一、引言

         深圳市水务集团属下目前有40 多座大大小小的污水泵站。这些污水泵站主要负责收集各个片区的污水和雨水，捞除大的垃圾后对污水加压送往各个污水处理厂进行进一步的净化处理。

         污水泵站肩负着城市排污的重任，保证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，管理起来十分不便，以往只能在各个主要的大泵站安排值班人员，工作人员每天对附近的小泵站进行巡检，然后通过电话与调度人员互相联系，从而实现对泵站的统一管理。这种泵站管理方法十分落后，需要的值班人员很多，而效率和准确性都比较低。另外，污水泵站的工作环境也非常恶劣，有些小泵站甚至在的地下，根本不具备值班条件。介于以上情况，深圳水务集团提出建设泵站远程集散监控系统，实施对泵站运行的远程监控，实现
泵站数据的统一化管理和泵站无人值守。

         由于污水泵站生产的重要性，上位监控系统的稳定性就十分重要。通过比较，我们选用GE Fanuc 的iFIX 作为远程监控系统的SCADA 组态软件，选用Historian作为泵站历史数据库的组态软件，选用iWebserver 实现监控系统在网路上的发布。

二、系统需求

         根据泵站集散远程监控系统的应用目的，系统主要有以下几点需求：

         其一，泵站中央控制室的调度人员应可以同时监视和控制系统所有的泵站，可以远程对泵站的设备进行操作，系统对每个泵站的POLLING 小于3 秒钟；
         其二，中控室应对SCADA 服务器应进行双SCADA 服务器冗余备份，保证SCADA系统运行的可靠；
         其三，应保证泵站与中央控制室通讯的可靠和稳定；
         其四，应建立完善的历史数据库，专门记录各个泵站的生产数据，方便中控人员查询和分析；
         其五，在系统建成SCADA 系统的基础上，把监控画面网页化，使用WEB 技术，让用户可通过办公网络浏览SCADA 系统发布的实时生产信息；
         其六，应提供完善的报警处理方案，确保系统产生的报警能准确快速的告诉中控有关人员，保证泵站生产的安全；

三、系统结构说明

         泵站远程集散监控系统的结构示意图如图一所示：图一系统结构示意图系统首先在每个泵站安装PLC 控制系统，各个泵站的PLC 负责采集所在泵站的各种设备的的信号，并对某些设备进行自动化控制。泵站当地还安装有触摸屏操作终端，触摸屏操作终端连接PLC,可直接对泵站的设备进行监控。因此，每个泵站的PLC 控制系统都是一个完整的系统，在脱离上位远程监控系统时都可独立运作。

         系统中央控制室选用iFIX 组建SCADA 系统，SCADA 系统通过INTRANET（IP城域网）,GPRS 以及PSTN 的方式与各个泵站的PLC 通讯，实现泵站的统一监控。

         3．1 中央控制室结构
         泵站集散远程监控系统的中央控制室由多台PC 和服务器组成，中央控制室的系统结构图如图二所示：中央控制室配置两个由iFIX 搭建的SCADA 节点，两台SCADA 服务器还选用了iFIX 的SCADA 冗余功能，采用逻辑节点的方式实现了两个SCADA 服务器的双机备份冗余处理。中央控制室还配置一台历史数据服务器，数据库软件采用GEFanuc的Historian,该数据库负责高速和高压缩性的记录SCADA 服务器所采集的实时生产数据。中央控制室的通讯前置机安装iWebserver 软件，负责将监控画面网络化，并通过INTRANET 或者电话MODEM 发布出去；另外通讯前置机还负责PSTN 通讯以及电话语音报警的处理。

         3．2 泵站当地控制系统的结构
         系统监控的污水泵站主要有两种类型，一种是规模比较大的泵站，另一种是规模较小的泵站。
         大泵站的PLC 直接提供以太网口，并且采用有线的INTRANTET 方式作为与中央控制室通讯的主要通讯链路，采用GPRS 无线通讯作为有线通讯方式的备份链路；
         小泵站由于条件限制，采用有线方式费用太高，因此采用GPRS 无线通讯作为主要的通讯方式，采用PSTN 作为通讯的备份链路，保证通讯的可靠性。

四、系统的主要功能的解决办法

         4.1 SCADA 功能模块
         系统选用的iFIX 具有强大的SCADA 功能，利用iFIX 对现场采集在PLC 中的信号进行归类，建立iFIX 的实时数据库。通过对实时数据库里的数据块进行定义，将现场的设备报警定义在iFIX 中，由iFIX 对报警进行处理，在组态画面上产生需要用户确认的报警信息。另外，利用iFIX 强大的画面开发功能以及iFIX对VBA 的支持，也帮助我们开发出靓丽的并且符合用户操作习惯的SCADA 界面。
         系统中应用iFIX 建立了3000 多个点的SCADA 实时数据库，系统性能和效率都很高。


         4.2 通讯处理模块

         4.2.1 通讯链路情况
         系统中一共使用了三种通讯链路建立中央控制室SCADA 系统与泵站当地PLC 的联系。这三种通讯链路为：INTRANET(IP 城域网)、GPRS()以及PSTN（电话网络）。根据泵站当地的条件，系统选用其中的两种通讯链路组成通讯链路双网备份，保证SCADA 系统与PLC 通讯的可靠性。

         4.2.2 通讯协议的选择
         SCADA 系统与PLC 的通讯协议主要有TCP 协议和UDP 协议两种，TCP 协议传送数据前需要首先建立连接，错误的数据将会自动重发，因而可靠性好，但网络负担较重：另一种是UDP 协议，这种用户报文协议是一个无连接协议，发送方只负责发送数据，因此不能确保数据传输完全正确，但它占用网络资源较少。考虑到中央控制室与泵站的通讯是远程通讯，网络带宽有限，应此选用UDP 协议作为iFIX 与PLC 之间的通讯协议。同时，在iFIX 中设置POLLING 的超时时间和重发次数，保证POLLING 的准确性。

         4.2.3 通讯链路的切换
         iFIX 与PLC 的通讯方式是采用POLLING 方式，iFIX 首先向PLC 发送POLLING的数据包，PLC 接收到数据包后，如果数据包的格式正确，PLC 将回答一个数据包给iFIX，iFIX 通过分析PLC 回答的数据包获取PLC 中的数据。
         系统中iFIX 和PLC 的通讯采用双网备份，iFIX 不断发数据包，系统开发的通讯链路切换程序将根据网络的情况选择数据包送往PLC 的网络链路。通过这种双网切换的方式，大大降低了由于某种通讯链路中断对泵站远程监控的影响。

         4.3 报警处理模块
         报警处理模块将SCADA 系统监控到的泵站生产的报警信息及时传递给用户。
iFIX 组建的SCADA 节点为我们提供了很好的报警处理办法。通过对数据块的定义，可以产生SCADA 系统的多种报警，例如液位情况、设备开关等。报警处理模块主要是的作为SCADA 报警处理的语音补充，其实现办法如下：
        
         利用iFIX 的报警ODBC 导出功能，我们将系统的报警导出，首先放进SQLSERVER 数据库中，报警语音处理模块收集保存在SQL SERVER 中报警信息，分析后进行语音输出。报警处理模块包括电脑语音报警处理和电话语音报警处理。电脑语言报警处理通过电脑音箱语言提示操作人员系统故障报警的产生。当电脑语言提示后经过一定时间报警仍然未处理时，报警处理模块将播通预先设定好的电话，通过电话语言提示系统的报警。

         4.4 历史数据库处理模块
         系统采用Historian 建立系统的历史数据库，利用Historian 提供的OLE DB和EXCELADDIN 接口读取历史数据并产生曲线和生产报表。

         Historian 是一个企业级的历史数据库，它可以以极快的速度将分布在生产线，以及其他企业数据库。
系统在前端控制系统的SCADA 节点上安装采集器Collector，该采集器可以实时采集SCADA 的实时数据，在压缩之后发送送给Historian 服务器。数据的采集Historian 可以以20000 次/秒处理数据读写事件、数据记录毫秒级的时间分辨率、采集器可以提供100ms 的数据采集速度。在本系统中数据采集所要达到的技术指标完全足够。    
  
            Historian 提供采集死区压缩和归档存储压缩两种手段压缩记录过程数据。这样就节省了大量的存储空间，使得数据备份的时间大大加常，数据查询也变的十分的方便，用户可以在5 到7 年以内不用担心硬盘空间不足。

         Historian 提供多种数据接口，通过OLE DB、可以使用标准的SQL 语句查询Historian 中的历史数据、系统消息、标签点等，本系统利用此功能在iFIX SCADA节点上制作历史和实时曲线，并利用VBA 控件，制作支持条件和时间查询的对话框，使系统的曲线功能变的强大而实用。在局域网内的计算机上安装Historian客户端和EXCEL Addin 报表工具，让报表工作变得轻松而便捷：一类按时间段查询的电流、电压、水位等模拟量报表只需要在EXCEL Addin 里面定义时间段的大小和查询的标签名即可实现；一类按开、关泵等事件报表则通过Historian 在数据压缩的强大功能，定义好查询的时间段和标签名轻松实现；一类生产报表则可利用Historian 的原始数据，在EXCEL 中简单的计算即可完成。另外，通过iFIX跟SQL SERVER 的交互，实现将故障记录实时存储，并利用EXCEL VBA 功能将数据显示在EXCEL 中。

         Historian 用户界面友好，易于管理和使用。可对备份生成的数据文件进行配置；可对访问数据库的安全权限进行配置；可对发生的操作和系统事件进行查询；可对采集器和数据点进行轻松便利的管理。

         系统应用Historian 为核心开发的历史数据库模块有效的记录和分析了各个泵站历史的生产数据。

         4.5 网页发布模块
         网页发布模块应用iWebserver 将iFIX 开发的监控画面、曲线、表格WEB化，然后通过IIS，将网页化的监控界面在INTRANET 上发布。通过iWebserver，通过浏览器浏览到的监控画面上的数据也可以得到实时更新。

         另外，MicrosoftWindows 系统提供了电话MODEM 拨入功能。不论你在何处，只要有电话线和电话MODEM、知道了密码，都可以拨号进入iWebserver服务器，浏览各个泵站的运行情况。

         通过iWebserver 建立的网页发布模块很好的满足的远程办公的需要，污水泵站领导和工程师可以在办公室和家里及时了解泵站的生产信息。

五、结束语

         通过以上技术，完整的实现了污水泵站远程集散监控系统的应用需求。目前，系统正稳定的运行，泵站管理人员能可靠的在监控中心远程监控各个被监控泵站的设备，将能够长年累月的记录各个泵站中各种设备的运行数据，并能进行有效的分析，这些将有效的提高了泵站管理的先进性和管理的信息化水平。系统运行以来，泵站实现了无人管理，很好的节省人力、提高效率和创造效益，同时，也提高了泵站生产的准确性。