【正文】 控制柜房?jī)?nèi)裝有進(jìn)線柜，泵開關(guān)柜，勵(lì)磁柜，電壓互感器柜， PLC柜，電源 柜等。 ? 冷卻水池：此水池里面的水是干凈水，主要用于冷卻電機(jī)，并且水通過循環(huán)管道循環(huán)使用。泵站的這些缺點(diǎn)已經(jīng)不能滿足當(dāng)前城市市政建設(shè)高速發(fā)展的需要。 研究泵站監(jiān)控系統(tǒng)的意義 1998 年我國(guó)遭遇了百年不遇的特大洪水侵襲，包括武漢市在內(nèi)的各個(gè)沿江地區(qū)和城市都受到了很大破壞。其改造后的系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集、過程控制于一身，能夠完成工藝流程控制、顯示、操作狀態(tài)監(jiān)視、過程數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)、存儲(chǔ)、報(bào)表打印等功能，該系統(tǒng)的研究的開發(fā)個(gè)有很大的意義。泵站實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控后，首先通過各種監(jiān)測(cè)裝置能夠快速準(zhǔn)確和及時(shí)的進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并不斷地把狀態(tài)數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器里。系統(tǒng)還能對(duì)事故過程進(jìn)行歷史記錄和整理，防止下一次事故的發(fā)生，可使設(shè)備避免遭受更嚴(yán)重的損壞，從而提高了泵站運(yùn)行的可靠性。泵站采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控運(yùn)行后，在排水泵站的運(yùn)行過程中，計(jì)算機(jī)通過檢測(cè)泵站蓄水池的水位控制調(diào)節(jié)泵機(jī)開停，使水泵效率提高，從而達(dá)到節(jié)省電能的目的。泵站的很多工作都是由自動(dòng)裝置按一定的程序自動(dòng)完成的，因此減少了人員直接參與操作、控制、監(jiān)視、檢查設(shè)備和記 錄等的工作量，改善了工作條件，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了運(yùn)行管理水平。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(jiǎng)。這對(duì)城市的防洪排澇有很大的幫助。 早期的監(jiān)控系統(tǒng) 早期國(guó)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(guó)外相比具有很大的差距。在管理水平上，大部分泵站的管理記錄和統(tǒng)計(jì)都是手工操作。早期泵站自動(dòng)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(chǎng)各處的參數(shù)通過統(tǒng)一的模擬信號(hào)，例如 的氣壓信號(hào)， 420mA 的直流電流武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 信 號(hào)， 15V 直流電壓信號(hào)等，送往集中監(jiān)控室。由于模擬信號(hào)的傳遞需要一對(duì)一的物理連接，信號(hào)變換緩慢，抗干擾能力差，因此經(jīng)常出現(xiàn)事故。 集散控制系統(tǒng) 目前國(guó)內(nèi)外比較先進(jìn)的泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)大多為集散控制系統(tǒng) DCS（ Distributed control system） [2]。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(tái)下位機(jī)下放分散到現(xiàn)場(chǎng)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(duì)控制器的處理能力和可靠性要求高的缺點(diǎn)。它是建立在計(jì)算機(jī)通信協(xié)議基礎(chǔ)之上的，無(wú)法延伸到現(xiàn)場(chǎng)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。 DCS 系統(tǒng)有以下主要缺點(diǎn)： 1. 接線復(fù)雜，可維護(hù)性差。 2. 精度差。 3. 可靠性不好。一旦工控機(jī)發(fā)生故障，整個(gè)系統(tǒng)將失去控制。 基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的 PLC網(wǎng)絡(luò) 20世紀(jì) 80年代后期，人們?cè)?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(chǎng)總線 [3]。第 2版 () IEC611582用于工業(yè)控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線是一種用于底層工業(yè)控制和測(cè)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。例如，現(xiàn)場(chǎng)總線一般是指“一種用于連接現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)控制器網(wǎng)絡(luò) .現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、 在微機(jī)化測(cè)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(chǎng)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(chǎng)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(jí)設(shè)備）之間的聯(lián)系；現(xiàn)場(chǎng)總線是連接控制系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)裝置的雙向數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò) ?，F(xiàn)場(chǎng)總線是從控制室聯(lián)結(jié)到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的雙向全數(shù)字通信總線在自動(dòng)化領(lǐng)域，“現(xiàn)場(chǎng)總線” 一詞是指安裝在現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)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)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，將對(duì)傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化帶來(lái)革命，從而開創(chuàng)自動(dòng)化的新紀(jì)元?，F(xiàn)場(chǎng)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)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。 3. 設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試費(fèi)用大大降低。 5. 提高了系統(tǒng)可靠性。 7. 系統(tǒng)具有優(yōu)異的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。 本文研究?jī)?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(dòng)化改造項(xiàng)目，對(duì)泵站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了研究，其主要研究?jī)?nèi)容是利用西門子的人機(jī)界面HMI軟件 WinCC對(duì)系統(tǒng)上位機(jī)的設(shè)計(jì)研究。第一章對(duì)泵站進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，并對(duì)泵站監(jiān)控系統(tǒng)研究的意義進(jìn)行了闡述，然后對(duì)泵站監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析說(shuō)明。第三章先對(duì)組態(tài)軟件的基本知識(shí)做了介紹，并在常見的組態(tài)軟件中選擇了本設(shè)計(jì)使用的組態(tài)軟件。第四章是本章的重點(diǎn)。第五章是本文的結(jié)束語(yǔ) ，主要對(duì)本設(shè)計(jì)做了一個(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié)，并對(duì)泵站監(jiān)控系統(tǒng)和自動(dòng)化技術(shù)的未來(lái)做了展望。 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。在泵站工作過程中，系統(tǒng)要能夠通過與 PLC 的通訊自動(dòng)采集和記錄泵站工作過程中 的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，包括泵站電機(jī)的啟停工作狀態(tài)，泵站各個(gè)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。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。 (1) 狀態(tài)采 集功能 : 能動(dòng)態(tài)采集下列信號(hào) :電機(jī)有功功率；電機(jī)無(wú)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能對(duì)監(jiān)控參數(shù)進(jìn)行趨勢(shì)分析 。 (3) 報(bào)警功能 對(duì)監(jiān)控參數(shù)能實(shí)施報(bào)警功能，能進(jìn)行記錄 (包括發(fā)生時(shí)間、監(jiān)測(cè)參數(shù)數(shù)據(jù)，相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)等 )，自動(dòng)生成異常狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。②主要參數(shù)的歷史曲線及趨勢(shì)顯示 。④歷史數(shù)據(jù)及特種一記錄顯示。②各種監(jiān)控參數(shù)的異常動(dòng)態(tài)存儲(chǔ) 。 (6) 查詢功能 ①各種監(jiān)控參數(shù)的歷史數(shù)據(jù) 。③異常狀態(tài)查詢 。 (7) 報(bào)表及打印功能 ①各種監(jiān)控參數(shù)的報(bào)表自動(dòng)生成 。④異常狀態(tài)及控制行為的報(bào)表打印。 這是最基本也是最重要的要求。對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，特別對(duì)于泵站，可靠性是最重要的。為了提高可靠性，要從硬件和軟件兩方面采取措施。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(chǎng)合，可采用雙機(jī)或雙重化系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)控制是一個(gè)綜合性、交叉性強(qiáng)的技術(shù)領(lǐng)域，它綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制、信息處理和通信、檢測(cè)技術(shù)以及生產(chǎn)過程和管理方面的知識(shí)，其技術(shù)先進(jìn)性概括來(lái)說(shuō)體現(xiàn)在硬件設(shè)備、軟件平臺(tái)和工具、信息處理和控制策略這三個(gè)方面。一方而，先進(jìn)的技術(shù)可以獲得更好的監(jiān)測(cè)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) 。 使用上的方便性 這包括三方面的含義 :其一，是操作上方便。操作的內(nèi)容盡可能簡(jiǎn)單明了，操作的順序清晰簡(jiǎn)明，便于記憶。其三，是維護(hù)上方便。 實(shí)時(shí)性。為了滿足實(shí)時(shí)性的要求，計(jì)算機(jī)必須有足夠高的時(shí)鐘頻率，性能優(yōu)良的操作系統(tǒng)，豐 富的函數(shù)指令以及合理的監(jiān)控系統(tǒng)布局等。 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(jiǎn)單的操作或改變某些標(biāo)志和參數(shù)值就能適應(yīng)。 可擴(kuò)充性。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 。 靈活方便的人機(jī)聯(lián)系功能。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(jiǎn)單易行。 結(jié)合設(shè)計(jì)要求和特點(diǎn)，監(jiān)控系統(tǒng)的很大一部分功能主要依靠組態(tài)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)將選用優(yōu)秀的組態(tài)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的下列功能（這也是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)）： (1) 泵站工作 過程的動(dòng)態(tài)可視化控制； (2)生產(chǎn)過程中生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和管理； (3)生產(chǎn)過程監(jiān)控報(bào)警； (4)變量歸檔 功能； (5)建立和 PLC的連接并模擬運(yùn)行 。下面主要介紹計(jì)算機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件。使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快捷構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的通用層次的軟件工具。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。 2 、數(shù)據(jù)變量管理組件 數(shù)據(jù)變量管理組件也稱為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。借助畫面開發(fā)系統(tǒng)，可以完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的過程的各種工藝過程人機(jī)界面的組態(tài)圖形。設(shè)備管理組件同樣是組態(tài)軟件中必不可少的組成部分。 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。相關(guān)驅(qū)動(dòng)程序由組態(tài)軟件開發(fā)商提供，或者由用戶按照某種組態(tài)軟件的“接口規(guī)范”編寫。大多數(shù)組態(tài)軟件提供了腳本語(yǔ)言的支持。 組態(tài)環(huán)境的擴(kuò)展功能 擴(kuò)展功能是指組態(tài)軟件提供了在不改變?cè)邢到y(tǒng)的情況下，向系統(tǒng)內(nèi)增加新功能的能力，這種增加的功能來(lái)自組態(tài)軟件來(lái)自組態(tài)軟件開發(fā)商，第三方軟件提供商或者用戶自身開發(fā)。 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(chǎng)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?，F(xiàn)有的組態(tài)軟件對(duì)大部分這些方面需求還只能以報(bào)表的形式提供，或者通過開放式數(shù)據(jù)庫(kù)連接技術(shù)將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到外部數(shù)據(jù)庫(kù)，以供其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的調(diào)用。 對(duì) Inter的支持功能 現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)已經(jīng)趨于國(guó)際化，分布式的生產(chǎn)方式。組態(tài)軟件能否從原有的局域網(wǎng)運(yùn)行方式跨越到支持 Inter，是擺在所有組態(tài)軟件開發(fā)商面前的一個(gè)重要課題。 組態(tài)軟件的選擇 國(guó)內(nèi)外流行的組態(tài)軟件 當(dāng)今國(guó)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(lái)了升級(jí)， InTouch 組態(tài)軟件提供了豐富的圖庫(kù)，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(guó) Intellution 公司一 FIX 組態(tài)軟件起家， 1995 年被愛默生集團(tuán)收購(gòu)，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。 Citech 的組態(tài)軟件腳本語(yǔ)言并非是面向?qū)ο蟮?，而是類似?C 語(yǔ)言。 WinCC 組態(tài)軟件內(nèi)嵌 OPC 支持，并可對(duì)分布式系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。組態(tài)軟件提供了資源管理器式的操作界面，并提供了以漢字作為關(guān)鍵字的腳本語(yǔ)言支持。 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)。無(wú)論是單用戶系統(tǒng)，還是多用戶系統(tǒng)， WinCC 均是較好的選擇 。 基于 WinCC 的以上優(yōu) 點(diǎn)， 本設(shè)計(jì)選擇 WinCC 組態(tài)軟件來(lái)完成。它真實(shí)地將工廠控制軟件集成到過程自動(dòng)化中。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。 WinCC 的系統(tǒng)構(gòu)成 WinCC 基本系統(tǒng)是很多應(yīng)用程序的核心，它包含以下九大部件 [7]： 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 1) 變量管理器 變量管理器 (tag management)管理 WinCC 中所使用的外部變量、內(nèi)部變量和通訊驅(qū)動(dòng)程序。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(duì)象生成圖形畫面，可以用包含在對(duì)象和樣式選項(xiàng)板中的眾多的圖形對(duì)象來(lái)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(duì)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(duì)象，用戶同時(shí)可以在庫(kù)中存儲(chǔ)自己編程的圖形對(duì)象。 4) 變量歸檔 變 量歸檔 (tag logging)負(fù)責(zé)處理測(cè)量值，并長(zhǎng)期存儲(chǔ)所記錄的過程值。 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。 8) 用戶管理器 用戶管理器 (user administrator)用來(lái)分配、管理和監(jiān)控用戶對(duì)組態(tài)和運(yùn) 行系統(tǒng)的訪問權(quán)限。 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(lái)不斷更新的技術(shù)。 3) 集成 ODBC/QSL數(shù)據(jù)庫(kù) :SQL2021標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)集成于 WinCC，所有面向列表 的組態(tài)數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)于此庫(kù)中，可以容易的使用標(biāo)準(zhǔn)查詢語(yǔ)言 (SQL)或使用武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 ODBC驅(qū)動(dòng)訪問 WinCC數(shù)據(jù)庫(kù)，如這些訪問選項(xiàng)允許 WINCC對(duì)其他 Windows程序和數(shù)據(jù)庫(kù)開放它的數(shù)據(jù)。 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。