GE Fanuc監控軟件在污水泵站遠程集散監控系統中的應用

摘要：本文介紹了iFIX、Historian和iWebserver等GE Fanuc軟件在污水泵站遠程集散監控系統中的應用。介紹了污水泵站遠程集散監控系統的功能和實現辦法。
關鍵詞：遠程監控，雙網備份，語音報警，SCADA，iFIX，Historian，iWebserver, INTRANET GPRS PSTN.
一 、引言
深圳市水務集團屬下目前有40多座大大小小的污水泵站。這些污水泵站主要負責收集各個片區的污水和雨水，撈除大的垃圾后對污水加壓送往各個污水處理廠進行進一步的凈化處理。
污水泵站肩負著城市排污的重任，保證其安全正常的工作十分重要。但由于污水泵站分布的地理位置非常分散，管理起來十分不便，以往只能在各個主要的大泵站安排值班人員，工作人員每天對附近的小泵站進行巡檢，然后通過電話與調度人員互相聯系，從而實現對泵站的統一管理。這種泵站管理方法十分落后，需要的值班人員很多，而效率和準確性都比較低。另外，污水泵站的工作環境也非常惡劣，有些小泵站甚至在的地下，根本不具備值班條件。介于以上情況，深圳水務集團提出建設泵站遠程集散監控系統，實施對泵站運行的遠程監控，實現泵站數據的統一化管理和泵站無人值守。
由于污水泵站生產的重要性，上位監控系統的穩定性就十分重要。通過比較，我們選用GE Fanuc的iFIX作為遠程監控系統的SCADA組態軟件，選用Historian作為泵站歷史數據庫的組態軟件，選用iWebserver實現監控系統在網路上的發布。
二、系統需求
根據泵站集散遠程監控系統的應用目的，系統主要有以下幾點需求：
其一，泵站中央控制室的調度人員應可以同時監視和控制系統所有的泵站，可以遠程對泵站的設備進行操作，系統對每個泵站的POLLING 小于3秒鐘；
其二，中控室應對SCADA服務器應進行雙SCADA服務器冗余備份，保證SCADA系統運行的可靠；
其三，應保證泵站與中央控制室通訊的可靠和穩定；
其四，應建立完善的歷史數據庫，專門記錄各個泵站的生產數據，方便中控人員查詢和分析；
其五，在系統建成SCADA系統的基礎上，把監控畫面網頁化，使用WEB技術，讓用戶可通過辦公網絡瀏覽SCADA系統發布的實時生產信息；
其六，應提供完善的報警處理方案，確保系統產生的報警能準確快速的告訴中控有關人員，保證泵站生產的安全；
三、系統結構說明
泵站遠程集散監控系統的結構示意圖如圖一所示：

圖一 系統結構示意圖
系統首先在每個泵站安裝PLC控制系統，各個泵站的PLC負責采集所在泵站的各種設備的的信號，并對某些設備進行自動化控制。泵站當地還安裝有觸摸屏操作終端，觸摸屏操作終端連接PLC,可直接對泵站的設備進行監控。因此，每個泵站的PLC控制系統都是一個完整的系統，在脫離上位遠程監控系統時都可獨立運作。
系統中央控制室選用iFIX組建SCADA系統，SCADA系統通過INTRANET（IP城域網）,GPRS以及PSTN的方式與各個泵站的PLC通訊，實現泵站的統一監控。
3．1 中央控制室結構
泵站集散遠程監控系統的中央控制室由多臺PC和服務器組成，中央控制室的系統結構圖如圖二所示：

圖二 中央控制室系統結構圖
中央控制室配置兩個由iFIX搭建的SCADA節點，兩臺SCADA服務器還選用了iFIX的SCADA冗余功能，采用邏輯節點的方式實現了兩個SCADA服務器的雙機備份冗余處理。中央控制室還配置一臺歷史數據服務器，數據庫軟件采用GE Fanuc的Historian,該數據庫負責高速和高壓縮性的記錄SCADA服務器所采集的實時生產數據。中央控制室的通訊前置機安裝iWebserver軟件，負責將監控畫面網絡化，并通過INTRANET或者電話MODEM發布出去；另外通訊前置機還負責PSTN通訊以及電話語音報警的處理。
3．2 泵站當地控制系統的結構
系統監控的污水泵站主要有兩種類型，一種是規模比較大的泵站，另一種是規模較小的泵站。
規模較大的泵站系統結構圖如圖三所示:,

圖三 大泵站系統結構圖
大泵站的PLC直接提供以太網口，并且采用有線的INTRANTET方式作為與中央控制室通訊的主要通訊鏈路，采用GPRS無線通訊作為有線通訊方式的備份鏈路；
規模較小的泵站系統結構圖如圖四所示：

圖四 小泵站系統結構圖
小泵站由于條件限制，采用有線方式費用太高，因此采用GPRS無線通訊作為主要的通訊方式，采用PSTN作為通訊的備份鏈路，保證通訊的可靠性。
四、系統的主要功能的解決辦法
4.1 SCADA功能模塊
系統選用的iFIX具有強大的SCADA功能，利用iFIX對現場采集在PLC中的信號進行歸類，建立iFIX的實時數據庫。通過對實時數據庫里的數據塊進行定義，將現場的設備報警定義在iFIX中，由iFIX對報警進行處理，在組態畫面上產生需要用戶確認的報警信息。另外，利用iFIX強大的畫面開發功能以及iFIX對VBA的支持，也幫助我們開發出靚麗的并且符合用戶操作習慣的SCADA界面。系統中應用iFIX建立了3000多個點的SCADA實時數據庫，系統性能和效率都很高。

圖五 部分系統設備監控畫面
4.2通訊處理模塊
4.2.1 通訊鏈路情況
系統中一共使用了三種通訊鏈路建立中央控制室SCADA系統與泵站當地PLC的聯系。這三種通訊鏈路為：INTRANET(IP城域網)、GPRS()以及PSTN（電話網絡）。根據泵站當地的條件，系統選用其中的兩種通訊鏈路組成通訊鏈路雙網備份，保證SCADA系統與PLC通訊的可靠性。
4.2.2 通訊協議的選擇
SCADA系統與PLC的通訊協議主要有TCP協議和UDP協議兩種，TCP協議傳送數據前需要首先建立連接，錯誤的數據將會自動重發，因而可靠性好，但網絡負擔較重：另一種是UDP協議，這種用戶報文協議是一個無連接協議，發送方只負責發送數據，因此不能確保數據傳輸完全正確，但它占用網絡資源較少。考慮到中央控制室與泵站的通訊是遠程通訊，網絡帶寬有限，應此選用UDP協議作為iFIX與PLC之間的通訊協議。同時，在iFIX中設置POLLING的超時時間和重發次數，保證POLLING的準確性。
4.2.3 通訊鏈路的切換
iFIX與PLC的通訊方式是采用POLLING方式，iFIX首先向PLC發送POLLING的數據包，PLC接收到數據包后，如果數據包的格式正確，PLC將回答一個數據包給iFIX，iFIX通過分析PLC回答的數據包獲取PLC中的數據。
系統中iFIX和PLC的通訊采用雙網備份，iFIX不斷發數據包，系統開發的通訊鏈路切換程序將根據網絡的情況選擇數據包送往PLC的網絡鏈路。通過這種雙網切換的方式，大大降低了由于某種通訊鏈路中斷對泵站遠程監控的影響。
4.3報警處理模塊
報警處理模塊將SCADA系統監控到的泵站生產的報警信息及時傳遞給用戶。
iFIX組建的SCADA節點為我們提供了很好的報警處理辦法。通過對數據塊的定義，可以產生SCADA系統的多種報警，例如液位情況、設備開關等。
報警處理模塊主要是的作為SCADA報警處理的語音補充，其實現辦法如下：


圖六 報警處理模塊結構

利用iFIX的報警ODBC導出功能，我們將系統的報警導出，首先放進SQL SERVER數據庫中，報警語音處理模塊收集保存在SQL SERVER中報警信息，分析后進行語音輸出。報警處理模塊包括電腦語音報警處理和電話語音報警處理。電腦語言報警處理通過電腦音箱語言提示操作人員系統故障報警的產生。當電腦語言提示后經過一定時間報警仍然未處理時，報警處理模塊將播通預先設定好的電話，通過電話語言提示系統的報警。
4.4歷史數據庫處理模塊
系統采用Historian建立系統的歷史數據庫，利用Historian提供的OLE DB和EXCEL ADDIN接口讀取歷史數據并產生曲線和生產報表。
Historian 是一個企業級的歷史數據庫，它可以以極快的速度將分布在生產線，以及其他企業數據庫。
系統在前端控制系統的SCADA節點上安裝采集器Collector，該采集器可以實時采集SCADA的實時數據，在壓縮之后發送送給Historian服務器。數據的采集Historian可以以20000次/秒處理數據讀寫事件、數據記錄毫秒級的時間分辨率、采集器可以提供100ms的數據采集速度。在本系統中數據采集所要達到的技術指標完全足夠。Historian提供采集死區壓縮和歸檔存儲壓縮兩種手段壓縮記錄過程數據。這樣就節省了大量的存儲空間，使得數據備份的時間大大加常，數據查詢也變的十分的方便，用戶可以在5到7年以內不用擔心硬盤空間不足。Historian提供多種數據接口，通過OLE DB、可以使用標準的SQL語句查詢Historian中的歷史數據、系統消息、標簽點等，本系統利用此功能在iFIX SCADA節點上制作歷史和實時曲線，并利用VBA控件，制作支持條件和時間查詢的對話框，使系統的曲線功能變的強大而實用。在局域網內的計算機上安裝Historian客戶端和EXCEL Addin報表工具，讓報表工作變得輕松而便捷：一類按時間段查詢的電流、電壓、水位等模擬量報表只需要在EXCEL Addin里面定義時間段的大小和查詢的標簽名即可實現；一類按開、關泵等事件報表則通過Historian在數據壓縮的強大功能，定義好查詢的時間段和標簽名輕松實現；一類生產報表則可利用Historian的原始數據，在EXCEL中簡單的計算即可完<