【正文】 視管理功能，多臺(tái)下位機(jī)下放分散到現(xiàn)場實(shí)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(shí)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)。 DCS 系統(tǒng)有以下主要缺點(diǎn)： 1. 接線復(fù)雜，可維護(hù)性差。 3. 可靠性不好。 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(shí)現(xiàn)傳感器、控制器層的通信，這就是現(xiàn)場總線 [3]。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)、武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 驅(qū)動(dòng)控制器等現(xiàn)場控制器網(wǎng)絡(luò) .現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、 在微機(jī)化測量控制設(shè)備之間實(shí)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(dòng)控制領(lǐng)域的自動(dòng)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)場總線是自動(dòng)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(dòng)化帶來革命，從而開創(chuàng)自動(dòng)化的新紀(jì)元。 3. 設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試費(fèi)用大大降低。 7. 系統(tǒng)具有優(yōu)異的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。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。第四章是本章的重點(diǎn)。 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(jì)要求電機(jī)的工作方式可以在自動(dòng)方式和手動(dòng)方式中進(jìn)行選擇。②能對監(jiān)控參數(shù)進(jìn)行趨勢分析 。②主要參數(shù)的歷史曲線及趨勢顯示 。②各種監(jiān)控參數(shù)的異常動(dòng)態(tài)存儲(chǔ) 。③異常狀態(tài)查詢 。④異常狀態(tài)及控制行為的報(bào)表打印。對計(jì)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。軟件方面，也要有一個(gè)合理的結(jié)構(gòu)，按模塊化的要求設(shè)計(jì)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)。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) 。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。 實(shí)時(shí)性。 微機(jī)要能適應(yīng)各種運(yùn)行情況，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行情況發(fā)生變化時(shí)，要求通過簡單的操作或改變某些標(biāo)志和參數(shù)值就能適應(yīng)。因此， 系統(tǒng)應(yīng)具有良好的開放性能，硬件配置要留有擴(kuò)充的余地 。一個(gè)好的監(jiān)控系統(tǒng)必須具備靈活方便的人機(jī)聯(lián)系功能，面向?qū)ο蟮娜藱C(jī)接口，操作維護(hù)也應(yīng)簡單易行。下面主要介紹計(jì)算機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件。不同的組態(tài)軟件各種組件的表現(xiàn)形式不同，但其基本功能作用是相同的。借助畫面開發(fā)系統(tǒng)，可以完成工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)的過程的各種工藝過程人機(jī)界面的組態(tài)圖形。 其他組件 其他組件包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，第三方接口程序設(shè)計(jì)等，不同的組態(tài)軟件有著不同的特殊配置。大多數(shù)組態(tài)軟件提供了腳本語言的支持。 組態(tài)軟件的開放性功能 隨著管理信息系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的普及，生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的應(yīng)用已經(jīng)不僅僅局限于數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。 對 Inter的支持功能 現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)已經(jīng)趨于國際化，分布式的生產(chǎn)方式。 組態(tài)軟件的選擇 國內(nèi)外流行的組態(tài)軟件 當(dāng)今國內(nèi)外流行的組態(tài)軟件主要有以下幾種： 1 InTouch 組態(tài)軟件 在 20 世紀(jì) 80 年代末初，基于 的 InTouch 組他軟件給工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)帶來了升級， InTouch 組態(tài)軟件提供了豐富的圖庫，早期的 InTouch 組態(tài)軟件采用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換方式與驅(qū)動(dòng)程序通信，性能較差，最新的 版已經(jīng)完全基于 32 位的 Windows 平臺(tái)，并且提供了 OPC 支持， 組態(tài)軟件 美國 Intellution 公司一 FIX 組態(tài)軟件起家， 1995 年被愛默生集團(tuán)收購，成為愛默生集團(tuán)的全資子公司， 軟件提供工控人員熟悉的概念和操作界面，并提供完備的武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 驅(qū)動(dòng)程序。 WinCC 組態(tài)軟件內(nèi)嵌 OPC 支持，并可對分布式系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。 組態(tài)軟件的 選擇 西門子公司 (Siemens)的工業(yè)組態(tài)軟件 WinCC(Windows Control Center)為開發(fā)適合現(xiàn)代化控制要求的系統(tǒng)提供了一個(gè)方便可靠、開放性好、功能強(qiáng)大的軟件平臺(tái)。 基于 WinCC 的以上優(yōu) 點(diǎn)， 本設(shè)計(jì)選擇 WinCC 組態(tài)軟件來完成。各系統(tǒng)集成商還可以用 WinCC 作為其系統(tǒng)的 擴(kuò)展基礎(chǔ)，通過開放接口開發(fā)自己的應(yīng)用軟件。在 WinCC 的圖形編輯器中用戶將在組態(tài)模式中用各種工具和對象生成圖形畫面，可以用包含在對象和樣式選項(xiàng)板中的眾多的圖形對象來創(chuàng)建過程畫面，可以通過動(dòng)作編程將動(dòng)態(tài)添加到單個(gè)圖形對象上，向?qū)峁┝俗詣?dòng)生成的動(dòng)態(tài)支持并將他們鏈接到對象，用戶同時(shí)可以在庫中存儲(chǔ)自己編程的圖形對象。 6) 全局腳本 全局腳本 (global script)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員用 ANSIC 及 Visual Basic 編寫的代碼，以滿足項(xiàng)目的需要。 WinCC 的性能特點(diǎn) WinCC 的性能特點(diǎn)如下： 1) WinCC 基于 最新發(fā)展的軟件技術(shù)，與 Microsfot 的密切合作能保證用戶獲得將來不斷更新的技術(shù)。 5) 提供所有主要 PLC系統(tǒng)的通訊通道 :作為標(biāo)準(zhǔn)， WinCC支持所有連接 SIMATIC S5/S7/505控制器的通訊通道，還包 PROFIBUS一 DP， DDE， OPC等非特定控制器的通訊通道。 7) 集成到 MES和 ERP中 :標(biāo)準(zhǔn)接口使得 SIMATIC WinCC成為在 TIA環(huán)境下的一個(gè)完整部件。 圖 WinCC 項(xiàng)目管理器 項(xiàng)目的設(shè)置 為了更有效地創(chuàng)建 WinCC 項(xiàng)目 ，應(yīng)對項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)給出一些初步的考慮。且由于 WinCC 的漢化功能不是很完善，項(xiàng)目路徑中最好不要包含任何中文字符。此外，所創(chuàng)建的項(xiàng)目還具有統(tǒng)一的畫面、函數(shù)和變量命名的約定等。其中運(yùn)行的控制模塊中圖形運(yùn)行是必需的，其他選項(xiàng)視實(shí)際情況而定。啟動(dòng)了文本庫運(yùn)行系統(tǒng)、全局腳本運(yùn)行系統(tǒng)、報(bào)警記錄運(yùn)行系統(tǒng)、變量記錄運(yùn)行系統(tǒng)和圖形運(yùn)行系統(tǒng)。 添加驅(qū)動(dòng)程序的步驟如下 [10]: a) 在 WinCC 項(xiàng)目管理器的瀏覽窗口中，右擊“變量管理器”。 本項(xiàng)目主要建立了三類變量： 外部變量、添加驅(qū)動(dòng)程序 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 內(nèi)部變量和系統(tǒng)變量 [6]。外部變量的最大數(shù)目由 Power Tags 授權(quán)限制。內(nèi)部變量 沒有對應(yīng)的過程驅(qū)動(dòng)程序和通道單元，不需要建立相應(yīng)的通道連接。如 圖 所示。系統(tǒng)變量以“ ”開頭，以區(qū)別于其他變量。 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 圖 內(nèi)部變量的建立 圖 系統(tǒng)變量的建立 圖形的編輯 組態(tài)編輯的內(nèi)容是整個(gè)監(jiān)控程序的核心。 當(dāng)監(jiān)控程序運(yùn)行時(shí)，操作者就可以通過這些界面顯示的內(nèi)容武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 完成對生產(chǎn)過程的監(jiān)控。用戶還可以導(dǎo)入外部 圖形和文本數(shù)據(jù)。監(jiān)控畫面分別顯示了系統(tǒng)的運(yùn)行工藝和各項(xiàng)系統(tǒng)參數(shù)，為操作員提供了直觀動(dòng)態(tài)的監(jiān)控效果。在界面標(biāo)題兩側(cè)，還顯示了日期和 時(shí)間，方便操作員查看。這個(gè)界面的內(nèi)容很簡單，主要由系統(tǒng)名稱文本和兩個(gè)按鈕組成。我們還可以從這個(gè)圖上的泵操作界面對各個(gè)水泵進(jìn)行操作，來控制各個(gè)水泵的啟動(dòng)和停止。 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 圖 登錄界面 冷卻水界面是此系統(tǒng)的另外一個(gè)主要工藝流程界面，這上面顯示了排水泵站的冷卻水的工藝流程。冷卻水界面如圖 所示。勵(lì)磁柜界面如圖 所示。 A、 B、 C 三相的武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 溫度用棒圖形式表示，并在棒圖上方設(shè)置報(bào)警溫度，一但溫度達(dá)到或超過報(bào)警溫度，系統(tǒng)就發(fā)出報(bào)警信息。在電機(jī)柜上方，還有操作按鈕。 高壓室界面上顯示了互感器柜、高壓進(jìn)線柜、 10KV 變 400V 進(jìn)線柜、 6KV 變 400V 進(jìn)線柜、和直流屏柜等六個(gè)高壓柜里面的故障信息，主要有互感器柜熔斷器斷、互感器柜接地故障、互感器柜失壓、互感器柜故障、超溫 、跳閘、交變直故障、交變直事故、蓄電池故障、蓄電池事故等。 圖 高壓室界面 雨量計(jì)界面主要顯示了當(dāng)前的下雨情況，并統(tǒng)計(jì)了本月和上一小時(shí)的下雨情況，包括大暴雨、暴雨、大雨、中雨、小雨的下雨次數(shù)，本月的降雨量，當(dāng)前降雨量、上月降雨量和上一小時(shí)降雨量等。 日雨量界面的內(nèi)容的雨量計(jì)界面的內(nèi)容相似，區(qū)別主要是曲線圖顯示的是日雨量曲線，在界面上也可以通過點(diǎn)擊“小時(shí)雨量曲線”和“日降雨量曲線‘兩個(gè)按鈕切換到雨量計(jì)界面和月雨量界面查看小時(shí)降雨量曲線和月降雨量曲線。泵操作界面在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)不是單獨(dú)出現(xiàn)的，它顯示在排水泵界面和電機(jī)柜界面上，在上述的這兩個(gè)界面中可以看到，這樣設(shè)計(jì)便于操作員直接面對工藝流程來對電機(jī)進(jìn)行操作。 圖 1泵操作界面 風(fēng)機(jī)操作界面共有 4 個(gè) ，分別和 4 臺(tái)風(fēng)機(jī)要對應(yīng)。 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 1風(fēng)機(jī)操作界面 變化曲線圖通過對象選項(xiàng)板下的控件對象中的在線趨勢圖控件來設(shè)計(jì)。 1勵(lì)磁柜曲線如圖 所示。 過程值歸檔的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下： a) 在變量記錄編輯器的歸檔向?qū)е袆?chuàng)建一個(gè)新的歸檔，添加要?dú)w檔的變量。 c) 設(shè)置歸檔變量的屬性。 e) 設(shè)置選擇 WinCC 在線趨勢控件的屬性。報(bào)警應(yīng)用 WinCC 中的報(bào)警記錄編輯器 (Alarm Logging)及 WinCC 報(bào)警控件可以方便的實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)功能。包括設(shè)置消息名稱、消息長度等屬性。選擇 WinCC 報(bào)警控件所示 ,并將其置于報(bào)警畫面中。 圖 組態(tài)報(bào)警消息 用戶管理 為了實(shí)現(xiàn)安全管理的操作，本設(shè)計(jì)還進(jìn)行了用戶管理設(shè)置。該編輯器有兩種損傷方式：組態(tài)方式和運(yùn)行方式。本設(shè)計(jì)就通過用戶管理員編輯器來進(jìn)行用戶管理和權(quán)限級的設(shè)置。如圖 所示。授權(quán)的訪問權(quán)限將允許或禁止用戶 訪問。 圖 用戶管理設(shè)置 與 PLC 的連接 WinCC 可以和工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行連接，完成與其它設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通訊。具體的實(shí)現(xiàn)步驟如下 [15]： (1) 安裝通訊處理器 CP5611 及其驅(qū)動(dòng)程序； (2) 在控制面板中打開“ PG/PC 接口”對話框，設(shè)置參數(shù)完成訪問點(diǎn)和通訊處理器之間的分配； (3) 完成通訊處理器的調(diào)試； (4) 在 WinCC 的變量管理器中添加驅(qū)動(dòng)程序“ SIMATIC S7 Protocol ” ； 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 (5) 在該驅(qū)動(dòng)程序中的 Profibus 選項(xiàng)中創(chuàng)建連接并設(shè)置參數(shù)； (6) 為 WinCC 中相應(yīng)的外部變量賦地址，如下圖 所示； 圖 為外部變量賦地址 (7) 利用 PG/PC 接口程序中的診斷功能進(jìn)行通道連接診斷，若診斷結(jié)果顯示“ OK”，則完成通訊。點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)，右鍵單擊計(jì)算機(jī)名，選擇屬性，在屬性對話框中，在常規(guī)標(biāo)簽頁，我們可以 定義項(xiàng)目運(yùn)行的計(jì)算機(jī)名稱，在啟動(dòng)標(biāo)簽頁，我們可以選擇運(yùn)行時(shí)需要運(yùn)行的運(yùn)行系統(tǒng) ，本設(shè)計(jì)中我們選擇文本庫，變量記錄運(yùn)行系統(tǒng)，報(bào)警記錄。本設(shè)計(jì)中我們將對話框中的 4 個(gè)Windows 熱鍵全部禁止。 運(yùn)行設(shè)置完成以后，我們就完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，點(diǎn)擊激活按鈕，系統(tǒng)便可以激活運(yùn)行了。 利用 WinCC 作為上位機(jī)組態(tài)軟件開發(fā)的此排水泵站控制系統(tǒng)完成滿足泵站的各項(xiàng)工藝要求，并且具有界面友好、功能完善、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，為城市排水泵站的自動(dòng)監(jiān)控提供了一個(gè)很好的實(shí)例，為以后城市 的自動(dòng)監(jiān)控設(shè)計(jì)具有很高的參考價(jià)值。 展望 隨著自動(dòng)化控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)外各企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率，增強(qiáng)競爭實(shí)力，對其自動(dòng)化系統(tǒng)提出了更高的要求，通過改造并升級企業(yè)原有的自動(dòng)化系統(tǒng)，充分利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能來更好的 實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)管理的自動(dòng)化、信息化和一體化。 相信在信息技術(shù)高速發(fā)展的二十一世紀(jì)，我國的工業(yè)自動(dòng)化程度會(huì)越來越高，工業(yè)的發(fā)展會(huì)越來越好！ 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 參考文獻(xiàn) 1 孟建軍 ,北京市排水泵站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .北京工業(yè)大學(xué)碩士文 ,2021,1 2 劉浩江 ,哈爾濱市沿江污水泵站監(jiān)控系統(tǒng)的研究 .哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士論 文 ,2021,2～ 3 3 龐彥斌，李令琦 .現(xiàn)場總線和 DCS 的網(wǎng)絡(luò)集成 .測控技術(shù) .1999,(9):18～ 21 4 許勁松 ,陳瑋 ,林珊 .現(xiàn)場總線發(fā)展現(xiàn)狀 與趨勢 .PLCamp。Industrial Electronics,IEEE Transactions on,Volume:46 Issue:6,Dec 1999,29～ 30 15 王曉遠(yuǎn)，王碩，楊飛 .工業(yè)組態(tài)軟件 WinCC 在雨水泵站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].中國農(nóng)村水利水電 .2021,15(1):85～ 87 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 致 謝 在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過 程中，我的導(dǎo)師章政老師自始至終都給了我親切的關(guān)懷和悉心的指導(dǎo)，并仔細(xì)審閱了全文，提出了寶貴的修改意