【正文】 輕了勞動強(qiáng)度，提高了運(yùn)行管理水平。同時可減少運(yùn)行人員，實現(xiàn)少人甚至無人值班，提高了勞動生產(chǎn)率，降低了運(yùn)行費(fèi)用和成本。此外，運(yùn)行人員的減少還可以降低生活敲詐的消耗，因而也可以減少泵站的抽獎。，為泵站的建設(shè)和管理提供了可靠有力的科學(xué)證據(jù)，為摸索城市排水規(guī)律，提高管理水平提供了方便條件。這對城市的防洪排澇有很大的幫助。 泵站監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢縱觀控制系統(tǒng)的發(fā)展過程，任何一種新的控制系統(tǒng)的出現(xiàn)都是針對舊的控制系統(tǒng)存在的缺陷而給出的解決方案，并在用戶需求和市場競爭等外部因素的推動下占主導(dǎo)地位。 早期的監(jiān)控系統(tǒng) 早期國內(nèi)大部分泵站的監(jiān)控和管理還處于相當(dāng)落后的狀況，與國外相比具有很大的差距。在電氣控制上，自動化監(jiān)控程度低，大部分的泵站僅有單級的常規(guī)控制。在管理水平上，大部分泵站的管理記錄和統(tǒng)計都是手工操作。因此泵站的控制和管理沒有形成區(qū)域化的網(wǎng)絡(luò)。早期泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)通常彩集中采集中控制系統(tǒng)的工作模式，即現(xiàn)場各處的參數(shù)通過統(tǒng)一的模擬信號，420mA的直流電流信號，15V直流電壓信號等，送往集中監(jiān)控室。操作人員可以坐在監(jiān)控室內(nèi)觀察生產(chǎn)流程各處的狀態(tài)，可以把各單元儀表的信號按需要組成復(fù)雜控制系統(tǒng)。由于模擬信號的傳遞需要一對一的物理連接，信號變換緩慢，抗干擾能力差，因此經(jīng)常出現(xiàn)事故。武漢市羅家路排水泵站當(dāng)前的監(jiān)控系統(tǒng)還是這種比較老的系統(tǒng)，因此存在很多缺點(diǎn)，這也是對其進(jìn)行改造的主要原因。 集散控制系統(tǒng) 目前國內(nèi)外比較先進(jìn)的泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)大多為集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed control system）[2]。20世紀(jì)70年代初隨著單片機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展，出現(xiàn)了DCS系統(tǒng)，它是以集中管理、分散控制為核心思想。在集散控制系統(tǒng)中管理于控制相分離，上位機(jī)用于集中監(jiān)視管理功能，多臺下位機(jī)下放分散到現(xiàn)場實現(xiàn)分布式控制功能，上下位機(jī)之間以控制網(wǎng)絡(luò)互連以實現(xiàn)相互之間的信息傳遞克服了集中數(shù)字控制系統(tǒng)對控制器的處理能力和可靠性要求高的缺點(diǎn)。這種監(jiān)控系統(tǒng)在當(dāng)時具有一定的先進(jìn)性，但是還存在很多問題。它是建立在計算機(jī)通信協(xié)議基礎(chǔ)之上的，無法延伸到現(xiàn)場智能設(shè)備，而且CDS多為數(shù)模混合系統(tǒng)，滿足不了數(shù)據(jù)通信全數(shù)字化的要求。同時它采用了獨(dú)家封閉式的通信協(xié)議，為一些開發(fā)商所志有，給用戶系統(tǒng)集成和應(yīng)用帶來許多問題。DCS系統(tǒng)有以下主要缺點(diǎn)：1. 接線復(fù)雜，可維護(hù)性差。由于現(xiàn)場設(shè)備相對分散，而所有的信號都要連接到工控機(jī)上，這導(dǎo)致施工不便，產(chǎn)生故障后不易查找與排除。2. 精度差。由于線路上傳輸?shù)氖?20mA的模擬信號，容易受到工業(yè)現(xiàn)場的干擾，造成精度的損失。3. 可靠性不好。所有的測量功能與采集功能均在工控機(jī)上，工控機(jī)負(fù)擔(dān)很重。一旦工控機(jī)發(fā)生故障，整個系統(tǒng)將失去控制。4. 系統(tǒng)不易擴(kuò)展。 基于現(xiàn)場總線技術(shù)的PLC網(wǎng)絡(luò)20世紀(jì)80年代后期，人們在DCS的基礎(chǔ)上開始開發(fā)一種適用于工業(yè)環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并實現(xiàn)傳感器、控制器層的通信，這就是現(xiàn)場總線[3]。由于從根本上解決了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的自身可靠性問題，現(xiàn)場總線技術(shù)在計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用愈發(fā)廣泛了國際電工委員會IEC61158對現(xiàn)場總線(fieldbus)的定義是:安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線。第2版() IEC611582用于工業(yè)控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)一第2部分:物理層規(guī)范(Physical Layer Specification)與服務(wù)定義(Server definition)又進(jìn)一步指出:現(xiàn)場總線是一種用于底層工業(yè)控制和測量設(shè)備，如變送器(transducers )、執(zhí)行器(actuators)和本地控制器(local controllers)之IN的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。對現(xiàn)場總線概念的理解和解釋還存在一些不同的表述。例如，現(xiàn)場總線一般是指“一種用于連接現(xiàn)場設(shè)備，如傳感器(sensors)、執(zhí)行器及像PLC、調(diào)節(jié)器(regulators)、在微機(jī)化測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式，數(shù)字化、多點(diǎn)能信的底層控制網(wǎng)絡(luò)；現(xiàn)場總線是一種串行的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信鏈路，它溝通了生產(chǎn)過程領(lǐng)域的基本控制設(shè)備（現(xiàn)場設(shè)備）之間以及更高層次自動控制領(lǐng)域的自動化控制設(shè)備（車間級設(shè)備）之間的聯(lián)系；現(xiàn)場總線是連接控制系統(tǒng)中現(xiàn)場裝置的雙向數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線是用于過程自動化和制造自動化(最底層)的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表互連的現(xiàn)場數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成?，F(xiàn)場總線是從控制室聯(lián)結(jié)到現(xiàn)場設(shè)備的雙向全數(shù)字通信總線在自動化領(lǐng)域，“現(xiàn)場總線”一詞是指安裝在現(xiàn)場的計算機(jī)、控制器以及生產(chǎn)設(shè)備等連接構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場總線是當(dāng)今3C技術(shù)即通信(Communication)技術(shù)、計算機(jī)(Computer)技術(shù)、控制(Control)技術(shù)發(fā)展的結(jié)合點(diǎn)，是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展在控制領(lǐng)域的體現(xiàn)及其發(fā)展到現(xiàn)場的結(jié)果?，F(xiàn)場總線是自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，將對傳統(tǒng)的工業(yè)自動化帶來革命，從而開創(chuàng)自動化的新紀(jì)元。它必將逐步取代傳統(tǒng)的獨(dú)立控制系統(tǒng)，集中采集控制系統(tǒng)和集散控制系統(tǒng)，成為本世紀(jì)自動控制系統(tǒng)的主流?，F(xiàn)場總線所具有數(shù)字化、開放性、分散性、互操作性與互換性及對現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性等特點(diǎn)[4]，這些特點(diǎn)決定和派生出了一系列優(yōu)點(diǎn):1. 線和連接附件大量減少。2. 表和輸入/輸出轉(zhuǎn)換器(卡件)大量減少。3. 設(shè)計、安裝和調(diào)試費(fèi)用大大降低。4 維護(hù)開銷大幅度下降。5. 提高了系統(tǒng)可靠性。6. 提高了系統(tǒng)測量與控制的精度。7. 系統(tǒng)具有優(yōu)異的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。8. 現(xiàn)場設(shè)備更換和系統(tǒng)擴(kuò)展更為方便。 本文研究內(nèi)容和重點(diǎn)本文在參考大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合武漢市羅家路排水泵站的自動化改造項目，對泵站的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了研究，其主要研究內(nèi)容是利用西門子的人機(jī)界面HMI軟件WinCC對系統(tǒng)上位機(jī)的設(shè)計研究。全文共分5章。第一章對泵站進(jìn)行了簡單的介紹，并對泵站監(jiān)控系統(tǒng)研究的意義進(jìn)行了闡述，然后對泵站監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析說明。第二章主要對系統(tǒng)的工藝要求進(jìn)行了說明，基本明確了系統(tǒng)的研究方法。第三章先對組態(tài)軟件的基本知識做了介紹，并在常見的組態(tài)軟件中選擇了本設(shè)計使用的組態(tài)軟件。然后對本設(shè)計選擇的組態(tài)軟件WinCC做了簡單的介紹。第四章是本章的重點(diǎn)。在本章中，對監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的整個過程和步驟做了詳細(xì)的介紹和說明，并對重要的圖形界面分別做了說明。第五章是本文的結(jié)束語，主要對本設(shè)計做了一個簡單的總結(jié)，并對泵站監(jiān)控系統(tǒng)和自動化技術(shù)的未來做了展望。2 泵站控制系統(tǒng)概述 控制工藝和功能 泵站主控工藝 污水進(jìn)入泵站后的工藝流程如下：泵站進(jìn)水渠——泵站集水池——提升泵房——出水渠——長江。根據(jù)沿江排水泵站的具體工藝要求，可以確定監(jiān)控工藝。設(shè)計要求，系統(tǒng)可以通過各種傳感設(shè)備自動監(jiān)測集水池水位，根據(jù)水位的高低來自動控制泵機(jī)的啟停，從而使集水池的水位保持在一個合適的位置。在泵站工作過程中，系統(tǒng)要能夠通過與PLC的通訊自動采集和記錄泵站工作過程中的各項數(shù)據(jù)，包括泵站電機(jī)的啟停工作狀態(tài)，泵站各個控制柜中的溫度和工作電壓電流，泵站工作中出現(xiàn)的故障數(shù)據(jù)等等。在水位超出設(shè)備設(shè)定范圍時，或者系統(tǒng)的其它設(shè)備出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)能夠自動報警。設(shè)計要求電機(jī)的工作方式可以在自動方式和手動方式中進(jìn)行選擇。 泵站監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求 泵站的監(jiān)控系統(tǒng)是在泵站控制室內(nèi)的控制臺實現(xiàn)對泵站設(shè)備的監(jiān)測、控制功能，實現(xiàn)監(jiān)視泵站狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)、接收故障報警信息、通過智能終端設(shè)備下達(dá)控制信號，并具有分級報警功能、操作權(quán)限管理功能、報表統(tǒng)計和打印功能等。(1) 狀態(tài)采集功能:能動態(tài)采集下列信號:電機(jī)有功功率；電機(jī)無功功率；電機(jī)電壓；電機(jī)電流；集水池水位；冷卻水池水位；電網(wǎng)參數(shù)；水泵的開停等。(2) 狀態(tài)數(shù)據(jù)的處理與分析①能對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。②能對監(jiān)控參數(shù)進(jìn)行趨勢分析。 ③能對監(jiān)控參數(shù)進(jìn)行趨勢預(yù)報:④能對監(jiān)控參數(shù)的異常狀態(tài)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。(3) 報警功能對監(jiān)控參數(shù)能實施報警功能，能進(jìn)行記錄(包括發(fā)生時間、監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)，相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)等)，自動生成異常狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。(4) 主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)顯示①工藝流程的動態(tài)顯示。②主要參數(shù)的歷史曲線及趨勢顯示。③相關(guān)參數(shù)的歷史曲線及趨勢顯示。④歷史數(shù)據(jù)及特種一記錄顯示。(5) 存儲功能①各種監(jiān)控參數(shù)的動態(tài)存儲。②各種監(jiān)控參數(shù)的異常動態(tài)存儲。③控制行為的動態(tài)存儲。(6) 查詢功能①各種監(jiān)控參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)。②各種監(jiān)控參數(shù)的曲線及趨勢。③異常狀態(tài)查詢。④控制行為查詢。(7) 報表及打印功能①各種監(jiān)控參數(shù)的報表自動生成。②各種監(jiān)控參數(shù)的的指定區(qū)段數(shù)據(jù)打印:③各種監(jiān)控參數(shù)的報表打印。④異常狀態(tài)及控制行為的報表打印。 監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計特點(diǎn)排水泵站監(jiān)控系統(tǒng)任務(wù)重大，根據(jù)其任務(wù)及系統(tǒng)要求，監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該具備以下幾個特點(diǎn)[5]：運(yùn)行上的可靠性。這是最基本也是最重要的要求。由于計算機(jī)監(jiān)測控制系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境一般都相對惡劣，而且計算機(jī)監(jiān)測控制系統(tǒng)往往負(fù)擔(dān)著重要的任務(wù)，它一旦出現(xiàn)故障，將造成整個被監(jiān)控過程的混亂，引起嚴(yán)重的后果，由此造成的經(jīng)濟(jì)損失和對人們生活帶來的不便往往遠(yuǎn)非計算機(jī)監(jiān)測控制系統(tǒng)本身的造價所能比擬的。對計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來說，特別對于泵站，可靠性是最重要的。計算機(jī)要能長期連續(xù)工作，要有較強(qiáng)的抗干擾能力和自檢、自恢復(fù)功能。為了提高可靠性，要從硬件和軟件兩方面采取措施。在硬件方面，微機(jī)要選擇較高的配置和可靠性較高的操作系統(tǒng)，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化的功能模塊，尤其對接口的可靠性要給予特別的重視。軟件方面，也要有一個合理的結(jié)構(gòu)，按模塊化的要求設(shè)計程序，在可靠性要求特別高的場合，可采用雙機(jī)或雙重化系統(tǒng)。技術(shù)上的先進(jìn)性。計算機(jī)監(jiān)測控制是一個綜合性、交叉性強(qiáng)的技術(shù)領(lǐng)域，它綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制、信息處理和通信、檢測技術(shù)以及生產(chǎn)過程和管理方面的知識，其技術(shù)先進(jìn)性概括來說體現(xiàn)在硬件設(shè)備、軟件平臺和工具、信息處理和控制策略這三個方面。計算機(jī)監(jiān)測控制系統(tǒng)設(shè)計的一個原則應(yīng)當(dāng)是不盲目追求新技術(shù)，而在技術(shù)成熟的前提下盡量采用先進(jìn)的技術(shù)。一方而，先進(jìn)的技術(shù)可以獲得更好的監(jiān)測控制效果，從而可能獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，因此在保證可靠性和經(jīng)濟(jì)上允許的前提下，應(yīng)盡可能采用先進(jìn)的技術(shù)。第二，計算機(jī)技術(shù)發(fā)展十分迅速，硬件和軟件更新?lián)Q代的周期越來越短，采用先進(jìn)的技術(shù)意味著延長系統(tǒng)的生命期限:第三，計算機(jī)監(jiān)測控制系統(tǒng)大多作為整套生產(chǎn)設(shè)備的一部分出現(xiàn)，而高技術(shù)含量往往又體現(xiàn)在控制系統(tǒng)上，先進(jìn)技術(shù)的采用可以大大提高整套設(shè)備的附加值，帶來客觀的經(jīng)濟(jì)和社會效益。使用上的方便性這包括三方面的含義:其一，是操作上方便。盡可能降低對操作人員的專業(yè)技術(shù)知識的要求，使他們在較短的時間內(nèi)或通過說明書能掌握和熟悉操作使用。操作的內(nèi)容盡可能簡單明了，操作的順序清晰簡明，便于記憶。其二，配有明顯的指示或信號顯示，并配有查錯、診斷、故障報警程序，在故障出現(xiàn)時能及時對它定位并排除。其三，是維護(hù)上方便。應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)零部件，便于硬件的更換。實時性。計算機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)對各種