水厂自动化监控系统设计及容错技术应用研究
邵清;张生;魏赟
【摘 要】自动化监控系统已成为许多工业企业中非常重要的部分,而容错技术是保证系统可靠性的有效方法.本文以自行研制开发的某水厂自动化监控系统为例,首先介绍了系统的设计和实现方法.该系统采用三层网络结构来完成对水厂各设备的监控,通过PLC实现设备数据的采集,Profibus-DP和以太网实现数据的传送.分析了监控系统中常用容错技术的原理,并详细介绍了系统中容错技术的实现方法.该系统在某水厂得到了成功的应用,取得了满意的效果. 【期刊名称】《微型电脑应用》 【年(卷),期】2006(022)005 【总页数】1页(P42-42)
【关键词】水厂;监控系统;容错;冗余 【作 者】邵清;张生;魏赟
【作者单位】上海理工大学计算机工程学院,上海,200093;上海理工大学计算机工程学院,上海,200093;上海理工大学计算机工程学院,上海,200093 【正文语种】中 文 【中图分类】工业技术
MicrocomputerAppllcatlonsVol． 22 ，No.5 ，2006技术交流微 型 电 脑应 用 2006 年第 22 卷第 5 期文章■号 ：1007-757X(2006)04-0042-01水 厂 自动 化 监 控 系 统 设 计 及 容 错 技 术 应 用 研 究邵 清 ， 张 生 ， 魏 资摘 要 ： 自
动化监控 系统 已成为许 多工业企业 中非常重要的部分 ，而容错技术是保证 系统可靠性的有效方 法 。 本文 以 自行研制开发的某水厂 自动化监控 系统为例 ，首先介绍 了 系统的设计和 实现方 法 。 该 系统采用 三层 网络结构 来完成对水厂 各设备的监控 ，通过PLC实现设备数据 的采集 ，Profibus- DP 和 以 太 网 实现数据的传送。 分析 了监控 系统 中常用容错技术的原理 ，并详细介绍了 系统 中容错技术的 实现方 法 。 该 系统在某水厂得到 了成功 的应 用 ，取得 了满意的效果 。关■词 ：水厂 }监控 系统 }容错 ；冗余中圈分类号 ：TP394.4文献标识码 ：A随着计算机、通信、 网络控制等技术的发展 ， 自动化监控 系统已成为许多工业企业中非常重要 的部分。 监控系统主要 是建立一个涉及硬件 （ 工业设备信息采集器） 、 软件 （ 监控软 件） 和网络（ 信息传输通道） 满足企业生产实时性和可靠性要 求的一体化网络体系 。 随着 自动化水平不断提高 ，系统规模 日 益扩大，复杂性也不断提高。 如果系统出现故障，仅仅短期停 产造成的损失可能会远远超出系统本身的价格 。 因此 ，对系统 的可靠性提出了很高的要求 。 提高系统可靠性主要有两种方 法 ：避错技术和容错技术 。 避错即避免出错 ，即采用正确的设 计和质量控制方法尽量避免将错误引进系统 。 但是无论采取 多少措施 ，要求系统 100% 无故障是不可能的 ，也是不现实的。 实践证明，利用避错技术提高系统可靠性有一定 的限度 ，要想 进一步提高系统的可靠性则必须采取容错技术 。 容错技术是 指系统在内部出现故障的情况下 ，仍能正常运行程序 ，并给出 正确结果的技术 。 由此可见 ，使用容错技术可以减少事故发生 率 ，降低维修费用 。 在监控系统的设计中不仅要对系统结构和 硬件配置认真考虑，也必须从软件设计中增强可靠性 。 因此容 错技术是提高监控系统可靠性 的有效方法 。 通过软硬件的容 错设计，可以非常有效地提高监控系统的可靠性 。 1 系统概述 某 自来水厂 的主要任务是先对水池 的水进行消毒处理 ，通过泵房高压电加压后 ，打人 自来水输送管道 中，向居 民用水地区进行恒压供水 。本自动化监控系统的主要功
能是对水厂制水 、送配水等 工程实现 自动化监视和控制。 根据水厂的工艺流程 ，对水厂的 各主要设备进行监控 ， 并调整设备参数 ，共有 7 个地方 ，它们 是 ：①二泵房（ 用于对出厂水加压 ） 、②二万 吨滤池、③ 四万 吨 滤池、④变电间、⑤加氯间、⑨加矾间、⑦进厂原水 。 图 1 为水厂的工艺流程图。 陶 · 鼯 画 t．^ rH图 1 水厂 部分工 艺流程 图整 个监控 系统 的设计分为三层 ：工厂管理层 、 车间监控 层 、现场设备层 。 管理层负责上层 的数据管理和信息处理 ，产 生作业指令下达给监控层 ，同时接受监控层 的任务请求并做 出处理。 监控层负责接收和转发、协调管理系统 的出入库指 令 ，完成作业指令的分解 、排 队和下达 ，接收和处理执行层控 制系统各种信息的实时数据的采集和信息 、物料的跟踪 。 执行 层 由 PLC管理 ，PLC根据监控层 的命令控制各实际设备 ，同时向监控层反馈设备运行状态和任务完成情况。 监控系统结构见图 2 。中央监控室┏ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┓ ┃上J 冒┃中央监控机 EtherNet┃ ┃理层┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┣ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃
1 ． 1┃ ┣ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┣ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃军同实验室监控机工程师监控机操作员站 H 眦┃ ┃ ┃监控层┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ -Profihm┃ ┣ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┣ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┣ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃霰 警 麓l现场设备11l 现场设备2l … l 现场设备NI┃ ┗ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┛作者简介 ：邵 清，上海理工大学计算机工程学院，上海 200093张生 ，上海理工大学计算机工程学院，上海 200093魏 资 ，上海理工大学计算机工程学院，上海 200093.4
水厂自动化监控系统设计及容错技术应用研究
