林禮輝

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，近年來我國(guó)各領(lǐng)域的自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)模均呈現(xiàn)不斷擴(kuò)大化趨勢(shì)，這就對(duì)上位監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高要求，基于此，文章選擇了某地日處理高達(dá)100萬m3的大型污水處理控制系統(tǒng)作為研究對(duì)象，并詳細(xì)論述了基于FactoryTalk組態(tài)軟件的污水處理上位監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)、分布式監(jiān)控系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器設(shè)計(jì)、上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)，希望由此能夠?yàn)橄嚓P(guān)業(yè)內(nèi)人士帶來一定啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：FactoryTalk組態(tài)軟件；工程項(xiàng)目；污水處理

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）21-0089-02

Abstract： With the rapid development of science and technology， in recent years， the scale of automation system in various fields of our country has been continuously expanding， which puts forward higher requirements for the upper monitoring system， based on this， In this paper， a large scale sewage treatment control system with daily treatment of up to 1 million m3 is selected as the research object. The architecture design of upper monitoring system for wastewater treatment based on FactoryTalk configuration software， the communication design of distributed monitoring system， the design of database server and the configuration design of upper monitoring system are discussed in detail， in the hope that this can bring some inspiration to the relevant industry.

Keywords： FactoryTalk configuration software； engineering projects； sewage treatment

前言

作為應(yīng)用廣泛的控制系統(tǒng)通用上位監(jiān)控開發(fā)平臺(tái)，F(xiàn)actoryTalk組態(tài)軟件具備報(bào)表組態(tài)、窗口顯示畫面組態(tài)、I/O組態(tài)、報(bào)警組態(tài)等多項(xiàng)組態(tài)功能，這些功能可較好服務(wù)于監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、圖形顯示、設(shè)備報(bào)警、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)采集等功能，而為了最大化發(fā)揮FactoryTalk組態(tài)軟件效用，正是本文圍繞FactoryTalk組態(tài)軟件在工程項(xiàng)目上的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)開展具體研究的原因所在。

1 污水處理上位監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)

1.1 方案提出

研究對(duì)象大型污水處理控制系統(tǒng)由18個(gè)PLC主站、53個(gè)PLC從站、899臺(tái)使用設(shè)備（包括外回流泵、反洗風(fēng)機(jī)、流量計(jì)、氨氮儀等）、345個(gè)儀表（包括氨氮儀、液位計(jì)、流量計(jì)、污泥濃度計(jì)等）組成，整個(gè)系統(tǒng)PLC層的上行數(shù)據(jù)高達(dá)10000多個(gè)點(diǎn)、監(jiān)控層下行數(shù)據(jù)則高達(dá)6000多個(gè)點(diǎn)。結(jié)合大型污水處理控制系統(tǒng)實(shí)際，采用了分布式應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)模式，考慮到組態(tài)平臺(tái)必須支持分布式應(yīng)用程序，選擇了Factory Talk View Site Edition 集成軟件包作為上位組態(tài)平臺(tái)，該軟件包主要由Factory Talk View Studio、Factory Talk Directory、Factory Talk Historian Site Edition等內(nèi)容組成[1]。

1.2 總體設(shè)計(jì)

圖1為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，整個(gè)污水處理控制系統(tǒng)由管理層、監(jiān)控層、控制層、設(shè)備層組成，其中監(jiān)控層采用了分布式應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)，客戶端監(jiān)控、應(yīng)用程序開發(fā)、WEB發(fā)布、數(shù)據(jù)采集處理及存儲(chǔ)等所有監(jiān)控任務(wù)將分配給不同計(jì)算機(jī)，中央服務(wù)器、中央冗余服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、總工程師站、Web服務(wù)器、操作站將較好滿足監(jiān)控層需要。

2 分布式監(jiān)控系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

采用了以太網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)所有通信的數(shù)據(jù)交換，由此監(jiān)控層工作站、服務(wù)器得以實(shí)現(xiàn)一體化，其中中央服務(wù)器負(fù)責(zé)控制層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，中央服務(wù)器負(fù)責(zé)發(fā)布動(dòng)態(tài)畫面至各操作站，數(shù)據(jù)服務(wù)器負(fù)責(zé)存儲(chǔ)中央服務(wù)器所需數(shù)據(jù)并提供查詢服務(wù)。

2.2 具體設(shè)計(jì)

考慮到研究方向，本文主要就上位監(jiān)控層間、上位監(jiān)控層與控制層間、中央服務(wù)器冗余通信進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)如下所示：（1）上位監(jiān)控層與控制層間通信設(shè)計(jì)?？紤]到PLC控制系統(tǒng)（羅克韋爾公司）、第三方控制系統(tǒng)共同組成了控制層，通信設(shè)計(jì)也需要圍繞二者分別開展，前者需應(yīng)用Ethernet/IP協(xié)議并進(jìn)行數(shù)據(jù)接口的設(shè)置，由此動(dòng)態(tài)畫面、報(bào)警、曲線等通信需求將通過communication setup 通信編輯器、RSlinx Enterprise數(shù)據(jù)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量傳遞。（2）上位監(jiān)控層間通信設(shè)計(jì)。通過Factory Talk Directory目錄服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，為保證數(shù)據(jù)服務(wù)器、工程師站等監(jiān)控層組成配合協(xié)調(diào)完成監(jiān)控任務(wù)，需在數(shù)據(jù)服務(wù)器安裝目錄服務(wù)器，并在工程師站、WEB發(fā)布站等監(jiān)控層組成中安裝目錄服務(wù)器位置指定工具。（3）中央服務(wù)器冗余通信實(shí)現(xiàn)。由于FactoryTalk組態(tài)軟件提供了內(nèi)置熱冗余，因此只需要一定配置即可滿足中央服務(wù)器冗余通信需要，具體配置流程可描述為：“在備份計(jì)算機(jī)安裝所需軟件→復(fù)制組態(tài)文件至備份計(jì)算機(jī)→拷貝主服務(wù)工程目錄工程文件至備份機(jī)相同目錄→復(fù)制數(shù)據(jù)服務(wù)器組態(tài)文件至備份計(jì)算機(jī)→通過組態(tài)軟件設(shè)置服務(wù)器屬性→制定冗余數(shù)據(jù)服務(wù)器所在計(jì)算機(jī)名稱”，由此即可滿足中央服務(wù)器冗余通信實(shí)現(xiàn)需要[2]。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器設(shè)計(jì)

3.1 選型

研究對(duì)象大型污水處理控制系統(tǒng)由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)組成，其中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)主要包括趨勢(shì)曲線、畫面動(dòng)畫顯示、設(shè)備報(bào)警數(shù)據(jù)源泉等處于實(shí)時(shí)更新狀態(tài)的內(nèi)容，而歷史數(shù)據(jù)則包括現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)和處理需長(zhǎng)久保存的數(shù)據(jù)，主要包括檢測(cè)儀表數(shù)據(jù)、特定情況數(shù)據(jù)點(diǎn)（報(bào)警信息、設(shè)備操作信息等）。結(jié)合數(shù)據(jù)類型，選擇了FactoryTalk組態(tài)軟件自帶的SE實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與Factory Talk Historian SE數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，前者主要作為系統(tǒng)中央服務(wù)器處理數(shù)據(jù)的臨時(shí)緩沖區(qū)，后者則屬于典型的PI歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。值得注意的是，為較好存儲(chǔ)特定情況數(shù)據(jù)點(diǎn)，引入了SQL數(shù)據(jù)庫(kù)，由此可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器性價(jià)比的提升，圖2為各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)間的數(shù)據(jù)交互框圖，由此可直觀了解數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器設(shè)計(jì)思路。

3.2 通信實(shí)現(xiàn)

上文監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫(kù)通信實(shí)現(xiàn)主要圍繞SE實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與SQL數(shù)據(jù)庫(kù)、SE實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與PI歷史數(shù)據(jù)庫(kù)展開，具體思路如下所示：（1）SE實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與SQL數(shù)據(jù)庫(kù)。采用ODBC鏈接，通信程序編寫流程為：“開始→初始化→與SQL數(shù)據(jù)庫(kù)建立連接→設(shè)置數(shù)據(jù)記錄格式→數(shù)據(jù)記錄→關(guān)閉SQL連接并釋放空間→數(shù)據(jù)記錄→結(jié)束”。（2）SE實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與PI歷史數(shù)據(jù)庫(kù)?？紤]到SE實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)擁有數(shù)據(jù)選擇權(quán)，因此采用Factory Talk Administration Console負(fù)責(zé)SE實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與底層設(shè)備通信。

4 上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)過程分析

組態(tài)設(shè)計(jì)過程伴隨著監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行，如研究對(duì)象大型污水處理控制系統(tǒng)1號(hào)二沉池的組態(tài)設(shè)計(jì)流程可以描述為：“新建工程→標(biāo)簽建立→通信設(shè)置→圖形顯示畫面設(shè)計(jì)”，具體設(shè)計(jì)內(nèi)容如下所示：（1）新建工程。在完成組件安裝于授權(quán)后，即可圍繞SE分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分布式監(jiān)控程序的建立。（2）標(biāo)簽建立。標(biāo)簽屬于現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)設(shè)備的代號(hào)，因此需結(jié)合實(shí)際進(jìn)行數(shù)字量標(biāo)簽、模擬量標(biāo)簽的構(gòu)建，具體構(gòu)建需使用標(biāo)簽編輯器。值得注意的是，考慮到研究對(duì)象大型污水處理控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)量較為龐大，采用了標(biāo)簽導(dǎo)入工具及編輯器快捷創(chuàng)建標(biāo)簽。（3）通信設(shè)置。為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，需要將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)中圖形設(shè)備進(jìn)行連接，具體連接流程為：“建立標(biāo)簽與底層設(shè)備之間通信→創(chuàng)建兩種類型數(shù)據(jù)服務(wù)→使用標(biāo)簽編輯器進(jìn)行連接標(biāo)簽與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備→連接圖形對(duì)象與標(biāo)簽”，由此即可滿足組態(tài)設(shè)計(jì)需要。（4）圖形顯示畫面設(shè)計(jì)。需采用Graphic Display圖形顯示編輯器、組態(tài)中建立的圖形對(duì)象更好實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、圖形畫面與標(biāo)簽之間的連接[3]。

4.2 上位監(jiān)控系統(tǒng)畫面設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)

上位監(jiān)控畫面數(shù)量繁多，監(jiān)控畫面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、趨勢(shì)圖設(shè)計(jì)、設(shè)備操作記錄與查詢?cè)O(shè)計(jì)、報(bào)警功能系統(tǒng)設(shè)計(jì)均需要得到關(guān)注，如畫面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括總效果圖分成的功能畫面和工藝區(qū)段，功能畫面可細(xì)分為參數(shù)設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?bào)警信息等內(nèi)容，而工藝區(qū)段則能夠分為進(jìn)水配水井、二沉池、污泥脫水間等內(nèi)容，由此開展針對(duì)性設(shè)計(jì)即可更好滿足系統(tǒng)需要。

4.3 上位監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試

需開展通信測(cè)試、服務(wù)器冗余測(cè)試、報(bào)警測(cè)試、趨勢(shì)曲線測(cè)試，由此可保證FactoryTalk組態(tài)軟件更好服務(wù)于工程項(xiàng)目。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，F(xiàn)actoryTalk組態(tài)軟件能夠較好服務(wù)于工程項(xiàng)目，而在此基礎(chǔ)上，本文結(jié)合某地大型污水處理控制系統(tǒng)開展的上位監(jiān)控層與控制層間通信設(shè)計(jì)、中央服務(wù)器冗余通信實(shí)現(xiàn)、SE實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與SQL數(shù)據(jù)庫(kù)通信設(shè)計(jì)等內(nèi)容，則為FactoryTalk組態(tài)軟件的應(yīng)用提供了借鑒價(jià)值較高的路徑建議，而設(shè)法實(shí)現(xiàn)手機(jī)移動(dòng)監(jiān)控、遠(yuǎn)距離設(shè)備控制則是筆者的下一步研究方向。

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