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大連久鵬電子係統工程有限公司 王海宇 高連鵬
大連職業技術學院 董春利
摘 要：為提高汙水處理廠的信息化程度，提高設備管理和運營管理，開發了一套基於IT信息係統集成控製技術的係統，並運行在實際工程中。本文重點闡述了這套係統開發的背景、係統組成、主要功能等，並在提高自動化程度、柔性化程度，提高係統穩定性，提高自控設備利用率，避免自動化“孤島”方麵得到了驗證。
關鍵字： 信息係統集成 工廠信息化 Profibus現場總線技術 Web瀏覽技術 設備管理 故障診斷 汙水處理控製係統 WebAccess MELSECNET
一、前言
隨sui著zhe國guo際ji大da環huan境jing的de改gai變bian，國guo家jia對dui節jie能neng和he環huan保bao越yue來lai越yue重zhong視shi。最zui近jin幾ji年nian我wo國guo建jian設she了le大da量liang的de城cheng市shi汙wu水shui處chu理li廠chang。但dan是shi以yi下xia幾ji個ge問wen題ti一yi直zhi困kun擾rao著zhe我wo們men：
廠區麵積大，設備分散，有的汙水廠還有汙水提升泵站，可能相距上千米；
設備種類繁多，數量大，維護不便；
成套設備較多，汙泥脫水係統、消毒係統和電力監測係統通訊協議多種多樣，互操作性差；
工藝參數不確定，係統調試和運營過程中需要經常調整控製程序，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了一套完全網絡化的、開放性的基於ITxitongjichengkongzhijishudexitongjiagou，jiehewushuichulidegongyitedianzhizuodaliangdegongyicanshushedingjiemian，peibeizhuanyedeguanliruanjian，zhenzhengdeshixianlexitongdejizhongjianshi、分散控製、柔性調整和設備的自動管理。充分發揮了係統軟硬件的功能，大大提高了係統的自動化程度，可以實現近乎無人值守的運行條件。
二.係統的結構
整個汙水處理廠的控製係統由三套三菱Q係列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，一台工程節點計算機、兩台監控節點計算機、一台輔助計算機、一台視頻服務器、手機短信係統、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絡層麵：監控管理層、車間控製層、現場總線層。其結構如圖1所示。
（一）監控管理層
采用當前使用最普遍的以太網作為基礎。以太網以其數據信賴性、通訊速度快、維護方便和價格低廉的特點，在這個係統的上位監控係統的網絡和融合管理係統的網絡中得到了廣泛的應用，並取得了滿意的結果。
我wo們men將jiang原yuan來lai劃hua分fen較jiao為wei明ming顯xian的de管guan理li層ceng和he監jian控kong層ceng融rong合he在zai一yi起qi，形xing成cheng了le融rong合he的de監jian控kong管guan理li層ceng，強qiang化hua了le管guan理li與yu監jian控kong的de聯lian係xi，共gong享xiang數shu據ju信xin息xi，提ti高gao工gong廠chang的de管guan理li水shui平ping。
其qi中zhong管guan理li子zi層ceng由you輔fu助zhu軟ruan件jian計ji算suan機ji和he數shu據ju服fu務wu器qi組zu成cheng，采cai用yong現xian代dai的de網wang絡luo技ji術shu，通tong訊xun技ji術shu和he數shu據ju庫ku技ji術shu相xiang結jie合he，將jiang係xi統tong中zhong的de各ge種zhong信xin息xi資zi源yuan有you機ji整zheng理li，以yi人ren性xing化hua的de方fang式shi將jiang各ge種zhong資zi源yuan呈cheng現xian給gei操cao作zuo者zhe和he管guan理li者zhe。管guan理li子zi層ceng主zhu要yao由you兩liang個ge共gong享xiang數shu據ju庫ku的de設she備bei管guan理li軟ruan件jian包bao和he故gu障zhang診zhen斷duan軟ruan件jian包bao組zu成cheng。
1．上位監控係統
采用網絡版組態軟件WebAccess6.0，完全基於B/S架構的自動化軟件。
全部工程項目、數據庫設置、圖麵製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。
圖1 汙水處理廠控製係統的網絡結構
采用支持分散式構架的監控節點，並把監控節點組成冗餘結構，中央數據庫服務器及多層式網絡安全結構。
1）監控節點
監控節點連接自動化硬件設備，並可以通過網絡向客戶端、其他監控節點及工程節點傳輸數據。
2）工程節點
工程節點是一個配置數據的中央數據庫服務器，客戶端可以通過工程節點動態瀏覽監控節點的運行狀況。
3）客戶端
客戶端可以運行在安裝了Windows XP或Windows2000的工業計算機和普通計算機上，客戶端通過IE瀏覽器，顯示實時數據的動態圖麵，完成各種遠程控製。
4）冗餘係統
本上位監控係統由一台監控節點、一(yi)台(tai)冗(rong)餘(yu)監(jian)控(kong)節(jie)點(dian)和(he)一(yi)台(tai)工(gong)程(cheng)節(jie)點(dian)構(gou)成(cheng)冗(rong)餘(yu)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)，兩(liang)台(tai)監(jian)控(kong)節(jie)點(dian)互(hu)為(wei)冗(rong)餘(yu)，係(xi)統(tong)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)時(shi)主(zhu)監(jian)控(kong)節(jie)點(dian)完(wan)成(cheng)數(shu)據(ju)通(tong)訊(xun)和(he)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)，兩(liang)台(tai)監(jian)控(kong)節(jie)點(dian)實(shi)時(shi)保(bao)持(chi)數(shu)據(ju)同(tong)步(bu)，客(ke)戶(hu)端(duan)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)網(wang)絡(luo)，實(shi)時(shi)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)運(yun)行(xing)情(qing)況(kuang)。部(bu)分(fen)畫(hua)麵(mian)如(ru)圖(tu)2、3。
 
圖2 前處理圖 圖3參數設定
當(dang)主(zhu)監(jian)控(kong)節(jie)點(dian)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)時(shi)，係(xi)統(tong)馬(ma)上(shang)切(qie)換(huan)到(dao)冗(rong)餘(yu)監(jian)控(kong)節(jie)點(dian)，由(you)於(yu)兩(liang)個(ge)監(jian)控(kong)節(jie)點(dian)實(shi)時(shi)保(bao)持(chi)數(shu)據(ju)同(tong)步(bu)，因(yin)此(ci)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)無(wu)擾(rao)切(qie)換(huan)，保(bao)證(zheng)係(xi)統(tong)穩(wen)定(ding)運(yun)行(xing)。
當dang工gong程cheng節jie點dian故gu障zhang時shi，監jian控kong節jie點dian會hui在zai本ben機ji上shang生sheng成cheng保bao存cun數shu據ju的de臨lin時shi文wen件jian，當dang工gong程cheng節jie點dian恢hui複fu正zheng常chang後hou，監jian控kong節jie點dian在zai不bu影ying響xiang正zheng常chang數shu據ju上shang傳chuan的de前qian提ti下xia逐zhu漸jian將jiang臨lin時shi文wen件jian中zhong的de數shu據ju上shang傳chuan到dao工gong程cheng節jie點dian上shang，保bao證zheng數shu據ju的de實shi時shi性xing和he完wan整zheng性xing。
2．設備管理軟件
設備管理軟件主要解決汙水處理廠設備種類多，信息量大而複雜，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、維修、運行狀態等聯係在一起，將監控、維修、保養、備品備件、廠chang商shang等deng各ge種zhong管guan理li要yao素su有you機ji結jie合he在zai一yi起qi，協xie同tong工gong作zuo並bing將jiang管guan理li過guo程cheng納na入ru一yi套tao標biao準zhun的de流liu程cheng控kong製zhi中zhong，實shi現xian設she備bei資zi源yuan全quan生sheng命ming周zhou期qi管guan理li，最zui大da化hua利li用yong設she備bei資zi源yuan，幫bang助zhu客ke戶hu提ti高gao設she備bei的de可ke用yong性xing和he資zi產chan管guan理li質zhi量liang。部bu分fen軟ruan件jian畫hua麵mian如ru圖tu4、5。
 
圖4係統監視畫麵 圖5參數設定畫麵
設備管理軟件的主要功能有：
1）網絡功能
係統為B/S建構可與監控係統無縫結合，實現網絡化。
2）設備廠商管理
設置詳細廠商信息，將廠商的功能範圍具體化，使設備在維護、采購、評定等方麵的管理更加便捷。
3）設備類型參數管理
設備類型參數設定是本係統比較有特點的設計。用戶可以自由的設定設備的類型參數，使每個設備的特有參數都得到體現。
4）設備組管理
本係統可以適用於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設備的分類管理。
5）設備狀態管理
係xi統tong能neng夠gou智zhi能neng地di采cai集ji設she備bei的de相xiang關guan數shu據ju，來lai計ji算suan設she備bei的de剩sheng餘yu壽shou命ming以yi及ji維wei護hu保bao養yang的de周zhou期qi等deng。采cai集ji數shu據ju分fen為wei在zai線xian和he非fei在zai線xian兩liang種zhong模mo式shi。分fen別bie對dui應ying實shi際ji采cai集ji現xian場chang的de設she備bei數shu據ju和he手shou動dong輸shu入ru的de數shu據ju。
6）設備維護
①設備保養：設備保養可分為定時保養（按設備運行時間進行保養）和定期保養（按照固定的時間間隔進行保養）。主要包括：保養信息登陸，保養履曆查看，設備類型保養項目添加，保養消耗備品備件設定，保養提示，保養報表生成等功能。
②維修更新：主要包括設備維修信息登陸，維修履曆查看，設備類型故障現象、原因、對策添加，維修更新消耗備品備件設定，設備維修狀態監視等功能。
③庫存管理：主要完成預備品消耗品的添加，出入庫登記，件消耗履曆，采購提示等功能。
④履曆：對在線狀態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。
⑤工作計劃提示：係(xi)統(tong)能(neng)夠(gou)完(wan)成(cheng)節(jie)假(jia)日(ri)設(she)定(ding)，在(zai)進(jin)行(xing)設(she)備(bei)維(wei)護(hu)設(she)定(ding)時(shi)進(jin)行(xing)提(ti)示(shi)，避(bi)免(mian)在(zai)節(jie)假(jia)日(ri)進(jin)行(xing)維(wei)護(hu)，並(bing)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)維(wei)護(hu)設(she)定(ding)，生(sheng)成(cheng)每(mei)個(ge)用(yong)戶(hu)的(de)工(gong)作(zuo)日(ri)程(cheng)，方(fang)便(bian)領(ling)導(dao)和(he)維(wei)護(hu)人(ren)員(yuan)自(zi)己(ji)進(jin)行(xing)工(gong)作(zuo)安(an)排(pai)。
⑥係統監視：係統監視是本係統的主頁麵，對整個係統的設備狀態進行集計統計。狀態分為運行、維修更新、定期保養。頁麵一分鍾更新一次，進行實時的監控。
⑦自定義報表功能：係統支持自定義報表工具製作的各種報表。
3．故障診斷係統
故障診斷係統對現場控製係統軟硬件的運行狀態進行監視和故障診斷，對故障的發生狀況、恢複狀況進行監控和管理，對該故障發生的可能的原因，以列表的形式提供給用戶進行選擇確認。
同時，可以根據現場狀態判斷故障發生的原因、概gai率lv和he優you先xian度du，並bing能neng顯xian示shi解jie決jue方fang案an和he設she備bei的de場chang所suo以yi及ji設she備bei的de技ji術shu資zi料liao等deng。以yi及ji對dui發fa生sheng故gu障zhang時shi的de狀zhuang態tai數shu據ju可ke以yi進jin行xing記ji錄lu和he圖tu表biao顯xian示shi。其qi功gong能neng框kuang圖tu如ru圖tu6所示。
圖6係統故障診斷功能框圖
故障診斷係統的主要功能有：
①網絡功能：係統為B/S建構可與監控係統無縫結合，實現網絡化。
②數據采集：shujucaijigongnengshiguzhangzhenduanxitonghexianchangshebeishujujiaohuandeqiaoliang，tabaxianchangshebeizhuangtaishujuquchu，chuansonggeiguzhangzhenduanluojichulibufen，guzhangzhenduandezhilingtongguotafageixianchangshebei。
③故障診斷邏輯處理：故障是否發生是通過故障診斷邏輯處理部分實現，現場傳送來的數據，通過故障診斷邏輯處理判斷是否發生故障,如果發生故障，會把故障信息保存到數據庫裏，故障診斷客戶端對發生的故障進行診斷處理。
④曆史故障管理：曆史故障是對經過診斷後的故障進行管理，包括故障的查詢、打印、以及故障診斷的詳細信息。
⑤實時故障管理：實(shi)時(shi)故(gu)障(zhang)是(shi)對(dui)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)進(jin)行(xing)診(zhen)斷(duan)處(chu)理(li)。故(gu)障(zhang)發(fa)生(sheng)時(shi)警(jing)報(bao)燈(deng)會(hui)閃(shan)爍(shuo)提(ti)示(shi)用(yong)戶(hu)。診(zhen)斷(duan)時(shi)係(xi)統(tong)根(gen)據(ju)從(cong)設(she)備(bei)傳(chuan)上(shang)來(lai)的(de)信(xin)號(hao)信(xin)息(xi)，列(lie)出(chu)故(gu)障(zhang)原(yuan)因(yin)和(he)條(tiao)件(jian)以(yi)及(ji)各(ge)自(zi)的(de)概(gai)率(lv)，用(yong)戶(hu)根(gen)據(ju)故(gu)障(zhang)原(yuan)因(yin)和(he)條(tiao)件(jian)找(zhao)出(chu)相(xiang)應(ying)的(de)對(dui)策(ce)。
（二）車間控製層
目前國內汙水處理廠控製層的硬件設備以三菱、西門子、AB等國外著名廠商的產品為主，其硬件配置已達到了國際先進水平，其本體的功能性、穩定性和可靠性已無需再多加考慮。而其網絡構成的合理性、可靠性是我們主要考慮的問題。
本係統采用三菱公司的MELSECNET-Hhuanxingguangxianwangluogouchengkongzhiwangluodegugan，gaiwangluotongxunsudukuai，kangganraonengliqiang，yongyouqiangdadezizhenduangongneng。youyucaiyonghuanwangjiegou，dangxitongzhongrenyiyichuguangxianduankaishi，rengnengweichixitongdezhengchangtongxun，tigaotongxunxitongdekekaoxing。tongshiMELSECNET-H環形光纖網絡具有很強的擴展能力，可以充分滿足本水廠以後的擴建和升級。
（三）現場設備層
采用西門子公司的PROFIBUS-DP現場總線，它具有通訊速度快，傳輸距離長，擴展方便等特點。
通過PROFIBUS-DP總線的使用我們實現了對紫外消毒係統(S7-300)，變頻器（西門子430\440）等智能設備的最大化數據交換，能夠及時了解運行情況、故障情況和各種參數，充分的發揮了每個智能設備的功能，大大提高了自動化管理水平。
三、係統的性能特點
本係統結合水廠的生產工藝，充分發揮係統軟硬件的功能，構築了一套具有高穩定性、高靈活性、高擴展性和高開放性的係統。
基於上述的結構，這個係統呈現出獨特的性能和特點。
1．管理控製功能
1）分級控製
每個現場設備都可按優先級分為就地控製、遠程手動和遠程自動三種模式。
2）用戶管理功能
用戶類型可分為係統管理員、工程管理員、在線管理員、在zai線xian操cao作zuo員yuan和he離li線xian管guan理li員yuan。並bing可ke以yi通tong過guo區qu域yu和he等deng級ji限xian製zhi修xiu改gai數shu據ju的de能neng力li，用yong戶hu和he點dian都dou必bi須xu分fen配pei有you區qu域yu和he等deng級ji，且qie用yong戶hu和he點dian有you相xiang同tong的de區qu域yu，用yong戶hu的de等deng級ji大da於yu等deng於yu點dian的de等deng級ji時shi用yong戶hu才cai能neng對dui這zhe個ge點dian的de值zhi進jin行xing修xiu改gai。
3）遠程訪問功能
由於上位監控軟件和輔助管理軟件都是基於B/S架構，因此本係統的上位監控係統和輔助管理係統都支持遠程訪問功能，並且畫麵流暢，數據穩定，能夠得到和監控中心同樣的效果。
目前在該汙水廠的變電所及廠外都已實現了遠程訪問，該水廠的控製和管理都以遠程為主。
4）設備管理功能
係統具有定期保養、定時保養、維修更新、備品備件管理，區域設定、用戶管理、屬性柔性設定、設備屬性拷貝、履曆查詢等功能，保證備品備件的庫存數量，提高設備維護維修的及時性和準確性，提高係統設備的可用性，保證係統的穩定運行。
2．故障處理功能
1）故障診斷功能
可(ke)根(gen)據(ju)故(gu)障(zhang)發(fa)生(sheng)時(shi)各(ge)個(ge)相(xiang)關(guan)變(bian)量(liang)的(de)數(shu)值(zhi)，給(gei)出(chu)各(ge)種(zhong)原(yuan)因(yin)的(de)概(gai)率(lv)，幫(bang)助(zhu)維(wei)護(hu)人(ren)員(yuan)進(jin)行(xing)判(pan)斷(duan)。並(bing)可(ke)提(ti)供(gong)各(ge)種(zhong)原(yuan)因(yin)的(de)處(chu)理(li)方(fang)法(fa)，提(ti)高(gao)故(gu)障(zhang)的(de)處(chu)理(li)速(su)度(du)。積(ji)累(lei)故(gu)障(zhang)處(chu)理(li)的(de)經(jing)驗(yan)。
2）網絡診斷功能
實時診斷控製係統中設備的工作狀態，除係統內的MELSECNET網絡的兩個從站、一個主站的設備之外。連接在Profibus-DP網絡上的6台變頻器、紫外消毒係統，工作是否正常也完全可以診斷出來。
3）故障短信功能
當設備出現故障時，馬上將故障信息發送給相關人員，能夠提高反應速度，縮短問題處理時間。並且不必需要監控人員24小時守在監控電腦旁，降低勞動強度，減少人員編製。
3．數據處理功能
1）柔性設定功能
上位監控係統預留多個係統參數設定畫麵，提高控製係統的靈活性和適應性。
①格柵運行模式設定：液位、時間、混合模式設定
②提升泵組合模式設定、液位設定
③曝氣沉砂係統各種時間設定
④螺旋壓榨係統時間設定。
⑤反應區10種工序、20步bu進jin程cheng任ren意yi組zu合he，時shi間jian任ren意yi設she定ding，使shi工gong藝yi操cao作zuo人ren員yuan可ke以yi在zai不bu修xiu改gai程cheng序xu的de情qing況kuang下xia任ren意yi調tiao整zheng反fan應ying流liu程cheng，反fan應ying時shi間jian，實shi現xian整zheng個ge汙wu水shui處chu理li流liu程cheng任ren意yi調tiao整zheng和he最zui優you化hua調tiao整zheng。
⑥設備屬性自定義：用戶可以根據各種設備的不同，調整設備參數的數量和屬性，完整具體的體現每個設備的特有屬性。
⑦報表自定義功能：用戶可以根據自己的需要，將本係統的數據和已知數據庫結構的其他係統數據，通過簡單設定，做成報表。
⑧日曆自定義功能：用戶可以自定義節假日，在進行設備維護安排時避免發生衝突。
2）數據記錄功能
係統具有報警記錄，操作記錄，運行數據記錄，曆史趨勢記錄，設備維護記錄，設備維修記錄，備品備件的入出庫記錄等。
用戶可以根據自己需要，通過自定義報表工具，簡單靈活的實現上述各種數據的報表。
四.結束語
本ben係xi統tong於yu去qu年nian調tiao試shi完wan畢bi，經jing過guo一yi年nian的de現xian場chang運yun行xing，目mu前qian係xi統tong穩wen定ding，設she備bei運yun行xing狀zhuang況kuang良liang好hao。大da大da提ti高gao了le生sheng產chan效xiao率lv，降jiang低di了le維wei護hu運yun行xing人ren員yuan的de數shu量liang，保bao證zheng了le設she備bei的de良liang好hao運yun行xing，降jiang低di了le緊jin急ji情qing況kuang的de處chu理li時shi間jian，提ti高gao了le整zheng個ge汙wu水shui廠chang的de自zi動dong化hua水shui平ping和he管guan理li水shui平ping，實shi現xian了le巨ju大da的de經jing濟ji效xiao益yi和he社she會hui效xiao益yi。
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[4] 趙英凱．計算機集成控製係統[M]．北京：電子工業出版社，2007．
The application in sewage treatment plant based in IT information integrated control technology
Abstract: This paper introduces the background, the system construction, the key function of which based on IT information control system; in order to increase the Informative process, strengthen the management to equipment and operation. This system has worked in a real sewage treatment plant to show its soft function, system stability, efficiency.
Key Word：Information Integrated control technology, Plant information, Profibus technology, Web technology, Fault diagnosis, Equipment management, sewage treatment control system，WebAccess，MELSECNET
作者介紹：
王海宇 男 1981年生 助理工程師 學士學位 項目經理 大連久鵬電子係統工程有限公司係統集成部 大連市西崗區合誼街5號良玖國際1603室E-mail: 電話/傳真：
高連鵬 男 1969年生 工程師 碩士學位 總經理 大連久鵬電子係統工程有限公司 地址：大連市西崗區合誼街5號良玖國際1603室 E-mail: 電話/傳真：
董春利 男 1962年生 教授 碩士學位 專業主任 大連職業技術學院電氣與電子工程技術係 大連市南關嶺東街6號 E-mail： 電話/傳真：
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