污水泵站遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(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控制要求，暴露出操作量大、效率低、反應慢的缺點，污水處理控制系統(tǒng)廠的運行成本也相應增加。為了順應遠程監(jiān)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，通過采用虛擬專用網（VPN）技術，使之實現(xiàn)泵站遠程監(jiān)控的功能。

1.1污水處理控制系統(tǒng)設備情況

泵站裝有格柵機2臺，污水提升泵4臺，低壓進線柜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，配置一臺研華610H工控機。由于不能遠程通信，不但數(shù)據(jù)監(jiān)測不到，而且泵站出現(xiàn)故障時不能進行緊急處理，缺乏各種報警和保護功能。

1.2遠程通訊方案

選取為了充分地利用有限的廣域網資源，為泵站數(shù)據(jù)提供可靠的帶寬。本系統(tǒng)采用VPN技術實現(xiàn)泵站與中控室的遠程通訊。使用VPN，可以用模擬點對點專用銜接的方式通過共享或公用網絡在兩臺計算機之間傳送數(shù)據(jù)，將一些相互連接的設備組成一個虛擬的專用網絡來管理。泵站向中控室傳送數(shù)據(jù)、網絡和音頻信號，同時監(jiān)控中心通過該網絡實現(xiàn)對泵站的遠程監(jiān)控。

1.3實現(xiàn)目標

增加遠程監(jiān)控系統(tǒng)，改造后的泵站應具備以下功能：①通過格柵機前后液位差的檢測，提示或自動啟動格柵機；②通過PLC，提升泵將根據(jù)泵的狀態(tài)、液位等自動投切；③能夠實現(xiàn)遠程監(jiān)測泵站數(shù)據(jù)，并在權限許可時，遠程控制格柵機及提升泵的啟停；④實現(xiàn)擴展功能，有新的泵站監(jiān)控需求時，中控室可以擴展。⑤遠程通信費用經濟實用。

2、系統(tǒng)設計實現(xiàn)

污水泵站控制系統(tǒng)由下位機（西門子S7-300PLC）、上位機（工控機，采用RSView32監(jiān)控軟件）及遠程通訊系統(tǒng)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(tǒng)來實現(xiàn)的。 

2.1遠程通訊實現(xiàn) 

2.1.1VPN實現(xiàn)

泵站接入ADSL上網，并新增VPN路由器2臺，分別作為服務器和客戶端使用。圖2為VPN隧道實現(xiàn)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訪問權限后，便直接向PPP會話點發(fā)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就組成了一個私有的安全的局域網，局域網內的各臺設備就可以互相通訊。

2.1.2組網分析

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，數(shù)據(jù)流量大。在中控室配置VPN路由器一臺（帶服務器功能），可實現(xiàn)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(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添加進來，便實現(xiàn)了上位機對PLC的遠程訪問。當新的泵站有遠程監(jiān)控需求時，只需在新的泵站配備帶VPN客戶端的路由器，便可實現(xiàn)功能，同時L2TP可以針對不同的服務器質量創(chuàng)建不同的隧道，滿足工藝需求。 

2.2下位機和上位機的實現(xiàn)

2.2.1上位機監(jiān)控系統(tǒng)

上位機監(jiān)控軟件選用羅克韋爾公司的RSView32軟件，其被廣泛應用于現(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(xiàn)對PLC的通訊。當VPN隧道建立后，中控室工控機與泵站的PLC就在同一個局域網內，在OPC服務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時數(shù)據(jù)和設備狀態(tài)顯示、報警、趨勢圖和報表等，可以實現(xiàn)監(jiān)視生產流程的運行狀態(tài)、控制設備啟停、分析運行數(shù)據(jù)、故障報警、定時生成報表等。本系統(tǒng)的監(jiān)控界面還包括了網絡恢復設置，當中控室網絡從故障轉為正常，只需點擊按鈕，就可以恢復對泵站的遠程監(jiān)控。

2.2.2下位機實現(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），同時內存RAM擴展到64K；

2）通訊模塊（CP）：選用CP343-1，可以獨立處理數(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/塊）；

4）模擬量輸入模塊（AI）：選用SM331，共1塊（8點/塊）；

5）模擬量輸出模塊（AO）：選用SM332，共1塊（8點/塊）。

PLC的組態(tài)和編程通過STEP7實現(xiàn)，STEP7軟件是用于SIMATIC S7可編程控制器的標準工具，具有硬件組態(tài)、通信組態(tài)、程序編寫、故障診斷等功能。因為PLC后面連了VPN路由器，在組態(tài)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(xiàn)，采用可讀性較強的梯形圖，由OB、FC、SFC、DB塊組成，能夠實現(xiàn)格柵機和提升泵的自動和手動運行及切換。

3、結束語

污水泵站遠程監(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、準確，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，只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。

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