一、前言
隨著國際大環境的改變，國家對節能和環保越來越重視。最近幾年我國建設了大量的城市污水處理廠。但是以下幾個問題一直困擾著我們：
廠區面積大，設備分散，有的污水廠還有污水提升泵站，可能相距上千米；
設備種類繁多，數量大，維護不便；
成套設備較多，污泥脫水系統、消毒系統和電力監測系統通訊協議多種多樣，互操作性差；
工藝參數不確定，系統調試和運營過程中需要經常調整控制程序，給工藝人員和自控廠家都帶來的極大的麻煩。
因此，為了更好的解決以上問題我們開發了一套完全網絡化的、開放性的基于IT系統集成控制技術的系統架構，結合污水處理的工藝特點制作大量的工藝參數設定界面，配備專業的管理軟件，真正的實現了系統的集中監視、分散控制、柔性調整和設備的自動管理。充分發揮了系統軟硬件的功能，大大提高了系統的自動化程度，可以實現近乎無人值守的運行條件。
二.系統的結構
整個污水處理廠的控制系統由三套三菱Q系列PLC、一套西門子S7-300 PLC、兩套WebAccess6.0軟件、一套設備管理軟件、一套故障診斷軟件，一臺工程節點計算機、兩臺監控節點計算機、一臺輔助計算機、一臺視頻服務器、手機短信系統、UPS電源、打印機等組成。
從結構上，把這些設備和軟件劃分為三層網絡層面：監控管理層、車間控制層、現場總線層。其結構如圖1所示。
（一）監控管理層
采用當前使用最普遍的以太網作為基礎。以太網以其數據信賴性、通訊速度快、維護方便和價格低廉的特點，在這個系統的上位監控系統的網絡和融合管理系統的網絡中得到了廣泛的應用，并取得了滿意的結果。
我們將原來劃分較為明顯的管理層和監控層融合在一起，形成了融合的監控管理層，強化了管理與監控的聯系，共享數據信息，提高工廠的管理水平。
其中管理子層由輔助軟件計算機和數據服務器組成，采用現代的網絡技術，通訊技術和數據庫技術相結合，將系統中的各種信息資源有機整理，以人性化的方式將各種資源呈現給操作者和管理者。管理子層主要由兩個共享數據庫的設備管理軟件包和故障診斷軟件包組成。
1．上位監控系統
采用網絡版組態軟件WebAccess6.0，完全基于B/S架構的自動化軟件。
全部工程項目、數據庫設置、圖面制作和軟件管理都可以通過Internet或Intranet在異地使用標準的瀏覽器完成。
采用支持分布式構架的監控節點，并把監控節點組成冗余結構，中央數據庫服務器及多層式網絡安全結構。
1）監控節點
監控節點連接自動化硬件設備，并可以通過網絡向客戶端、其他監控節點及工程節點傳輸數據。
2）工程節點
工程節點是一個配置數據的中央數據庫服務器，客戶端可以通過工程節點動態瀏覽監控節點的運行狀況。
3）客戶端
客戶端可以運行在安裝了Windows XP或Windows2000的工業計算機和普通計算機上，客戶端通過IE瀏覽器，顯示實時數據的動態圖面，完成各種遠程控制。
4）冗余系統
本上位監控系統由一臺監控節點、一臺冗余監控節點和一臺工程節點構成冗余監控系統，兩臺監控節點互為冗余，系統正常運行時主監控節點完成數據通訊和數據傳輸，兩臺監控節點實時保持數據同步，客戶端可以通過網絡，實時監控系統運行情況。部分畫面如圖2、3。
圖2 前處理圖 圖3參數設定
當主監控節點出現故障時，系統馬上切換到冗余監控節點，由于兩個監控節點實時保持數據同步，因此可以實現無擾切換，保證系統穩定運行。
當工程節點故障時，監控節點會在本機上生成保存數據的臨時文件，當工程節點恢復正常后，監控節點在不影響正常數據上傳的前提下逐漸將臨時文件中的數據上傳到工程節點上，保證數據的實時性和完整性。
2．設備管理軟件
設備管理軟件主要解決污水處理廠設備種類多，信息量大而復雜，涉及崗位、人員眾多，處理流程煩瑣等問題。
該軟件將設備管理中涉及到的人、物、廠商、保養、維修、運行狀態等聯系在一起，將監控、維修、保養、備品備件、廠商等各種管理要素有機結合在一起，協同工作并將管理過程納入一套標準的流程控制中，實現設備資源全生命周期管理，最大化利用設備資源，幫助客戶提高設備的可用性和資產管理質量。部分軟件畫面如圖4、5。
圖4系統監視畫面 圖5參數設定畫面
設備管理軟件的主要功能有：
1）網絡功能
系統為B/S建構可與監控系統無縫結合，實現網絡化。
2）設備廠商管理
設置詳細廠商信息，將廠商的功能范圍具體化，使設備在維護、采購、評定等方面的管理更加便捷。
3）設備類型參數管理
設備類型參數設定是本系統比較有特點的設計。用戶可以自由的設定設備的類型參數，使每個設備的特有參數都得到體現。
4）設備組管理
本系統可以適用于各類型工廠和樓宇等各種場所，用戶可以自由的添加設備組來實現設備的分類管理。
5）設備狀態管理
系統能夠智能地采集設備的相關數據，來計算設備的剩余壽命以及維護保養的周期等。采集數據分為在線和非在線兩種模式。分別對應實際采集現場的設備數據和手動輸入的數據。
6）設備維護
①設備保養：設備保養可分為定時保養（按設備運行時間進行保養）和定期保養（按照固定的時間間隔進行保養）。主要包括：保養信息登陸，保養履歷查看，設備類型保養項目添加，保養消耗備品備件設定，保養提示，保養報表生成等功能。
②維修更新：主要包括設備維修信息登陸，維修履歷查看，設備類型故障現象、原因、對策添加，維修更新消耗備品備件設定，設備維修狀態監視等功能。
③庫存管理：主要完成預備品消耗品的添加，出入庫登記，件消耗履歷，采購提示等功能。
④履歷：對在線狀態的設備運行狀況進行圖表表示。以折線圖的形式表示設備的開關運行狀態。
⑤工作計劃提示：系統能夠完成節假日設定，在進行設備維護設定時進行提示，避免在節假日進行維護，并可以根據維護設定，生成每個用戶的工作日程，方便領導和維護人員自己進行工作安排。
⑥系統監視：系統監視是本系統的主頁面，對整個系統的設備狀態進行集計統計。狀態分為運行、維修更新、定期保養。頁面一分鐘更新一次，進行實時的監控。
⑦自定義報表功能：系統支持自定義報表工具制作的各種報表。
3．故障診斷系統
故障診斷系統對現場控制系統軟硬件的運行狀態進行監視和故障診斷，對故障的發生狀況、恢復狀況進行監控和管理，對該故障發生的可能的原因，以列表的形式提供給用戶進行選擇確認。
同時，可以根據現場狀態判斷故障發生的原因、概率和優先度，并能顯示解決方案和設備的場所以及設備的技術資料等。以及對發生故障時的狀態數據可以進行記錄和圖表顯示。其功能框圖如圖6所示。
圖6系統故障診斷功能框圖
故障診斷系統的主要功能有：
①網絡功能：系統為B/S建構可與監控系統無縫結合，實現網絡化。
②數據采集：數據采集功能是故障診斷系統和現場設備數據交換的橋梁，它把現場設備狀態數據取出，傳送給故障診斷邏輯處理部分，故障診斷的指令通過它發給現場設備。
③故障診斷邏輯處理：故障是否發生是通過故障診斷邏輯處理部分實現，現場傳送來的數據，通過故障診斷邏輯處理判斷是否發生故障,如果發生
