據(jù)。
6）設(shè)備維護(hù)
?、僭O(shè)備保養(yǎng)：設(shè)備保養(yǎng)可分為定時(shí)保養(yǎng)（按設(shè)備運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行保養(yǎng)）和定期保養(yǎng)（按照固定的時(shí)間間隔進(jìn)行保養(yǎng)）。主要包括：保養(yǎng)信息登陸，保養(yǎng)履歷查看，設(shè)備類型保養(yǎng)項(xiàng)目添加，保養(yǎng)消耗備品備件設(shè)定，保養(yǎng)提示，保養(yǎng)報(bào)表生成等功能。
②維修更新：主要包括設(shè)備維修信息登陸，維修履歷查看，設(shè)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(shè)定，設(shè)備維修狀態(tài)監(jiān)視等功能。
③庫存管理：主要完成預(yù)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(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行圖表表示。以折線圖的形式表示設(shè)備的開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)。
⑤工作計(jì)劃提示：系統(tǒng)能夠完成節(jié)假日設(shè)定，在進(jìn)行設(shè)備維護(hù)設(shè)定時(shí)進(jìn)行提示，避免在節(jié)假日進(jìn)行維護(hù)，并可以根據(jù)維護(hù)設(shè)定，生成每個(gè)用戶的工作日程，方便領(lǐng)導(dǎo)和維護(hù)人員自己進(jìn)行工作安排。
?、尴到y(tǒng)監(jiān)視：系統(tǒng)監(jiān)視是本系統(tǒng)的主頁面，對整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行集計(jì)統(tǒng)計(jì)。狀態(tài)分為運(yùn)行、維修更新、定期保養(yǎng)。頁面一分鐘更新一次，進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。
⑦自定義報(bào)表功能：系統(tǒng)支持自定義報(bào)表工具制作的各種報(bào)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(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和故障診斷，對故障的發(fā)生狀況、恢復(fù)狀況進(jìn)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(jìn)行選擇確認(rèn)。
同時(shí)，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(shè)備的場所以及設(shè)備的技術(shù)資料等。以及對發(fā)生故障時(shí)的狀態(tài)數(shù)據(jù)可以進(jìn)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：
?、倬W(wǎng)絡(luò)功能：系統(tǒng)為B/S建構(gòu)可與監(jiān)控系統(tǒng)無縫結(jié)合，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。
?、跀?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(shè)備數(shù)據(jù)交換的橋梁，它把現(xiàn)場設(shè)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(shè)備。
?、酃收显\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(shí)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
