污水泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)
隨著污水處理控制系統(tǒng)量的增加,傳統(tǒng)的人工操作不能適應(yīng)控制要求,暴露出操作量大、效率低、反應(yīng)慢的缺點(diǎn),污水處理控制系統(tǒng)廠的運(yùn)行成本也相應(yīng)增加。為了順應(yīng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的趨勢,提高污水泵站的運(yùn)行管理水平,降低運(yùn)行成本,我們對原泵站進(jìn)行自動化升級,通過采用虛擬專用網(wǎng)(VPN)技術(shù),使之實(shí)現(xiàn)泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能。
1.1污水處理控制系統(tǒng)設(shè)備情況
泵站裝有格柵機(jī)2臺,污水提升泵4臺,低壓進(jìn)線柜1臺,軟啟動柜1臺,變頻啟動柜2臺,PLC柜1臺。中控室采用固定IP方式上網(wǎng),配置一臺研華610H工控機(jī)。由于不能遠(yuǎn)程通信,不但數(shù)據(jù)監(jiān)測不到,而且泵站出現(xiàn)故障時不能進(jìn)行緊急處理,缺乏各種報警和保護(hù)功能。
1.2遠(yuǎn)程通訊方案
選取為了充分地利用有限的廣域網(wǎng)資源,為泵站數(shù)據(jù)提供可靠的帶寬。本系統(tǒng)采用VPN技術(shù)實(shí)現(xiàn)泵站與中控室的遠(yuǎn)程通訊。使用VPN,可以用模擬點(diǎn)對點(diǎn)專用銜接的方式通過共享或公用網(wǎng)絡(luò)在兩臺計算機(jī)之間傳送數(shù)據(jù),將一些相互連接的設(shè)備組成一個虛擬的專用網(wǎng)絡(luò)來管理。泵站向中控室傳送數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)和音頻信號,同時監(jiān)控中心通過該網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對泵站的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
1.3實(shí)現(xiàn)目標(biāo)
增加遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),改造后的泵站應(yīng)具備以下功能:①通過格柵機(jī)前后液位差的檢測,提示或自動啟動格柵機(jī);②通過PLC,提升泵將根據(jù)泵的狀態(tài)、液位等自動投切;③能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測泵站數(shù)據(jù),并在權(quán)限許可時,遠(yuǎn)程控制格柵機(jī)及提升泵的啟停;④實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展功能,有新的泵站監(jiān)控需求時,中控室可以擴(kuò)展。⑤遠(yuǎn)程通信費(fèi)用經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
2、系統(tǒng)設(shè)計實(shí)現(xiàn)
污水泵站控制系統(tǒng)由下位機(jī)(西門子S7-300PLC)、上位機(jī)(工控機(jī),采用RSView32監(jiān)控軟件)及遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)三部分構(gòu)成,上位機(jī)和下位機(jī)是基礎(chǔ),它們之間的通訊是由VPN構(gòu)成的遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。
2.1遠(yuǎn)程通訊實(shí)現(xiàn)
2.1.1VPN實(shí)現(xiàn)
泵站接入ADSL上網(wǎng),并新增VPN路由器2臺,分別作為服務(wù)器和客戶端使用。圖2為VPN隧道實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖,首先在上位機(jī)路由器上進(jìn)行配置,設(shè)置VPN服務(wù)器,包括網(wǎng)絡(luò)接入方式,VPN隧道傳入的用戶名和密碼等。泵站的VPN路由器作為VPN客戶端(需要設(shè)置用戶名和密碼),當(dāng)獲得Internet訪問權(quán)限后,便直接向PPP會話點(diǎn)發(fā)起L2TP隧道連接請求,同時上位機(jī)VPN服務(wù)器對其進(jìn)行認(rèn)證,認(rèn)證通過后,終端獲得隧道IP:200.200.200.5,中控室的隧道IP是200.200.200.1。這樣泵站的VPN路由器和中控室的工控機(jī)就組成了一個私有的安全的局域網(wǎng),局域網(wǎng)內(nèi)的各臺設(shè)備就可以互相通訊。
2.1.2組網(wǎng)分析
中控室:中控室是污水處理控制系統(tǒng)廠信息存放、處理的中心,采用固定IP方式上網(wǎng),數(shù)據(jù)流量大。在中控室配置VPN路由器一臺(帶服務(wù)器功能),可實(shí)現(xiàn)與客戶端無縫連接,輕松組建VPN網(wǎng)絡(luò)。
泵站:考慮到VPN連接的穩(wěn)定性,采用L2TP硬件客戶端的方式接入,配置VPN路由器,直接向中控室固定IP發(fā)起連接。
此時建立的VPN隧道是上位機(jī)和VPN路由器之間的隧道,目的是訪問VPN路由器后面的PLC,因此需要添加一條靜態(tài)路由,把PLC的IP地址和PLC端的VPN隧道IP添加進(jìn)來,便實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)對PLC的遠(yuǎn)程訪問。當(dāng)新的泵站有遠(yuǎn)程監(jiān)控需求時,只需在新的泵站配備帶VPN客戶端的路由器,便可實(shí)現(xiàn)功能,同時L2TP可以針對不同的服務(wù)器質(zhì)量創(chuàng)建不同的隧道,滿足工藝需求。
2.2下位機(jī)和上位機(jī)的實(shí)現(xiàn)
2.2.1上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)
上位機(jī)監(jiān)控軟件選用羅克韋爾公司的RSView32軟件,其被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè),具有豐富的模塊庫,同時支持OPC,可以廣泛的和不同的PLC建立通訊連接。因?yàn)镽SView32沒有S7-300PLC的驅(qū)動,因此要在上位機(jī)安裝西門子SIMATIC
NET軟件建立OPC服務(wù)器,以實(shí)現(xiàn)對PLC的通訊。當(dāng)VPN隧道建立后,中控室工控機(jī)與泵站的PLC就在同一個局域網(wǎng)內(nèi),在OPC服務(wù)器中建的變量可以觀察到狀態(tài)為“good”,此時通訊便建立起來,監(jiān)控畫面便可以看到數(shù)據(jù)。監(jiān)控畫面主要包括泵站的實(shí)時數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)顯示、報警、趨勢圖和報表等,可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)視生產(chǎn)流程的運(yùn)行狀態(tài)、控制設(shè)備啟停、分析運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障報警、定時生成報表等。本系統(tǒng)的監(jiān)控界面還包括了網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)設(shè)置,當(dāng)中控室網(wǎng)絡(luò)從故障轉(zhuǎn)為正常,只需點(diǎn)擊按鈕,就可以恢復(fù)對泵站的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2.2.2下位機(jī)實(shí)現(xiàn)
泵站監(jiān)控系統(tǒng)的PLC采用西門子公司的S7-300系列,根據(jù)控制要求,PLC的主要配置如下:
1)中央處理模塊(CPU):選用CPU314-2DP,屬于緊湊型CPU(自帶I/O模塊),同時內(nèi)存RAM擴(kuò)展到64K;
2)通訊模塊(CP):選用CP343-1,可以獨(dú)立處理數(shù)據(jù)通信,并與VPN路由器連接;
3)數(shù)字量輸入模塊(DI):選用SM321,共1塊(16點(diǎn)/塊);
4)模擬量輸入模塊(AI):選用SM331,共1塊(8點(diǎn)/塊);
5)模擬量輸出模塊(AO):選用SM332,共1塊(8點(diǎn)/塊)。
PLC的組態(tài)和編程通過STEP7實(shí)現(xiàn),STEP7軟件是用于SIMATIC S7可編程控制器的標(biāo)準(zhǔn)工具,具有硬件組態(tài)、通信組態(tài)、程序編寫、故障診斷等功能。因?yàn)镻LC后面連了VPN路由器,在組態(tài)CP模塊時,需要進(jìn)行網(wǎng)關(guān)設(shè)置(地址為路由器IP)。泵站程序用結(jié)構(gòu)化編程實(shí)現(xiàn),采用可讀性較強(qiáng)的梯形圖,由OB、FC、SFC、DB塊組成,能夠?qū)崿F(xiàn)格柵機(jī)和提升泵的自動和手動運(yùn)行及切換。
3、結(jié)束語
污水泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控是污水處理控制系統(tǒng)廠管理的趨勢。該系統(tǒng)投入運(yùn)行近一年來,提高了工作效率,使污水泵站運(yùn)行、控制與管理更加真實(shí)、準(zhǔn)確,相比其他遠(yuǎn)程通訊方案,采用VPN技術(shù)大大降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本,只相當(dāng)于普通家庭每年上網(wǎng)的費(fèi)用,并且安全性能好,操作簡單方便、直觀,為其他污水泵站的改造積累了經(jīng)驗(yàn)。
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合肥鴻昇自動化科技有限公司專注于成為污水行業(yè)領(lǐng)域?qū)I(yè)的自動化系統(tǒng)集成商和設(shè)備供貨商,公司與國際各大自動化和儀器儀表廠家在合作中形成水行業(yè)戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系,同時多年潛心經(jīng)營使得我們對水處理行業(yè)的技術(shù)、發(fā)展和新工藝有著非常深的認(rèn)識和理解,這保障了我們的污水成套產(chǎn)品和技術(shù)水平始終處于業(yè)界領(lǐng)先水平。
標(biāo)簽:   污水處理控制系統(tǒng)