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(shì)，提高污水泵站的運(yùn)行管理水平，降低運(yùn)行成本，我們對(duì)原泵站進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)，通過(guò)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(tái)，污水提升泵4臺(tái)，低壓進(jìn)線柜1臺(tái)，軟啟動(dòng)柜1臺(tái)，變頻啟動(dòng)柜2臺(tái)，PLC柜1臺(tái)。中控室采用固定IP方式上網(wǎng)，配置一臺(tái)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(cè)不到，而且泵站出現(xiàn)故障時(shí)不能進(jìn)行緊急處理，缺乏各種報(bào)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(duì)點(diǎn)專用銜接的方式通過(guò)共享或公用網(wǎng)絡(luò)在兩臺(tái)計(jì)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(gè)虛擬的專用網(wǎng)絡(luò)來(lái)管理。泵站向中控室傳送數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)和音頻信號(hào)，同時(shí)監(jiān)控中心通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)格柵機(jī)前后液位差的檢測(cè)，提示或自動(dòng)啟動(dòng)格柵機(jī)；②通過(guò)PLC，提升泵將根據(jù)泵的狀態(tài)、液位等自動(dòng)投切；③能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)泵站數(shù)據(jù)，并在權(quán)限許可時(shí)，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(shí)，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(jì)實(shí)現(xiàn)

污水泵站控制系統(tǒng)由下位機(jī)（西門(mén)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(lái)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(tái)，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(wèn)權(quán)限后，便直接向PPP會(huì)話點(diǎn)發(fā)起L2TP隧道連接請(qǐng)求，同時(shí)上位機(jī)VPN服務(wù)器對(duì)其進(jìn)行認(rèn)證，認(rèn)證通過(guò)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(gè)私有的安全的局域網(wǎng)，局域網(wǎng)內(nèi)的各臺(tái)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(tái)（帶服務(wù)器功能），可實(shí)現(xiàn)與客戶端無(wú)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(shí)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(wèn)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(lái)，便實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)對(duì)PLC的遠(yuǎn)程訪問(wèn)。當(dāng)新的泵站有遠(yuǎn)程監(jiān)控需求時(shí)，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(shí)L2TP可以針對(duì)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(kù)，同時(shí)支持OPC，可以廣泛的和不同的PLC建立通訊連接。因?yàn)镽SView32沒(méi)有S7-300PLC的驅(qū)動(dòng)，因此要在上位機(jī)安裝西門(mén)子SIMATIC 

NET軟件建立OPC服務(wù)器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)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(shí)通訊便建立起來(lái)，監(jiān)控畫(huà)面便可以看到數(shù)據(jù)。監(jiān)控畫(huà)面主要包括泵站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)顯示、報(bào)警、趨勢(shì)圖和報(bào)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(bào)警、定時(shí)生成報(bào)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(duì)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(mén)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(shí)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(guò)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(xiě)、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(shí)，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(dòng)和手動(dòng)運(yùn)行及切換。

3、結(jié)束語(yǔ)

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(shì)。該系統(tǒng)投入運(yùn)行近一年來(lái)，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(jiǎn)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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