【正文】 針對水廠的運行泵，采取每個月讀取一次的方法，將其結果放到數(shù)據(jù)庫中不再運算。本文OPC客戶端程序的設計主要是采用自動化接口訪問OPC服務器，對現(xiàn)場設備中的數(shù)據(jù)進行讀取與處理。建立連接：打開 Rslinx，在工具欄上點擊 ，打開驅動器組態(tài)對話框，在可用驅動器類型中選擇“Remote Devices via Linx Gateway”，再點擊“add new…”選項，輸入名字 TCP1。Rslinx Gateway 驅動程序能夠完美地支持 TCP/IP 客戶與 AB 控制器的連接，它也支持與遠程 OPC 進行通訊[49]。其通信結構圖如圖 所示。同步通訊時，OPC 客戶端向其服務器進行請求時，必須等到其服務器對應的響應全部完成之后才能返回，在此期間它一直處于等待狀態(tài)。OPC的數(shù)據(jù)項通常是指設備的一個寄存器單元或是寄存器的某一位。組對象：包含本組所有的信息，也可以管理OPC的數(shù)據(jù)項。同一個組中的 Item 對象的數(shù)水廠運行數(shù)據(jù)實時檢測與處理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)16據(jù)源可以在表 常用 OPC 規(guī)范規(guī)范 內容 備注Data Access 數(shù)據(jù)存儲規(guī)范 提供訪問實時數(shù)據(jù)的方法Alarm amp。 COM 標準為組件軟件和與應用程序之間的通訊提供了統(tǒng)一規(guī)范的標準，規(guī)定了組件之間的通訊機制。 通信系統(tǒng)設計 通信原理概述OPC 是為過程控制而專門設計的 OLE 技術，由世界技術處于領先地位的公司，即相關的自動化的軟硬件公司與微軟公司聯(lián)合建立的，還同時成立了專門的 OPC 基金會。其功能架構如圖 所示。開發(fā) OPC 客戶端的程序，讀取 OPC 服務器中的數(shù)據(jù)并將其存到本地數(shù)據(jù)庫中。服務器主要實現(xiàn)的是數(shù)據(jù)的采集與處理，客戶端主要實現(xiàn)氣浮報表的自動生成系統(tǒng)以及對水質評價模型的研究。年報表可分為水質年報表、水量年報表和消耗年報表。② 根據(jù)標簽設置，將水廠中心控制室的三臺計算機中的 Rslinx 數(shù)據(jù)同步到服務器的 Rslinx 中。PLC5 控制站： 、 濾池。DeviceNet 的掃描器模塊為 DeviceNet 設備與ControlLogix 機架之間的接口。在水廠運行數(shù)據(jù)實時檢測與處理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)11一個控制應用中，實時數(shù)據(jù)訪問對時間是有苛刻要求的，因此采用的是網(wǎng)絡交換機。ControlNet 需要使用通訊服務軟件 Rslinx 實現(xiàn) PLC 和上位機的實時通訊。之后伴有加藥的原水進入到進水室中，向水中投加高分子聚合物和石灰，并快速攪拌。水廠運行數(shù)據(jù)實時檢測與處理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)9第 2 章 系統(tǒng)總體方案設計本文的研究內容為水廠運行數(shù)據(jù)實時檢測與處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)功能齊全、界面友好。論文的主要內容如下，圖 為本文研究的結構圖：自來水處理廠中的水質參數(shù)P L C O P C S e r v e r數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)處理模塊實時數(shù)據(jù)獲取模塊水質等級評價模塊用戶界面圖 本文研究結構圖本文的研究內容主要包括以下幾個方面：第 1 章 緒論。由于影響水質的因素有很多，而水廠運行數(shù)據(jù)實時檢測與處理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)7評價指標與水質等級之間是一種非線性關系，所以水質評價的方法仍屬于研究探索階段。(4) 灰色評價法灰色系統(tǒng)是由我國學者鄧聚龍教授首先提出并創(chuàng)立的，該理論為研究少量數(shù)據(jù)或是不確定的信息問題提供了一種新方法。由于對分類指數(shù)的處理方式不同，指數(shù)法也存在著較多的計算形式。目前評價水質的方法有很多，下面介紹幾種常用的方法 [28]。OPC 技術的應用目前，OPC 技術已成為許多新型控制系統(tǒng)的核心技術，在國內外的工業(yè)控制領域已經(jīng)得到了廣泛的普及，其具體應用如下 [2527]：數(shù)據(jù)采集技術：OPC 技術廣泛應用于數(shù)據(jù)采集中。與此同時，歐洲的 OPC 協(xié)會（OPCE ）也在當年正式成立 [21]。它為不同的現(xiàn)場設備與軟件應用程序間，提供了統(tǒng)一規(guī)范的數(shù)據(jù)訪問接口 [14,15]。 目前水廠存在的問題經(jīng)過處理的自來水，操作人員想要得到處理水中各項參數(shù)指標，需要通過上位機組態(tài)界面抄寫原始數(shù)據(jù)，再依據(jù)計算公式進行手動計算得到參數(shù)值，最后將一系水廠運行數(shù)據(jù)實時檢測與處理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)4列參數(shù)值整理成當天報表的形式，進行存檔查看。氣浮池水面上的浮渣聚集到一定厚度以后，進入到污泥池排出。整個處理過程需要經(jīng)過多次水質檢驗。目前，我國的自來水廠仍然采用傳統(tǒng)的處理工藝，不能有效地去除微量污染物，尤其是有機污染物。地球雖然被水覆蓋面積高達 %，然而人類可使用的淡水資源卻非常地有限，人類真正可以使用的水僅占地球總水量的 %，包括江河、湖泊以及地下水。 選題的目的和意義隨著我國改革開放、經(jīng)濟的快速發(fā)展以及各重大項目的建設，人們的環(huán)保意識與自我保護意識越來越強，國家對自來水水質指標的要求也越來越嚴格。我國是一個嚴重缺水的國家,為了獲取水源，很多地區(qū)都巨額投資進行引水。該系統(tǒng)的成功運行不僅減輕了工作人員繁雜重復的工作內容，也使得水廠的信息綜合化水平得到提高。學校有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許學位論文被查閱和借閱；學校可以公布學位論文的全部或部分內容，可以采用影印、縮印或其它復制手段保存、匯編學位論文。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本文首先描述了自來水廠自控系統(tǒng)以及網(wǎng)絡架構，分析了自來水處理的工藝流程，進而設計了運行數(shù)據(jù)實時檢測與處理系統(tǒng)的總體方案。改革開放以后，我國的經(jīng)濟迅速發(fā)展，同時也面臨著非常嚴峻的生態(tài)環(huán)境問題，各地域的水體普遍污染嚴重 [2]。世界衛(wèi)生組織指出，人類 80%的疾病與飲用水不干凈有關。該系統(tǒng)的實現(xiàn)對降低水廠的運行成本、提高水廠的運營效率意義重大。隨著工業(yè)廢水不斷向河流、湖泊等流入，國家對污水處理的要求不僅僅停留在將其凈化使之無害，還希望經(jīng)過處理的污水可以循環(huán)回收，加以利用，或是將廢水凈化中產生的熱能被再次利用。經(jīng)過專業(yè)設備處理后的自來水才可放心飲用，其處理過程如下： 首先，從江河等淡水資源中把水抽取到水廠，然后經(jīng)過水體沉淀、加藥凈化、處理水過濾、氯氣消毒、濾后水入庫，最后輸送到城市自來水管道中。2022 年，在發(fā)生源水藍藻暴發(fā)事件后，天津市自來水集團開始對水廠的進行改造，經(jīng)改造后的水廠日供水量提高了近一倍，其供水量和優(yōu)質水質標志著天津在城市自來水處理領域已取得了新的進展。為此，國家的相關部門對原有的飲用水標準進行了修訂，并聯(lián)合發(fā)布了新的國家標準，即 GB57492022，該標準已于 2022 年 7 月 1 日實施起來。而 OPC 技術的出現(xiàn)，只要求不同廠商遵循 OPC 規(guī)范，就可以實現(xiàn)硬件設備與軟件之間的互操作 [13]。OPC 基金會，于 1996 年在美國舉行了第一次會議，并于同年 10 月在美國的芝加哥宣告正式成立。同時，由工業(yè)控制設備廠商以及軟件供應商提供的 OPC 產品也在逐年增加，目前出現(xiàn)在由 OPC 基金會發(fā)行的 OPC產品目錄上的 OPC 服務器產品以及 OPC 應用程序產品已有近 600 多種 [23]。使用 OPC 技術不僅實現(xiàn)了軟件冗余，而且使其具有很好的開放性和互操作性。單因子指數(shù)法只能表示一種污染物對水質造出的污染程度，所以，根據(jù)單一因子來評定水質，在一定程度上并不能反映水質的整體情況。(3) 模糊理論評價法模糊是指不清晰或是由不確定性因素造成的一種狀態(tài)?；疑u價方法注意到評價等級之間存在的不確切性以及不同污染因子監(jiān)測值的不完全性，這都符合了水環(huán)境評價的客觀實際情況。 本文的研究內容及結構本文基于 OPC 技術，采用 Client/Server 模式，借助 Rslinx 通訊軟件構建服務器，通過開發(fā) OPC 客戶程序采集 OPC 服務器中的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)服務器與各 PLC 控制站之間的數(shù)據(jù)通信；針對獲取到的各類原始數(shù)據(jù)，對其進行計算處理得到各類參數(shù)小時、天、月以及年度值并存到數(shù)據(jù)庫中。本章基于 OPC 通信技術，采用水廠運行數(shù)據(jù)實時檢測與處理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)8Client/Server 的模式實現(xiàn)了服務器對 PLC 控制站中數(shù)據(jù)的讀取，并存到本地數(shù)據(jù)庫中，針對采集數(shù)據(jù)，通過水廠提供資料，研究獲得各類水質、水量、藥耗、電耗等參數(shù)值的數(shù)據(jù)處理方法。本章進行課題總結和展望，概括了本課題所取得的結果和結論以及發(fā)現(xiàn)的問題，并對系統(tǒng)的后續(xù)完善并作出展望。 水處理的工藝流程及水廠網(wǎng)絡架構 自來水處理工藝流程水廠工藝流程如圖 所示。濾池中的水在進入接觸池前加入氯氣和氨氣進行消毒，最后經(jīng)過消毒的凈水進入到接觸池，送入城市供水管道系統(tǒng)。 ControlBus 是一種高性能的無源多主總線，在同一機架上的任何模塊和所有模塊之間充當傳遞信息包的管道作用。ControlNet通訊模塊通過橋接 ControlNet 鏈路傳遞消息給其他網(wǎng)絡上的設備，比如EtherNet/IP、DeviceNet 等。PLC2 控制站： A 線氣浮池；反沖洗排水池；空壓機系統(tǒng)；氯、氨投加量的計算和 PID 調節(jié)系統(tǒng)；濾池管廊排水系統(tǒng)；濾后服務水系統(tǒng)等。因此該系統(tǒng)按其實現(xiàn)功能可劃分為三個部分，即數(shù)據(jù)通信與處理、報表自動生成以及水質評價。根據(jù)參數(shù)性質，將日報表、月報表和年報表做進一步劃分。本文針對處理水中的水質，根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標準》 ，采用改進的 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡算法，對水質評價作了進一步研究。 服 務 器 數(shù) 據(jù) 通 信 數(shù) 據(jù) 庫 設 計 數(shù) 據(jù) 處 理 OPC服 務 器 OPC客 戶 端 圖 服務器功能框架① 數(shù)據(jù)通信本文數(shù)據(jù)通信是基于 OPC 技術，采用 Client/Server 的模式，實現(xiàn)了服務器與下位 PLC 控制站之間的通信，將車間內各類數(shù)據(jù)采集到服務器中。根據(jù)各類型報表，針對不同的報表采用不同方法對月報表進行處理，具體實現(xiàn)本文將在相應章節(jié)給出。其中，服務器模塊設計主要包括基于OPC 通信技術的數(shù)據(jù)通信模塊、數(shù)據(jù)庫模塊及數(shù)據(jù)處理模塊，客戶端模塊設計主要完成氣浮報表的自動生成功能及水質評價功能。OPC 技術的本質是采用了 COM/DCOM（組件對象模型/分布式組件對象模型）技術。Server 對象負責創(chuàng)建和管理 Group、管理 Server 內部的狀態(tài)信息，瀏覽服務器內部的組織結構，將服務器中的錯誤譯成描述性的語句等。服務器對象：它包含一個服務器中所有的信息，同時它也作為組對象的容器。公共組對連接到服務器上的所有應用程序均有效，而局部組只對建立它的客戶有效。定制接口效率較高，客戶可以通過此接口，將 OPC 服務器的性能最好的發(fā)揮出來，一般采用高級語言編程的水廠運行數(shù)據(jù)實時檢測與處理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)17客戶都會使用定制接口方案；使用 VB 編程語言的客戶一般會選擇自動化接口，自動化接口所提供的是自動平臺配置以及存取過程控制中數(shù)據(jù)的接口，該接口的使用使得客戶的應用程序變得簡單。 通信系統(tǒng)的實現(xiàn)機制水廠的通信系統(tǒng)采用 OPC 的客戶端/服務器模式，通過讀取本地 OPC 服務器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。在 Rslinx 軟件中集中了許多設備配置與監(jiān)視工具，用戶可通過鼠標選取與點擊所需的設備就可以完成需要的操作。這就允許了現(xiàn)場設備中的動態(tài)數(shù)據(jù)進入到應用軟件進行顯示等操作，同時也可以從監(jiān)控計算機中設置某個單獨參數(shù)或者下載數(shù)據(jù)到其所支持的設備中。配置好的 Rslinx 如圖 所示。累計量包括：原水水量、反沖洗污水流量、DAF污泥流量等。 水質檢測標簽表參數(shù) 標簽 PLC 值存儲類型 更新時間A 線 [PLC1]P1_DM[4].REP[0] 瞬時量 5 分鐘進水室溫度B 線 [PLC1]P1_DM[14].REP[0] 瞬時量 5 分鐘A 線 [PLC1]P1_DM[1].REP[0] 瞬時量 5 分鐘原水電導率B 線 [PLC1]P1_DM[11].REP[0] 瞬時量 5 分鐘A 線 [PLC1]P1_DM[2].REP[0] 瞬時量 5 分鐘原水 PH 值B 線 [PLC1]P1_DM[12].REP[0] 瞬時量 5 分鐘A 線 [PLC1]P1_DM[3].REP[0] 瞬時量 5 分鐘原水濁度B 線。水廠運行數(shù)據(jù)實時檢測與處理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)20定義 、 創(chuàng)建一個O P C S e r v e r 對象建立與 O P C S e r v e r對象的連接定義并添加 O P C G r o u p 對象并設置其相關屬性定義并添加 O P C I t e m 對象并設置其相關屬性同步讀取變化的標簽值清除 O P C S e r v e r釋放資源斷開 O P C S e r v e r 對象的連接移除 O P C G r o u p 對象移除 I t e m 對象將標簽值讀取到數(shù)據(jù)庫 客戶端程序的工作流程圖將水廠中運行在凈化車間、加氯間及加氨中待檢測的數(shù)據(jù)分成兩類，即瞬時量和累計量。建立 OPC Topic：在 DDE/OPC 選項里選擇“Topic configuration”,在左側 Topic 水廠運行數(shù)據(jù)實時檢測與處理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)19List 里點擊 New 按鈕，新建 8 個 Topic，分別為 PLC1PLC8。 Rslinx的客戶程序可以通過TCP/IP網(wǎng)絡接入Rslinx Classic Gateway的驅動程序中。Rslinx 軟件還支持多個應用程序可同時與處于不同網(wǎng)絡中的不同設備實現(xiàn)通訊。異步通訊時，OPC 的客戶端向其服務器發(fā)出請求后便立刻返回，客戶端可以進行其他操作，不用等待服務器對它的響應，待 OPC 服務器完成響應后，再通知OPC 客戶端。在一個數(shù)據(jù)組中，客戶可以