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污水泵站遠程監控系統的設計與實現
更新時間:2018-06-28 來源:開天源水務信息化 作者:張文亮 冷祎

  某污水泵站和遠程中控室未設置通信,随着污水處理量的增加,傳統的人工操作不能适應控制要求,暴露出操作量大、效率低、反應慢的缺點,污水處理廠的運行成本也相應增加。為了順應遠程監控的趨勢,提高污水泵站的運行管理水平,降低運行成本,我們對原泵站進行自動化升級,通過采用虛拟專用網(VPN)技術,使之實現泵站遠程監控的功能。

  1、基本情況

  1.1設備情況

  泵站裝有格栅機2台,污水提升泵4台,低壓進線櫃1台,軟啟動櫃1台,變頻啟動櫃2台,PLC櫃1台。中控室采用固定IP方式上網,配置一台研華610H工控機。由于不能遠程通信,不但數據監測不到,而且泵站出現故障時不能進行緊急處理,缺乏各種報警和保護功能。

  1.2實現目标

  增加遠程監控系統,改造後的泵站應具備以下功能:①通過格栅機前後液位差的檢測,提示或自動啟動格栅機;②通過PLC,提升泵将根據泵的狀态、液位等自動投切;③能夠實現遠程監測泵站數據,并在權限許可時,遠程控制格栅機及提升泵的啟停;④實現擴展功能,有新的泵站監控需求時,中控室可以擴展。⑤遠程通信費用經濟實用。

  1.3遠程通訊方案

  遠程通訊方案的選取為了充分地利用有限的廣域網資源,為泵站數據提供可靠的帶寬。本系統采用VPN技術實現泵站與中控室的遠程通訊。使用VPN,可以用模拟點對點專用銜接的方式通過共享或公用網絡在兩台計算機之間傳送數據,将一些相互連接的設備組成一個虛拟的專用網絡來管理。泵站向中控室傳送數據、網絡和音頻信号,同時監控中心通過該網絡實現對泵站的遠程監控。

  2、系統設計實現

  污水泵站控制系統由下位機(西門子S7-300PLC)、上位機(工控機,采用RSView32監控軟件)及遠程通訊系統三部分構成,上位機和下位機是基礎,它們之間的通訊是由VPN構成的遠程通訊系統來實現的。

170804 污水泵站遠程監控系統的設計與實現 (1).png

  2.1遠程通訊實現

  2.1.1組網分析

  中控室:中控室是污水處理廠信息存放、處理的中心,采用固定IP方式上網,數據流量大。在中控室配置VPN路由器一台(帶服務器功能),可實現與客戶端無縫連接,輕松組建VPN網絡。

  泵站:考慮到VPN連接的穩定性,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發起連接。

  2.1.2VPN實現

  泵站接入ADSL上網,并新增VPN路由器2台,分别作為服務器和客戶端使用。圖2為VPN隧道實現的網絡結構圖,首先在上位機路由器上進行配置,設置VPN服務器,包括網絡接入方式,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(需要設置用戶名和密碼),當獲得Internet訪問權限後,便直接向PPP會話點發起L2TP隧道連接請求,同時上位機VPN服務器對其進行認證,認證通過後,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就組成了一個私有的安全的局域網,局域網内的各台設備就可以互相通訊。

170804 污水泵站遠程監控系統的設計與實現 (2).png

  此時建立的VPN隧道是上位機和VPN路由器之間的隧道,最後的目的是訪問VPN路由器後面的PLC,因此需要添加一條靜态路由,把PLC的IP地址和PLC端的VPN隧道IP添加進來,便實現了上位機對PLC的遠程訪問。當新的泵站有遠程監控需求時,隻需在新的泵站配備帶VPN客戶端的路由器,便可實現功能,同時L2TP可以針對不同的服務器質量創建不同的隧道,滿足工藝需求。

  2.2下位機和上位機的實現

  2.2.1下位機實現

  泵站監控系統的PLC采用西門子公司的S7-300系列,根據控制要求,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),同時内存RAM擴展到64K;

  2)通訊模塊(CP):選用CP343-1,可以獨立處理數據通信,并與VPN路由器連接;

  3)數字量輸入模塊(DI):選用SM321,共1塊(16點/塊);

  4)模拟量輸入模塊(AI):選用SM331,共1塊(8點/塊);

  5)模拟量輸出模塊(AO):選用SM332,共1塊(8點/塊)。

PLC的組态和編程通過STEP7實現,STEP7軟件是用于SIMATIC S7可編程控制器的标準工具,具有硬件組态、通信組态、程序編寫、故障診斷等功能。因為PLC後面連了VPN路由器,在組态CP模塊時,需要進行網關設置(地址為路由器IP)。泵站程序用結構化編程實現,采用可讀性較強的梯形圖,由OB、FC、SFC、DB塊組成,能夠實現格栅機和提升泵的自動和手動運行及切換。

  2.2.2上位機監控系統

  上位機監控軟件選用羅克韋爾公司的RSView32軟件,其被廣泛應用于現代工業,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。因為RSView32沒有S7-300PLC的驅動,因此要在上位機安裝西門子SIMATIC

  NET軟件建立OPC服務器,以實現對PLC的通訊。當VPN隧道建立後,中控室工控機與泵站的PLC就在同一個局域網内,在OPC服務器中建的變量可以觀察到狀态為“good”,此時通訊便建立起來,監控畫面便可以看到數據。監控畫面主要包括泵站的實時數據和設備狀态顯示、報警、趨勢圖和報表等,可以實現監視生産流程的運行狀态、控制設備啟停、分析運行數據、故障報警、定時生成報表等。 本系統的監控界面還包括了網絡恢複設置,當中控室網絡從故障轉為正常,隻需點擊按鈕,就可以恢複對泵站的遠程監控。上位機監控畫面如圖3所示。

170804 污水泵站遠程監控系統的設計與實現 (3).png

  3、結束語

  污水泵站遠程監控是污水處理廠管理的趨勢。該系統投入運行近一年來,提高了工作效率,使污水泵站運行、控制與管理更加真實、準确,相比其他遠程通訊方案,采用VPN技術大大降低了網絡建設成本,隻相當于普通家庭每年上網的費用,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驗。

來源:開天源水務信息化

編輯:王文靜、于存傑 

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