污水泵站远程监控系统的设计与实现

      某污水泵站和远程中控室未设置通信，随着污水处理量的增加，传统的人工操作不能适应控制要求，暴露出操作量大、效率低、反应慢的缺点，污水处理厂的运行成本也相应增加。为了顺应远程监控的趋势，提高污水泵站的运行管理水平，降低运行成本，我们对原泵站进行自动化升级，通过采用虚拟专用网（VPN）技术，使之实现泵站远程监控的功能。

1、基本情况

1.1设备情况

      泵站装有格栅机2台，污水提升泵4台，低压进线柜1台，软启动柜1台，变频启动柜2台，PLC柜1台。中控室采用固定IP方式上网，配置一台研华610H工控机。由于不能远程通信，不但数据监测不到，而且泵站出现故障时不能进行紧急处理，缺乏各种报警和保护功能。

1.2实现目标

      增加远程监控系统，改造后的泵站应具备以下功能：

      ①通过格栅机前后液位差的检测，提示或自动启动格栅机；

      ②通过PLC，提升泵将根据泵的状态、液位等自动投切；

      ③能够实现远程监测泵站数据，并在权限许可时，远程控制格栅机及提升泵的启停；

      ④实现扩展功能，有新的泵站监控需求时，中控室可以扩展。⑤远程通信费用经济实用。

1.3远程通讯方案

      的选取为了充分地利用有限的广域网资源，为泵站数据提供可靠的带宽。本系统采用VPN技术实现泵站与中控室的远程通讯。使用VPN，可以用模拟点对点专用衔接的方式通过共享或公用网络在两台计算机之间传送数据，将一些相互连接的设备组成一个虚拟的专用网络来管理。泵站向中控室传送数据、网络和音频信号，同时监控中心通过该网络实现对泵站的远程监控。

 2、系统设计实现

      污水泵站控制系统由下位机（西门子S7-300PLC）、上位机（工控机，采用RSView32监控软件）及远程通讯系统三部分构成，上位机和下位机是基础，它们之间的通讯是由VPN构成的远程通讯系统来实现的。

2.1远程通讯实现

2.1.1组网分析

      中控室：中控室是污水处理厂信息存放、处理的中心，采用固定IP方式上网，数据流量大。在中控室配置VPN路由器一台（带服务器功能），可实现与客户端无缝连接，轻松组建VPN网络。

      泵站：考虑到VPN连接的稳定性，采用L2TP硬件客户端的方式接入，配置VPN路由器，直接向中控室固定IP发起连接。

2.1.2VPN实现

      泵站接入ADSL上网，并新增VPN路由器2台，分别作为服务器和客户端使用。图2为VPN隧道实现的网络结构图，首先在上位机路由器上进行配置，设置VPN服务器，包括网络接入方式，VPN隧道传入的用户名和密码等。泵站的VPN路由器作为VPN客户端（需要设置用户名和密码），当获得Internet访问权限后，便直接向PPP会话点发起L2TP隧道连接请求，同时上位机VPN服务器对其进行认证，认证通过后，终端获得隧道IP：200.200.200.5，中控室的隧道IP是200.200.200.1。这样泵站的VPN路由器和中控室的工控机就组成了一个私有的安全的局域网，局域网内的各台设备就可以互相通讯。

      此时建立的VPN隧道是上位机和VPN路由器之间的隧道，最后的目的是访问VPN路由器后面的PLC，因此需要添加一条静态路由，把PLC的IP地址和PLC端的VPN隧道IP添加进来，便实现了上位机对PLC的远程访问。当新的泵站有远程监控需求时，只需在新的泵站配备带VPN客户端的路由器，便可实现功能，同时L2TP可以针对不同的服务器质量创建不同的隧道，满足工艺需求。

2.2下位机和上位机的实现

2.2.1下位机实现

      泵站监控系统的PLC采用西门子公司的S7-300系列，根据控制要求，PLC的主要配置如下：

      1）中央处理模块（CPU）：选用CPU314-2DP，属于紧凑型CPU（自带I/O模块），同时内存RAM扩展到64K；

      2）通讯模块（CP）：选用CP343-1，可以独立处理数据通信，并与VPN路由器连接；

      3）数字量输入模块（DI）：选用SM321，共1块（16点/块）；

      4）模拟量输入模块（AI）：选用SM331，共1块（8点/块）；

      5）模拟量输出模块（AO）：选用SM332，共1块（8点/块）。

      PLC的组态和编程通过STEP7实现，STEP7软件是用于SIMATIC S7可编程控制器的标准工具，具有硬件组态、通信组态、程序编写、故障诊断等功能。因为PLC后面连了VPN路由器，在组态CP模块时，需要进行网关设置（地址为路由器IP）。泵站程序用结构化编程实现，采用可读性较强的梯形图，由OB、FC、SFC、DB块组成，能够实现格栅机和提升泵的自动和手动运行及切换。

2.2.2上位机监控系统

      上位机监控软件选用我公司9000泵站自动化系统，其被广泛应用于现代工业，具有丰富的模块库，同时支持OPC，可以广泛的和不同的PLC建立通讯连接。因为RSView32没有S7-300PLC的驱动，因此要在上位机安装西门子SIMATIC

      NET软件建立OPC服务器，以实现对PLC的通讯。当VPN隧道建立后，中控室工控机与泵站的PLC就在同一个局域网内，在OPC服务器中建的变量可以观察到状态为“good”，此时通讯便建立起来，监控画面便可以看到数据。监控画面主要包括泵站的实时数据和设备状态显示、报警、趋势图和报表等，可以实现监视生产流程的运行状态、控制设备启停、分析运行数据、故障报警、定时生成报表等。本系统的监控界面还包括了网络恢复设置，当中控室网络从故障转为正常，只需点击按钮，就可以恢复对泵站的远程监控。上位机监控画面如图3所示。

结束语

      污水泵站远程监控是污水处理厂管理的趋势。该系统投入运行近一年来，提高了工作效率，使污水泵站运行、控制与管理更加真实、准确，相比其他远程通讯方案，采用VPN技术大大降低了网络建设成本，只相当于普通家庭每年上网的费用，并且安全性能好，操作简单方便、直观，为其他污水泵站的改造积累了经验。