泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、 （2011屆） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料 題 目 名 稱： 泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院（部）： 電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 學(xué) 生 姓 名： 班 級(jí)： 學(xué)號(hào)

2、 指導(dǎo)教師姓名： 職稱 最終評(píng)定成績(jī)： 湖南工業(yè)大學(xué)教務(wù)處  目 錄 第一部分 過程管理資料 一、2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)書…………………………………(1) 二、湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告………………………(3) 三、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期報(bào)告………………………………………(7) 四、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)閱表……………………………………(8) 五、畢

3、業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱教師評(píng)閱表……………………………………(9) 六、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯及最終成績(jī)?cè)u(píng)定表……………………………(10) 第二部分 畢業(yè)論文 七、畢業(yè)論文……………………………………………(11) 2011屆 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料 第一部分 過程管理資料 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)書 院(系)： 電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)： 指導(dǎo)教師 學(xué)生姓名 課題名

4、稱 泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 內(nèi) 容 及 任 務(wù) 污水泵站的日常運(yùn)行及維護(hù)由很大工作量，目前國內(nèi)很多企業(yè)仍然采用人工巡查的辦法，具有工作量大、效率低、反應(yīng)慢的特點(diǎn)，因此這種模式應(yīng)逐漸向遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)展。本課題是采用基于VPN的分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)遠(yuǎn)程泵站實(shí)施監(jiān)控和控制，可以實(shí)現(xiàn)無人值守、遠(yuǎn)程集中控制，節(jié)省大量的人力、物力、財(cái)力和提高管理水平和工作效率，以及提高信息化和自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化水平。 擬 達(dá) 到 的 要 求 或 技 術(shù) 指 標(biāo) 了解泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的工藝情況及控制要求 總體方案

5、設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)調(diào)試 進(jìn) 度 安 排 起止日期 工作內(nèi)容 查閱相關(guān)資料，寫出開題報(bào)告。 生產(chǎn)實(shí)習(xí)，了解和熟悉課題相關(guān)內(nèi)容。 課題設(shè)計(jì)，寫出初步設(shè)計(jì)書，并開發(fā)相應(yīng)軟件。 畢業(yè)設(shè)計(jì)定稿、完善、答辯及總結(jié)。 主 要 參 考 資 料 [1] 丘傳忻，泵站.中國水利水電出版社[M].2004 [2] 翟海生,IP VPN隧道協(xié)議及其應(yīng)用[J].通信世界，2001(34) [3]何寶宏,IP虛擬專用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M]

6、.北京:人民郵電出版社,2002. [4] 高海英,VPN技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.4 [5] 孫為清，趙軼群.VPN隧道技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2000(08) [6] 張大陸，戶現(xiàn)鋒.VPN核心技術(shù)的研究[J].計(jì)算機(jī)工程，2000,26(03) [7] 王濤，周琦.污水提升泵站無人值守的改造[J]. 中國給水排水, 2010, 26(10) [8] 魏廣科,VPN技術(shù)及其應(yīng)用的研究[J]. 計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì), 2005 [9]楊啟堯，項(xiàng)國云.基于VPN污水泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報(bào).2009(1) [10] 柴瑞娟，陳海

7、霞. 西門子PLC編程技術(shù)及工程應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 [11] 吳作明,工控組態(tài)軟件與PLC應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社, 2007 教研室 意見 簽名： 年 月 日 院(系)主管領(lǐng)導(dǎo)意見 簽名： 年 月 日 湖 南 工 業(yè) 大 學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 （2011屆） 學(xué) 院（部）： 電氣與信息工程學(xué)院 專

8、 業(yè)： 學(xué) 生 姓 名： 班 級(jí)： 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師姓名： 職稱 2011年 1 月 日 題目： 1. 結(jié)合課題任務(wù)情況，查閱文獻(xiàn)資料，撰寫1500～2000字左右的文獻(xiàn)綜述 污水泵站的日常運(yùn)行及維護(hù)有很大的工作量，目前國內(nèi)許

9、多企業(yè)仍然采用人工巡視檢查的辦法，具有工作量大、效率低、反應(yīng)慢的缺點(diǎn)，這種管理辦法與城市發(fā)展的要求越來越不相適應(yīng)。因此部分企業(yè)逐漸開始采用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng).遠(yuǎn)程監(jiān)控是指利用計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的監(jiān)視和控制，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)稱為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。而中小型污水泵站計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，絕大部分采用Internet或Irtranet的結(jié)構(gòu)，這些傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)需要建立自己的物理專用線路，使用昂貴的長途撥號(hào)以及長途專線業(yè)務(wù)，在使用中存在功能單一、安全機(jī)制差、界面復(fù)雜等缺點(diǎn)，因此決定采用虛擬專用網(wǎng)（Virtual Private Network,VPN）來設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

10、 虛擬專用網(wǎng)絡(luò)是專用網(wǎng)絡(luò)的延伸，它包含了類似Internet的共享和公共網(wǎng)絡(luò)鏈接。VPN被定義為一個(gè)公用網(wǎng)絡(luò)（通常是因特網(wǎng)）建立一個(gè)臨時(shí)的、安全的連結(jié)，是一條穿過混亂的功用網(wǎng)絡(luò)的安全、穩(wěn)定的隧道。通過VPN可以以模擬點(diǎn)對(duì)點(diǎn)專用鏈接的方式通過共享或公共網(wǎng)絡(luò)在兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間發(fā)送數(shù)據(jù)。它具有降低成本、易于擴(kuò)展、保證安全等優(yōu)點(diǎn)。 泵站與監(jiān)控中心采用VPN網(wǎng)連接，在每個(gè)污水泵站內(nèi)均設(shè)置一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)泵站交換機(jī)，泵站交換機(jī)接入VPN網(wǎng)，泵站內(nèi)的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（PLC、視頻服務(wù)器等）與泵站交換機(jī)連接。同樣監(jiān)控中心的中控室交換機(jī)也接入該網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控中心內(nèi)的各計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（工況監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、圖像監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等）

11、接入中控室交換機(jī)。這樣，各污水泵站內(nèi)的PLC控制系統(tǒng)與監(jiān)控中心內(nèi)的工況監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)形成一個(gè)虛擬局域網(wǎng)。采用虛擬專用網(wǎng)一方面大大降低了成本，另一方面節(jié)約了開發(fā)的時(shí)間。 污水泵站工業(yè)控制系統(tǒng)由下位機(jī)（由西門子公司實(shí)現(xiàn)的PLC控制系統(tǒng)）和上位機(jī)（工況監(jiān)控計(jì)算機(jī)，采用WINCC軟件設(shè)計(jì)的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)）及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等構(gòu)成。 下位機(jī)通過采集儀表系統(tǒng)的測(cè)量參數(shù)、各工藝設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)和接受觸摸屏及上位機(jī)的控制命令，根據(jù)編制的泵站控制程序，來實(shí)現(xiàn)對(duì)各工藝設(shè)備的自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程遙控，將各信號(hào)上傳至監(jiān)控中心的工況監(jiān)控計(jì)算機(jī)上。 上位機(jī)可接收下位機(jī)傳送上來的各儀表測(cè)量信號(hào)和設(shè)備狀態(tài)信號(hào)及操作員的控制命令，通過設(shè)

12、定的程序運(yùn)行，向下位機(jī)發(fā)送各控制命令。 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將各污水泵站的下位機(jī)（PLC系統(tǒng)）和上位機(jī)連接起來，下位機(jī)可以通過該網(wǎng)絡(luò)向上位機(jī)傳送信號(hào)，同時(shí)上位機(jī)通過該網(wǎng)絡(luò)向下位機(jī)發(fā)送傳送命令。 污水泵站內(nèi)的儀表系統(tǒng)主要由出水池內(nèi)的液位檢測(cè)儀表、出水總管上的壓力檢測(cè)儀表和配電系統(tǒng)中的各電量參數(shù)檢測(cè)儀表等構(gòu)成。 出水池內(nèi)的液位檢測(cè)儀表主要用于檢測(cè)出水池內(nèi)的液位，該液位是整個(gè)泵站中最關(guān)鍵的工藝參數(shù)。直接關(guān)系的泵站安全運(yùn)行。出水總管壓力檢測(cè)主要用于檢測(cè)泵站出水管的管壓力，該參數(shù)也是泵站系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)重要工藝參數(shù)。借助該參數(shù)可以間接的判斷出潛水泵是否運(yùn)行正常、管道是否出現(xiàn)故障等情況。 配電系統(tǒng)檢測(cè)儀表主要用

13、于對(duì)泵站系統(tǒng)內(nèi)的電力參數(shù)測(cè)量，測(cè)量參數(shù)主要包含泵站內(nèi)低壓系統(tǒng)的各電壓、電流、電度量及功率因素等。是對(duì)泵站進(jìn)行能耗分析、運(yùn)行效率衡量的一個(gè)重要依據(jù)。這3個(gè)參數(shù)是關(guān)系到泵站正常運(yùn)行的關(guān)鍵，因此必須進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。 工業(yè)監(jiān)控計(jì)算機(jī)對(duì)該公司所轄泵站實(shí)現(xiàn)工況監(jiān)控、遠(yuǎn)程調(diào)度指揮等功能；數(shù)據(jù)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)各泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理，供該公司值班人員及管理人員對(duì)泵站的各項(xiàng)數(shù)據(jù)（工藝參數(shù)、電力參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)等）進(jìn)行查詢和打印。 各泵站安裝的攝像頭拍攝的視頻信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器傳送到監(jiān)控中心的圖像服務(wù)器上，各圖像監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)訪問圖像服務(wù)器，對(duì)各泵站的圖像信號(hào)進(jìn)行顯示。 2.選題依據(jù)、主要研究?jī)?nèi)容、研究

14、思路及方案 (1)選題依據(jù) 我國城市污水處理事業(yè)是在80年代初逐步發(fā)展起來的，經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模，但是，與國外同期的城市污水處理廠相比，我國的污水處理事業(yè)則呈現(xiàn)出效率低、自動(dòng)化程度低、能耗高且運(yùn)行費(fèi)用高等缺點(diǎn)。隨著全球水資源供應(yīng)的緊張和對(duì)自動(dòng)化要求的增加，我國的污水處理廠無疑向著高度自動(dòng)化和無人職守的方向發(fā)展。 (2)本設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容及任務(wù)： 污水泵站的日常運(yùn)行及維護(hù)有很大工作量，目前國內(nèi)很多企業(yè)仍然采用人工巡查的辦法，具有工作量大、效率低、反應(yīng)慢的特點(diǎn)，因此這種模式應(yīng)逐漸向遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)展。本課題是采用基于VPN的分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)遠(yuǎn)程泵站

15、實(shí)施監(jiān)控和控制，可以實(shí)現(xiàn)無人值守、遠(yuǎn)程集中控制，節(jié)省大量的人力、物力、財(cái)力和提高管理水平和工作效率，以及提高信息化和自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化水平。 3.工作進(jìn)度及具體安排 2010.12-2011.1 查閱相關(guān)資料，寫出開題報(bào)告。 2011.3-2011.4 生產(chǎn)實(shí)習(xí)，了解和熟悉課題相關(guān)內(nèi)容 2011.4-2011.6 課題設(shè)計(jì)，寫出初步設(shè)計(jì)書，并開發(fā)相應(yīng)軟件 2011.6-2011.7 畢業(yè)設(shè)計(jì)定稿、完善。答辯及總結(jié)。 4.指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師：

16、 年 月 日 說明：開題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一，此報(bào)告應(yīng)在導(dǎo)師指導(dǎo)下，由學(xué)生填寫，將作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)考查的重要依據(jù)，經(jīng)導(dǎo)師審查后簽署意見生效。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期報(bào)告 填表日期： 2011 年 05 月 日 學(xué)院(部) 電氣與信息工程學(xué)院 班級(jí) 學(xué)生姓名 課題名稱：泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 課題主要任務(wù)： 本課題是采用基于VPN的分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)遠(yuǎn)程泵站實(shí)施監(jiān)控和控制，可

17、以實(shí)現(xiàn)無人值守、遠(yuǎn)程集中控制，節(jié)省大量的人力、物力、財(cái)力和提高管理水平和工作效率，以及提高信息化和自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化水平。 1、簡(jiǎn)述開題以來所做的具體工作和取得的進(jìn)展或成果 對(duì)所采用的VPN技術(shù)進(jìn)行了一次比較全面的了解，對(duì)污水泵站處理的過程有了認(rèn)識(shí)，以及對(duì)于所要進(jìn)行的監(jiān)控技術(shù)的全面設(shè)計(jì)進(jìn)行了前期的工作，查閱了相關(guān)的資料，了解和熟悉課題的相關(guān)內(nèi)容。 2、下一步的主要研究任務(wù)，具體設(shè)想與安排 下一步就是進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)和對(duì)論文的安排，認(rèn)真的了解所要進(jìn)行的工作任務(wù)，設(shè)計(jì)課題，寫出相關(guān)的課題設(shè)計(jì)書，并開發(fā)相應(yīng)的軟件和硬件。在四至六月份的時(shí)候進(jìn)行初步的課題設(shè)計(jì)和相關(guān)的軟件，在

18、六至七月份的時(shí)候進(jìn)行設(shè)計(jì)書的完善工作。 3、存在的具體問題 在操作WINCC軟件實(shí)際過程中可能存在的具體問題，在系統(tǒng)與系統(tǒng)的銜接方面會(huì)有錯(cuò)覺，對(duì)于PLC的一些相關(guān)問題，可能自己不能夠全面掌握并具體應(yīng)用。 4、指導(dǎo)教師對(duì)該生前期研究工作的評(píng)價(jià) 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)閱表 學(xué)院（部）（公章）： 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 班 級(jí) 專 業(yè) 專業(yè)方向

19、指導(dǎo)教師 姓 名 課題名稱 泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 評(píng)閱項(xiàng)目 標(biāo)準(zhǔn) 滿分 得分 業(yè)務(wù)能力 與水平 有收集、綜合和正確利用各種信息并獲取新知識(shí)的能力。能應(yīng)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識(shí)，獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題，完成了任務(wù)書規(guī)定的任務(wù)，所得結(jié)論具有應(yīng)用或參考價(jià)值，工作中有創(chuàng)新意識(shí)。 30 論文質(zhì)量 條理清晰，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)；文筆流暢，語言通順；方法正確，分析、論證充分；設(shè)計(jì)、計(jì)算正確，工藝可行，設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)量高，標(biāo)準(zhǔn)使用規(guī)范；專業(yè)名詞術(shù)語準(zhǔn)確。 30 規(guī) 范 化 技術(shù)材料齊全，論文撰寫符合《本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范》的要求。 20 外語水平 英文摘要寫作

20、水平高。 10 工作態(tài)度 嚴(yán)肅認(rèn)真，刻苦勤奮，善于與他人合作。 10 綜合評(píng)價(jià)： 是否同意參加答辯： 同意按期答辯 延期答辯 不同意答辯 指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī) 分值： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱教師評(píng)閱表 學(xué)院（部）（公章）： 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 班

21、級(jí) 專 業(yè) 專業(yè)方向 課題名稱 泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 評(píng)審項(xiàng)目 指 標(biāo) 滿分 得分 選 題 體現(xiàn)專業(yè)內(nèi)容；具有實(shí)際或理論意義；難易程度合適。 10 工 作 量 完成任務(wù)書規(guī)定的內(nèi)容，工作量飽滿。 10 業(yè)務(wù)能力 與水平 有收集、綜合和正確利用各種信息并獲取新知識(shí)的能力。能應(yīng)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識(shí)，分析和解決實(shí)際問題，完成了任務(wù)書規(guī)定的任務(wù)，所得結(jié)論具有應(yīng)用或參考價(jià)值，工作中有創(chuàng)新意識(shí)。 30 論文質(zhì)量 條理清晰，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)；文筆流暢，語言通順；方法正確，分析、論證充分；設(shè)計(jì)、計(jì)算正確，工藝可行，設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)

22、量高，標(biāo)準(zhǔn)使用規(guī)范；專業(yè)名詞術(shù)語準(zhǔn)確。 30 規(guī) 范 化 技術(shù)材料齊全，論文撰寫符合規(guī)范要求。 10 外語水平 英文摘要寫作水平高。 10 針對(duì)論文提問： 1、 2、 3、 評(píng) 分： 是否同意參加答辯 同意按期答辯 延期答辯 不同意答辯 評(píng)閱人簽名： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯及最終成績(jī)?cè)u(píng)定表 學(xué)院（部）（公章）：

23、 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 班 級(jí) 答辯 日期 課題名稱 泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 指導(dǎo) 教師 成 績(jī) 評(píng) 定 分值 評(píng) 定 教師 1 教師 2 教師 3 教師 4 教師 5 小計(jì) 課題介紹 思路清晰，語言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點(diǎn)正確，實(shí)驗(yàn)方法科學(xué)，分析歸納合理，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)，設(shè)計(jì)（論文）有應(yīng)用價(jià)值。 30 答辯 表現(xiàn) 思維敏捷,回答問題有理論根據(jù)，基本概念清楚，主要問題回答準(zhǔn)確、深入,知識(shí)面寬。 70 合 計(jì) 100

24、 答 辯 評(píng) 分 分值： 答辯小組長簽名： 答辯成績(jī)a： 40％＝ 指導(dǎo)教師評(píng)分 分值： 指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)b： 30％＝ 評(píng)閱教師評(píng)分 分值： 評(píng)閱教師評(píng)定成績(jī)c： 30％＝ 最終評(píng)定成績(jī)： 分?jǐn)?shù)： 等級(jí)： 答辯委員會(huì)主任簽名： 年 月 日 說明：最終評(píng)定成績(jī)＝a+b+c，三個(gè)成績(jī)的百分比由各學(xué)院（部）自己確定。

25、 2011屆 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料 第二部分 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） （2011屆） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 學(xué) 院（部）： 電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 學(xué) 生 姓 名： 班 級(jí)： 學(xué)號(hào)

26、 指導(dǎo)教師姓名： 職稱 最終評(píng)定成績(jī) 2011 年 月 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 學(xué) 院（部）： 電氣與信息工程 專 業(yè)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 生 姓 名： 指導(dǎo)教師姓名： 2011年

27、 月 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 近年來，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控己經(jīng)成為可能。本文以泵站自動(dòng)化改造項(xiàng)目為背景，提出了基于VPN技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案，開發(fā)了基于VPN的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。 該文首先綜述了遠(yuǎn)程監(jiān)控的國內(nèi)外現(xiàn)狀，由于網(wǎng)絡(luò)安全越來越受到人們的重視，本文設(shè)計(jì)了基于PPTP的VPN網(wǎng)絡(luò)并應(yīng)用于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。VPN能夠在公共網(wǎng)絡(luò)上建立安全的網(wǎng)絡(luò)通道，為系統(tǒng)安全、可靠的運(yùn)行提供良好的基礎(chǔ)服務(wù)。特別是針對(duì)無人值守的特點(diǎn)，監(jiān)控系統(tǒng)能夠自動(dòng)診斷各種通訊異常和錯(cuò)誤，并主動(dòng)恢復(fù)或自動(dòng)保護(hù)，保證設(shè)備的正常運(yùn)行，其次詳細(xì)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了視頻監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)監(jiān)

28、視系統(tǒng)，提高實(shí)時(shí)監(jiān)視的可靠性。 通過對(duì)泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的分析和研究，實(shí)現(xiàn)了基于VPN的污水泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。能夠顯著提高這些領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)控制與管理水平，降低運(yùn)行成本，具有十分重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。 關(guān)鍵詞： 泵站、PLC、VPN、WINCC ABSTRACT In recent years, with the continuous development of information technology, it is possible for remote supervisory and control of produ

29、ction process. Based on the project for the reconstruction of hydro power station automation, a scheme for the remote supervisory and control based on VPN technology is proposed. Firstly, recent research on the remote supervisory and control in domestic and foreign country is introduced in brief.

30、Because network security is taken into account by more and more people, VPN based on PPTP is designed on heterogeneous platform and applied to remote supervisory and control system. VPN can create private network connections over public networks, provide secure and reliable Internet accesses service

31、. Aiming at the characteristics that small hydroelectric power stations mostly are set up in remote areas and no people are on duty, Remote supervisory system can automatically diagnose all kinds of communication abnormities and errors, and initiatively restore or automatically protect_the normal o

32、perations of device. Secondly, video supervisory subsystem and data supervisory subsystem are designed and realization in detail. In term of the features of small network bandwidth, optimization designs are used to enhance the reliability of real-time supervisory. According to the analysis and res

33、earch of the sewage pumping stations remote monitor system, the system which based on VPN has been successfully realized. supervisory, city management and so on. Moreover, The system can remarkably improve the level of control and management in these domains and reduce the operation cost. It has the

34、 extremely important theory significance and engineering application values. KEY WORDS: PUMPING STATION, PLC, VPN, WINCC II 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄 第1章 緒論 1 1.1 課題背景 1 1.2 國內(nèi)外遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài) 1 1.3 VPN技術(shù)的發(fā)展背景及現(xiàn)狀 3 1.4研究?jī)?nèi)容和意義 4 第2章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求與總體設(shè)計(jì)方案 5 2.1 泵站工藝簡(jiǎn)介 5 2.2 泵站功能簡(jiǎn)介 5 2.2.1污水泵與格

35、柵的自動(dòng)控制 5 2.2.2 主要運(yùn)行參數(shù)的測(cè)量及采集 6 2.2.3 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能 7 2.2.4 中央監(jiān)控及管理調(diào)度功能 7 2.2.5 監(jiān)控信息多畫面 8 2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 8 2.4總體設(shè)計(jì)方案 8 第3章 VPN的研究與分析 10 3.1 VPN基礎(chǔ) 10 3.1.1 VPN定義 10 3.1.2 VPN的工作原理 10 3.1.3 VPN的特點(diǎn) 11 3.2 VPN的實(shí)現(xiàn)技術(shù) 12 3.2.1隧道技術(shù) 12 3.2.2安全協(xié)議 12 3.2.3 PPTP協(xié)議的通信過程 15 3.2.4用戶認(rèn)證技術(shù) 17 3.2.5訪問控制技術(shù) 17 3.2

36、.6 QoS技術(shù) 18 3.3 VPN的實(shí)現(xiàn) 18 第4章 系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì) 20 4.1數(shù)據(jù)傳輸帶寬的確定 20 4.2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 21 4.2.1 PLC的介紹 21 4.2.2 PLC的工作原理 22 4.2.3 PLC的特點(diǎn) 22 4.2.4 PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì) 22 4.2.5 PLC設(shè)備選型及配置清單 25 4.2.6 PLC程序設(shè)計(jì) 26 4.3 監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)(WINCC) 28 4.3.1 監(jiān)控軟件介紹 28 4.3.2 監(jiān)控軟件設(shè)計(jì) 30 4.3.3 登錄界面 31 4.3.4 主界面 33 4.3.5 報(bào)警匯總界面 34

37、 4.3.6 實(shí)時(shí)趨勢(shì)界面 35 總結(jié) 37 參考文獻(xiàn) 38 致謝 39 畢業(yè)設(shè)計(jì)誠信聲明 1 41 第1章 緒論 1.1 課題背景 從上個(gè)世紀(jì)90年代以來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們的生產(chǎn)行為、生活方式都發(fā)生了重大的變化，作為生活生產(chǎn)中非常重要的一項(xiàng)技術(shù)即監(jiān)控技術(shù)的重要性正在逐漸被人們所認(rèn)識(shí)和重視。遠(yuǎn)程監(jiān)控是指利用計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的監(jiān)視和控制，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)稱為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。 監(jiān)控系統(tǒng)的演變，是一個(gè)從集中監(jiān)控向網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的發(fā)展歷史。早期的監(jiān)控系統(tǒng)，采用大型儀表集中對(duì)各個(gè)重要設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，并通過操作盤來

38、進(jìn)行集中式操作。而計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是以監(jiān)測(cè)控制計(jì)算機(jī)為主體，加上檢測(cè)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與被監(jiān)測(cè)控制的對(duì)象（生產(chǎn)過程）共同構(gòu)成的整體。在該系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的檢測(cè)、監(jiān)督和控制功能。在現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)和管理中，大量的物理量、環(huán)境參數(shù)、工藝數(shù)據(jù)、特性參數(shù)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、監(jiān)督管理和自動(dòng)控制。由于工業(yè)生產(chǎn)過程控制要求的高環(huán)境適應(yīng)性、高實(shí)時(shí)性、和高可靠性等特點(diǎn)，自動(dòng)控制與檢測(cè)技術(shù)一直沿著自己的道路發(fā)展，測(cè)控領(lǐng)域所使用的通信技術(shù)都自成體系，許多通信協(xié)議不開放，而且大多數(shù)系統(tǒng)都是面向單臺(tái)，或單一類型的設(shè)備。 隨著生產(chǎn)力的進(jìn)步，設(shè)備的分布越來越離散。單一的，各自獨(dú)立的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已不能適應(yīng)工業(yè)化的需求，于是便

39、產(chǎn)生了分布式系統(tǒng)。這種系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，使系統(tǒng)資源分配趨于合理。但是由于目前運(yùn)行的絕大多數(shù)分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還只是在局域網(wǎng)上，通常的測(cè)控僅局限于同一地點(diǎn)，所以具有一定的地域局限性。Internet能實(shí)現(xiàn)資源的共享，從而使人們有能力解決以前在極有限的資源下很難解決的問題，為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展提供了有利的條件。遠(yuǎn)程監(jiān)控是本地計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如Internet/Intranet，對(duì)遠(yuǎn)端進(jìn)行監(jiān)視和控制，完成對(duì)分散控制網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)監(jiān)控及設(shè)備的診斷維護(hù)等功能。我們通常把能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的通信媒體、計(jì)算機(jī)軟件、硬件系統(tǒng)稱為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分布廣泛或數(shù)據(jù)不易采集的場(chǎng)合，要能夠及時(shí)地監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)

40、并進(jìn)行有效控制，這就是遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)上的需求。 1.2 國內(nèi)外遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài) 遠(yuǎn)程監(jiān)控是國內(nèi)外研究的前沿課題，國內(nèi)外都展開了積極的研究。1997年1月，首屆基于Internet的遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷工作會(huì)議由斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院聯(lián)合主辦，有來自30個(gè)公司和研究機(jī)構(gòu)的50多位代表到會(huì)。會(huì)議主要討論了有關(guān)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)開放式體系、診斷信息規(guī)程、傳輸協(xié)議及對(duì)用戶的合法限制等，并對(duì)未來技術(shù)發(fā)展作了展望由斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院合作開發(fā)基于Internet的下一代遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷示范系統(tǒng)，這項(xiàng)工作同時(shí)也得到了制造業(yè)、計(jì)算機(jī)業(yè)和儀器儀表業(yè)的Sun、HP、Boeing、Intel、Ford等12家

41、大公司的熱情支持和通力配合。之后，由這些公司共同推出了一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的系統(tǒng)Testbed。Testbed用嵌入式Web組網(wǎng)、用實(shí)時(shí)JAVA和Bayesian Net初步形成在Internet范圍內(nèi)的信息監(jiān)控和診斷推理。另外，許多國際組織，如MIMOSA(Machine Information Management Open System Alliance)、SMFPT (Society for Machinery Failure Prevention Technology)、COMADEM (Condition Monition an Engineering Management)等，也紛紛通過網(wǎng)

42、絡(luò)進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控與故障診斷咨詢和技術(shù)推廣工作，并制定了一些信息交換格式和標(biāo)準(zhǔn)。許多大公司也在他們的產(chǎn)品中加入了Internet的功能，如Bentley公司的計(jì)算機(jī)在線設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)DataManager200可以通過網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換(NetDDE)的方式向遠(yuǎn)程終端發(fā)送設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息；著名的National Instruments公司也在它的產(chǎn)品LabWindows/CVI以及LabVIEW中加入了網(wǎng)絡(luò)通訊處理模塊，因而可以通過WWW、FTP、E2mail方式在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳送至法國ALARM。研究組對(duì)生產(chǎn)過程的智能報(bào)警和監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了長期研究，并在多個(gè)項(xiàng)目中進(jìn)行了應(yīng)用。 國內(nèi)對(duì)

43、于遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)也開展了積極的研究。基于Internet控制網(wǎng)絡(luò)方面的研究剛剛起步。在實(shí)際應(yīng)用方面，東大阿爾派公司為自己的CT產(chǎn)品開發(fā)了遠(yuǎn)程維修診斷系統(tǒng)，借助Internet網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布在各地的CT機(jī)的遠(yuǎn)程診斷和維修。在國家科委的863計(jì)劃中，設(shè)立了機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)通信與遠(yuǎn)程診斷、維修技術(shù)專題;上?？萍季W(wǎng)把基于Internet的遠(yuǎn)程診斷等納入自己未來的發(fā)展目標(biāo)。清華大學(xué)機(jī)械系設(shè)計(jì)一套基于硬件的網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)驗(yàn)，這套網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)采用目前流行的Java、MATLAB、流媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)集成，將算法嵌入到服務(wù)器中，其3-D測(cè)量的實(shí)驗(yàn)就證明網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)越性。同濟(jì)大學(xué)以上海大眾汽車沖壓生產(chǎn)線為研究對(duì)象，初步

44、實(shí)現(xiàn)了一個(gè)面向制造企業(yè)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷系統(tǒng)。北京理工大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等也在開展基于Internet的FMS(柔性加工系統(tǒng))遠(yuǎn)程故障診斷的研究。華北電力大學(xué)等進(jìn)行變電站的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。國內(nèi)浙江大學(xué)開發(fā)的基于Internet的實(shí)時(shí)控制實(shí)驗(yàn)室，有液位控制、加熱爐微機(jī)控制、溫度顯示、步進(jìn)電機(jī)控制、連續(xù)攪拌反應(yīng)釜流量控制等幾種實(shí)驗(yàn)設(shè)備。 目前，對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控已成為當(dāng)今設(shè)備監(jiān)控與診斷技術(shù)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。融合安全、可靠的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（VPN）使得遠(yuǎn)程控制更具有其可行性，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的不斷發(fā)展將使得企業(yè)生產(chǎn)管理向著更加現(xiàn)代化、智能化、集成化和無人化方向發(fā)展。 1.3 VPN技術(shù)的發(fā)展背景及現(xiàn)狀

45、 隨著Internet和電子商務(wù)的蓬勃發(fā)展，越來越多的用戶認(rèn)識(shí)到，經(jīng)濟(jì)全球化的最佳和最快捷途徑是發(fā)展基于Internet的商務(wù)應(yīng)用。隨著商務(wù)活動(dòng)的日益頻繁，各企業(yè)開始允許其伙伴、供應(yīng)商、服務(wù)提供商也能夠訪問本企業(yè)的局域網(wǎng)，從而大大簡(jiǎn)化信息交流的途徑，增加信息交換速度。這些合作和聯(lián)系是動(dòng)態(tài)的，并依靠網(wǎng)絡(luò)來維持和加強(qiáng)，于是各企業(yè)發(fā)現(xiàn)，這樣的信息交流不但帶來了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，還帶來了管理和安全性的問題，如何尋找一個(gè)合適的通信解決方案，來解決這一系列突出的矛盾就變成了企業(yè)當(dāng)前最緊要的任務(wù)。 用戶的需求正是VPN技術(shù)誕生的直接原因。VPN虛擬專網(wǎng)是虛擬私有網(wǎng)絡(luò)( Virtual Private Netw

46、ork)的簡(jiǎn)稱，它是一種利用公共網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建的私有專用網(wǎng)絡(luò)。所謂虛擬，是指用戶不再需要擁有實(shí)際的長途數(shù)據(jù)線路，而是使用Internet公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)線路。所謂專用網(wǎng)絡(luò)，是指用戶可以為自己制定一個(gè)最符合自己需求的網(wǎng)絡(luò)。 在國外，VPN早從1997年開始己經(jīng)迅速發(fā)展起來，2001年全球VPN市場(chǎng)近120億美元，預(yù)計(jì)到2005年將達(dá)到29億美金(Infonet Research, 2002)。在國內(nèi)，據(jù)國內(nèi)權(quán)威機(jī)構(gòu)《賽迪網(wǎng)》顧問調(diào)查顯示:2002年上半年中國VPN市場(chǎng)銷售額為3300萬美元，較2001年同期銷售額增長幅度達(dá)57.14%，超過網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品市場(chǎng)增長率的40.91%。與此同時(shí)，VPN產(chǎn)

47、品在網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品市場(chǎng)的比重由原來的3.18%增長到現(xiàn)在的3.55%。據(jù)預(yù)計(jì)，到2005年中國的VPN類產(chǎn)品及服務(wù)將從2001年的0.56億美元增長到5.43億美元，復(fù)合增長率將達(dá)到76.5% 。 根據(jù)不同需要，可以構(gòu)造不同類型的VPN，不同商業(yè)環(huán)境對(duì)VPN的要求和VPN所起的作用是不一樣的。下面分三種情況說明VPN的用途： 1.內(nèi)部網(wǎng)VPN (Intranet VPN )是通過公共網(wǎng)絡(luò)將一個(gè)企業(yè)各分支機(jī)構(gòu)的LAN連接而成的網(wǎng)絡(luò)。它是企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸通道的兩個(gè)端點(diǎn)被認(rèn)為是可信的時(shí)候，企業(yè)可以選擇“內(nèi)部網(wǎng)VPN”，解決方案，安全性主要在于加強(qiáng)兩個(gè)VPN服務(wù)器之間的加密和認(rèn)證手

48、段上。 2.外部網(wǎng)VPN ( Extranet VPN ):類似于Intranet VPN，主要為公司合作伙伴、顧客、供應(yīng)商、投資者之間建立VPN。一個(gè)可行的外部網(wǎng)VPN方案應(yīng)能適用于各種操作平臺(tái)、協(xié)議、各種不同的認(rèn)證方案及加密算法。 3.遠(yuǎn)程訪問VPN ( Remote Access VPN ):在公司總部和遠(yuǎn)地出差員工之間建立VPN.典型的遠(yuǎn)程訪問VPN是通過本地的信息服務(wù)提供商(ISP)登錄到Internet上，并在辦公室和公司內(nèi)部網(wǎng)之間建立一條加密信道。 VPN代表了當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)發(fā)展演化的最高形式，它綜合了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的性能優(yōu)點(diǎn)一安全和QoS ( Quality of Servi

49、ce )，和共享數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)(簡(jiǎn)單和低成本)，必將成為未來傳輸完全匯聚業(yè)務(wù)的主要工具。 1.4研究?jī)?nèi)容和意義 污水泵站的日常運(yùn)行需要很大的工作量，傳統(tǒng)的污水泵站管理辦法是在各主要的泵站安排值班人員對(duì)附近的小泵站每天進(jìn)行巡檢，通過電話和泵站管理所調(diào)度人員，而這種方法具有工作量大、效率低、反應(yīng)慢的缺點(diǎn)，傳統(tǒng)的管理辦法與迅速發(fā)展的城市的要求越來越不適應(yīng)。 隨著科技的進(jìn)步，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以解決傳統(tǒng)方法所具有的上述缺點(diǎn)，所以受到了許多企業(yè)的青睞。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是借助于遠(yuǎn)程監(jiān)控可以將企業(yè)內(nèi)部的信息網(wǎng)(Intranet)與控制網(wǎng)有效地連接起來，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)、運(yùn)營情況的隨時(shí)掌握，把生產(chǎn)運(yùn)營狀況同企業(yè)的

50、經(jīng)營管理策略緊密結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)的綜合自動(dòng)化，可以建立網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和網(wǎng)上知識(shí)資源庫。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和快速集中，獲得現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，為遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，技術(shù)人員無須親臨現(xiàn)場(chǎng)或惡劣的環(huán)境就可以監(jiān)視并控制生產(chǎn)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及各種參數(shù)，使受過專業(yè)訓(xùn)練的人員虛擬地出現(xiàn)在許多監(jiān)控地點(diǎn)，方便地利用本地豐富的軟硬件資源對(duì)遠(yuǎn)程對(duì)象進(jìn)行高級(jí)過程控制，以維護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)營，從而減少值守工作人員，最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端的無人或少人值守，達(dá)到減員增效的目的。 其實(shí)，遠(yuǎn)程監(jiān)控對(duì)于企業(yè)和商人來說，起優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上述功效，最關(guān)鍵的實(shí)現(xiàn)異地直播的功能，即把自

51、己的廠房、設(shè)備、產(chǎn)品樣品直接“搬到”談判桌面，讓您的客戶在未了解您企業(yè)實(shí)力之前就“先聲奪人”地起到一個(gè)“定心丸”的作用，以便于后期與您的深層次合作。 而中小型污水泵站計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，絕大部分采用Internet或Intranet結(jié)構(gòu)。這些傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)需要建立自己的物理專用線路，使用昂貴的長途撥號(hào)以及長途專線業(yè)務(wù)，在使用中存在功能單一、安全機(jī)制差、界面復(fù)雜等特點(diǎn)。而針對(duì)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中存在的缺陷和需求，設(shè)計(jì)并開發(fā)出一套專門用于泵站監(jiān)控的自動(dòng)化系統(tǒng)，使之盡可能的代替人工完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與處理，甚至擁有對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制能力，顯得尤為重要。這也是過程控制自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)中近年來較為流行的SC

52、ADA ( Supervisory Control and Data Acquisition，監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集)系統(tǒng)。本文擬定研制出一套專門用于泵站的SCADA系統(tǒng)，以解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)能力的不足，提高生產(chǎn)效率，帶來最大生產(chǎn)價(jià)值。 目前，越來越多的企業(yè)集團(tuán)呈跨地域的發(fā)展趨勢(shì)，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)企業(yè)降低生產(chǎn)成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高企業(yè)產(chǎn)品的科技含量，以及增強(qiáng)企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力等方面都具有十分重要的意義。 第2章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求與總體設(shè)計(jì)方案 2.1 泵站工藝簡(jiǎn)介 污水從

53、進(jìn)水口流到進(jìn)水閘門，進(jìn)水閘門根據(jù)泵坑液位自動(dòng)調(diào)節(jié)閘門開度，控制進(jìn)水量，使液位保持在正常允許的范圍內(nèi)。然后污水經(jīng)過有粗格柵機(jī)的集水井。格柵機(jī)在前后液位差或時(shí)間間隔達(dá)到了設(shè)定值后自動(dòng)啟動(dòng)打撈污水中的垃圾。初步除臟后，污水再經(jīng)過除砂系統(tǒng)除砂后流入泵坑。提升泵由泵坑的液位控制自動(dòng)運(yùn)行，通過水泵提升后，污水經(jīng)出水流向有細(xì)格柵機(jī)的集水井，再進(jìn)行污水的進(jìn)一步處理。所有設(shè)備除按特定條件自動(dòng)運(yùn)行外，均能根據(jù)具體情況，在中央控制室對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程開停機(jī)操作，所有相關(guān)的工藝參數(shù)和設(shè)備的狀態(tài)均能夠得到遠(yuǎn)程監(jiān)控。 2.2 泵站功能簡(jiǎn)介 2.2.1污水泵與格柵的自動(dòng)控制 污水泵站工業(yè)控制系統(tǒng)由西門子公司的PLC控制系統(tǒng)

54、與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）組成，SCADA系統(tǒng)采用WINCC軟件設(shè)計(jì)的監(jiān)控軟件及VPN網(wǎng)等構(gòu)成。PLC控制系統(tǒng)通過采集各工藝設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)。儀表系統(tǒng)的測(cè)量參數(shù)和觸摸屏及工況監(jiān)控計(jì)算機(jī)的命令，根據(jù)泵站編制的控制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)工藝設(shè)備的遠(yuǎn)程遙控和自動(dòng)控制，將各數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心。 工況監(jiān)控計(jì)算機(jī)可接收PLC控制系統(tǒng)上傳送的各儀表測(cè)量數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)以及操作員的控制命令，通過設(shè)定的程序向PLC控制系統(tǒng)發(fā)送各控制命令。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將各污水泵站的PLC控制系統(tǒng)和工況監(jiān)控計(jì)算機(jī)連接起來， PLC控制系統(tǒng)可以通過該網(wǎng)絡(luò)向工況監(jiān)控計(jì)算機(jī)傳送信號(hào)，同時(shí)，工況監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過該網(wǎng)絡(luò)向PLC控制系統(tǒng)發(fā)送控制命令。

55、 污水泵電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制 應(yīng)根據(jù)水泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作電流、工作電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的過載、堵轉(zhuǎn)、相序、缺相不平衡、欠壓、過壓保護(hù)功能，防止驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)故障損壞。 污水泵聯(lián)鎖保護(hù)控制 除污水泵電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制外，水泵的運(yùn)行尚需在相關(guān)工藝條件允許的情況下，因此應(yīng)將污水泵運(yùn)行控制與相關(guān)工藝條件之間進(jìn)行聯(lián)鎖，防止誤操作而造成設(shè)備損壞。主要聯(lián)鎖保護(hù)控制如下: 當(dāng)泵房液位低于超低液位下限時(shí)，停止所有污水泵并禁止污水泵啟動(dòng)。防止水泵干行造成水泵氣蝕。 當(dāng)水泵前檢修閘閥關(guān)閉時(shí)，停止與該閘閥對(duì)應(yīng)的污水泵并禁止該污水泵啟動(dòng)。 為了防止水泵機(jī)組發(fā)生啟停振蕩，單水泵連續(xù)兩次啟動(dòng)之間的時(shí)間間隔不應(yīng)小于設(shè)定時(shí)間值。

56、為了防止多臺(tái)水泵同時(shí)啟動(dòng)對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)造成沖擊，任意兩臺(tái)水泵啟動(dòng)之間的時(shí)間間隔不應(yīng)小于設(shè)定時(shí)間值。 污水泵根據(jù)液位自動(dòng)啟停控制 污水泵根據(jù)泵房集水井內(nèi)的液位，自動(dòng)確定開啟水泵臺(tái)數(shù)，水位高時(shí)多開水泵，水位低時(shí)少開或者不開泵。 污水泵自動(dòng)輪換控制 為提高泵站可靠性，泵站設(shè)有備用泵1臺(tái)，以便在其他水泵發(fā)生故障后投入運(yùn)行，但是如果固定一臺(tái)水泵作為備用泵，長期不投入使用，其發(fā)生銹蝕故障的可能性將大大增加，因此應(yīng)在自動(dòng)控制模式下對(duì)所有水泵實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輪換控制，遵循先開先停，輪回啟動(dòng)以及故障自動(dòng)補(bǔ)位的原則對(duì)水泵進(jìn)行自動(dòng)開停。即累計(jì)運(yùn)行時(shí)間最長的水泵優(yōu)先考慮停止，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間最短的水泵優(yōu)先考慮開泵，當(dāng)某臺(tái)水泵

57、故障時(shí)自動(dòng)切換備用水泵投入運(yùn)行。以便在運(yùn)行一段時(shí)間后，泵坑中所有水泵都有相近的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，極大地保證泵站地可靠運(yùn)行。 格柵的自動(dòng)控制 格柵除污機(jī)采用定時(shí)控制，即格柵除污機(jī)根據(jù)時(shí)間間隔參數(shù)自動(dòng)定時(shí)啟動(dòng)，運(yùn)行固定時(shí)間間隔后停止。 2.2.2 主要運(yùn)行參數(shù)的測(cè)量及采集 泵站自控系統(tǒng)需實(shí)時(shí)采集泵站主要運(yùn)行參數(shù)，根據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)備自動(dòng)控制、觸發(fā)報(bào)警事件，并對(duì)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行上傳及存儲(chǔ)管理。泵站內(nèi)需采集與測(cè)量的主要工藝參數(shù)如下: 1．污水泵運(yùn)行電流、電壓、功率、功率因數(shù)等主要電力參數(shù)，用于水泵電機(jī)保護(hù)控制運(yùn)行狀況分析，為管理維護(hù)運(yùn)行調(diào)度提供分析數(shù)據(jù)。 2.閘門、格柵、提升泵的設(shè)備工作狀

58、態(tài)，主要包括:手/自動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)行/停止?fàn)顟B(tài)、故障狀態(tài)，閘門開閉狀態(tài)。主要用于污水泵聯(lián)鎖保護(hù)控制、設(shè)備控制、維護(hù)以及故障報(bào)警。 3.泵站集水井液位值。主要用于控制水泵啟停，并觸發(fā)高低液位報(bào)警。 4.每臺(tái)污水泵的瞬時(shí)以及累計(jì)流量測(cè)量。 5.泵房底層硫化氫氣體濃度，用于泵站有害氣體濃度報(bào)警。 6.泵站電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及供電電源電流、電壓、功率因數(shù)等主要電力參數(shù)。用于泵站管理維護(hù)，運(yùn)行狀況分析，為運(yùn)行調(diào)度分析提供數(shù)據(jù)。 2.2.3 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能 為了實(shí)現(xiàn)污水管網(wǎng)泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的集中管理調(diào)度，需選擇合適的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)泵站現(xiàn)場(chǎng)與監(jiān)控中心之間可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。 2.2.4 中

59、央監(jiān)控及管理調(diào)度功能 傳統(tǒng)泵站管理模式中，泵站安排值班人員，工作人員每天對(duì)泵站內(nèi)的設(shè)備情況以及泵房水位進(jìn)行巡檢，然后通過電話與調(diào)度人員互相聯(lián)系，根據(jù)調(diào)度人員的指令手動(dòng)啟停泵房設(shè)備。泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，可以實(shí)現(xiàn)在監(jiān)控中心快速、準(zhǔn)確、有效的監(jiān)控調(diào)度污水管網(wǎng)中所有泵站，實(shí)現(xiàn)集中高效的管理，主要功能要求如下: 1．實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)下位各泵站主要運(yùn)行參數(shù)及設(shè)備狀況進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和管理。 2．實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行畫面 根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，通過直觀的圖形化界面顯示污水管網(wǎng)各泵站生產(chǎn)情況，顯示泵站生產(chǎn)模擬畫面，繪制重要參數(shù)變化趨勢(shì)圖，便于

60、監(jiān)控中心調(diào)度人員監(jiān)控調(diào)度各泵站運(yùn)行。 3．設(shè)備遠(yuǎn)程控制 監(jiān)控中心調(diào)度人員可根據(jù)權(quán)限遠(yuǎn)程控制各泵站主要設(shè)備啟停，調(diào)度泵站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。 4．運(yùn)行參數(shù)遠(yuǎn)程設(shè)定 監(jiān)控中心調(diào)度人員可根據(jù)權(quán)限遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)各泵站運(yùn)行控制參數(shù)，調(diào)節(jié)泵站運(yùn)行狀態(tài)。 5．事故報(bào)警功能 當(dāng)各泵站生產(chǎn)過程中出現(xiàn)主要運(yùn)行參數(shù)超標(biāo)或設(shè)備故障等事件時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)要求觸發(fā)報(bào)警程序，按照預(yù)案處理報(bào)警事件，并及時(shí)顯示報(bào)警信息，提醒調(diào)度人員處理報(bào)警信息，并形成記錄文件，自動(dòng)存儲(chǔ)報(bào)警數(shù)據(jù)。 6．歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理及查詢功能 系統(tǒng)需建立完善的歷史數(shù)據(jù)庫，記錄各泵站運(yùn)行參數(shù)以及設(shè)備運(yùn)行情況，方便查詢和分析，為優(yōu)化生產(chǎn)、提高管理水平提供分析

61、數(shù)據(jù)。 7．生產(chǎn)報(bào)表自動(dòng)生成功能 可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)自動(dòng)生成各主要監(jiān)控參數(shù)的日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表以及統(tǒng)計(jì)報(bào)表。 2.2.5 監(jiān)控信息多畫面 為了方便監(jiān)控中心調(diào)度人員可以同時(shí)觀察多個(gè)泵站以及多種監(jiān)控畫面如主界面、視頻監(jiān)控畫面、報(bào)警畫面等，需要通過屏幕顯示及信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)多種顯示信號(hào)的屏幕混合顯示。 2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性 系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)面向應(yīng)用、注重實(shí)效，堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則。 先進(jìn)性和成熟性 系統(tǒng)設(shè)計(jì)既要采用先進(jìn)的技術(shù)和方法，又要注意系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及設(shè)備的相對(duì)成熟。僅體現(xiàn)先進(jìn)水平，保證在未來若干年內(nèi)不淘汰，采用相對(duì)成熟的技術(shù)及產(chǎn)品，確保系統(tǒng)的可行性及可靠性。 開放性和標(biāo)準(zhǔn)性

62、為了滿足系統(tǒng)所選用的各種設(shè)備的兼容性以及系統(tǒng)功能不斷擴(kuò)展的需求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選型應(yīng)采用通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，注重系統(tǒng)的開放性和標(biāo)準(zhǔn)性。 可靠性和穩(wěn)定性 考慮技術(shù)先進(jìn)和開放的同時(shí)，還應(yīng)從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)措施、設(shè)備性能、系統(tǒng)管理、廠商技術(shù)支持及維修能力等方面入手，確保系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。 可擴(kuò)展性和易維護(hù)性 為了適應(yīng)管網(wǎng)系統(tǒng)不斷變化的要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)便于日后擴(kuò)展，目標(biāo)體系結(jié)構(gòu)清晰，易于日常維護(hù)管理。 2.4總體設(shè)計(jì)方案 根據(jù)前面的介紹及分析，整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用分散控制、集中管理的集散型控制系統(tǒng)體系。 整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由泵站現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、遠(yuǎn)程視頻系統(tǒng)和中央監(jiān)控

63、系統(tǒng)四部分組成。 其中泵站現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)泵站就地自動(dòng)控制以及數(shù)據(jù)采集。監(jiān)控中心中央監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)各個(gè)泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集，并集中監(jiān)控、管理以及調(diào)度。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)則是泵站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及泵站實(shí)時(shí)視頻畫面數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通道。另外，視頻遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)泵站現(xiàn)場(chǎng)工作狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視。 泵站現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)為現(xiàn)場(chǎng)控制層，以工業(yè)PLC為控制核心，泵站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)采集PLC上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)管理并與監(jiān)控中心進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，并作為現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)界面，顯示該泵站的運(yùn)行狀態(tài)。 中央監(jiān)控系統(tǒng)為中央監(jiān)控層，位于排水運(yùn)行管理中心，配備工控機(jī)作SCADA服務(wù)器，安裝二套

64、King IO Server軟件，互為冗余系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用PPTP協(xié)議與現(xiàn)場(chǎng)各泵站監(jiān)控計(jì)算機(jī)或者現(xiàn)場(chǎng)PLC的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，采集泵站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。另外監(jiān)控中心配備兩臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，并安裝該WINCC組態(tài)軟件，作為監(jiān)控中心監(jiān)控終端，在監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，數(shù)據(jù)匯總，打印等功能。 中央監(jiān)控層平常不參與泵站的自動(dòng)控制，只在遠(yuǎn)程監(jiān)視各泵站工作情況，統(tǒng)計(jì)分析各站點(diǎn)設(shè)備、工藝參數(shù)數(shù)據(jù);在需要的情況下，可通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)對(duì)下層泵站設(shè)備進(jìn)行直接遠(yuǎn)程控制調(diào)度。而在通訊發(fā)生故障時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)控制層，不需要依賴中央監(jiān)控層，能獨(dú)立地完成泵站就地控制功能。

65、第3章 VPN的研究與分析 3.1 VPN基礎(chǔ) 3.1.1 VPN定義 IETF(Internet Engineering Task Force,互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組)，草案理解基于IP的VPN為“使用IP機(jī)制仿真出的一個(gè)私有的廣域網(wǎng)”是通過私有的隧道技術(shù)在公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上仿真一條點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的專線技術(shù)。所謂虛擬，是指用戶不再需要擁有實(shí)際的長途數(shù)據(jù)線路，而是使用因特網(wǎng)公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的長途數(shù)據(jù)線路。所謂專用網(wǎng)絡(luò)，是指用戶可以為自己制定一個(gè)最符合自己需求的網(wǎng)絡(luò)。 3.1.2 VPN的工作原理 通過VPN的定義可知，VPN就是通過共享即公用網(wǎng)絡(luò)在兩臺(tái)機(jī)器或兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間建立的專用連接。即在公共網(wǎng)絡(luò)上建立虛

66、信道。 把因特網(wǎng)用作專用廣域網(wǎng)，就要克服兩個(gè)主要障礙。首先，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常使用多種協(xié)議如IPX和NetBEUI進(jìn)行通信，但因特網(wǎng)只能處理IP流量。所以，VPN就需要提供一種方法，將非IP協(xié)議從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳送到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。其次，網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包以明文格式傳輸，因而，只要看得到因特網(wǎng)流量，就能讀取包內(nèi)所含數(shù)據(jù)。如果公司希望利用因特網(wǎng)傳輸重要的商業(yè)機(jī)密信息，這顯然就是一個(gè)問題。 VPN克服這些障礙的方法就是采用了隧道技術(shù)：數(shù)據(jù)包不是公開在網(wǎng)上傳輸，而是首先進(jìn)行加密以確保安全，然后由VPN封裝成IP包的形式，通過隧道在網(wǎng)上傳輸。如圖3-1： 圖3-1VPN的隧道技術(shù) 源網(wǎng)絡(luò)上的VPN隧道發(fā)起器與目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)上的VPN隧道終結(jié)器進(jìn)行通信。兩者就加密方案達(dá)成一致，然后隧道發(fā)起器對(duì)包進(jìn)行加密，確保安全。最后，VPN發(fā)起器將整個(gè)加密包封裝成IP包?，F(xiàn)在不管原先傳輸?shù)氖潞畏N協(xié)議，它都能在純IP因特網(wǎng)上傳輸，又因?yàn)榘M(jìn)行了加密，誰也無法讀取原始數(shù)據(jù)。在目標(biāo)這頭VPN隧道終結(jié)器收到包后去掉IP信息，然后根據(jù)達(dá)成一致的加密方案對(duì)包進(jìn)行解密，將隨后獲得的包發(fā)給遠(yuǎn)程接入服務(wù)器