（计算机应用技术专业论文）城市排水设备动态监测与管理信息系统.pdf

江苏大学工程硕士毕业论文 摘要 本文详细介绍了城市排水设备动态监测与管理信息系统的研究和实现。 随着我国社会经济的不断飞速发展和城市化进程的加快，城市排水体系也在不断的 趋于完善。但是目前我国的城市排水和水处理设施及自动化管理水平还不适应城市发展 的要求，排水系统工作质量的快速提升必须借助于技术装备和管理的现代化，实现城市 排水设备动态监测与管理信息系统势在必行。 本文的课题是利用先进的工业控制软件，通过开发城市排水设备动态监测与管理信 息系统软件，调用下位机和上位机采集的数据，以及专用网络实现对城市排水设备的在 线监测、动态维护和保养等有效的管理。 该系统由四个部分组成，从上往下依次为：管理层的设备动态管理系统、数据处理 中心的专用数据接口、上位机( i n t o u c h 组态软件) 实时数据库管理、p l c 监测控制。 文章从解决实际问题的原则出发，先对国内外相关课题的发展状况、课题的任务和 目标进行了阐述：在此基础上，结合镇江市城市排水设备动态监测与管理信息系统的发 展和现状，介绍了系统开发中的相关技术；最后，依据软件工程的思想，介绍了系统的 设计方法、思路以及关键的实现技术。 关键词：动态监测，设备管理，组态软件，排水设备，i n t o u c h 江苏大学工程硕士毕业论文 a b s t r a c t t h i sa r t i c l ei nd e t a i li n t r o d u c e dt h er e s e a r c ha n dt h er e a l i z a t i o nf o rt h ec i t yd r a i n a g e d y n a m i cm o n i t o ra n dt h em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m 。 a l o n gw i t h o u rc o u n t r ys o c i a le c o n o m yu n c e a s i n g l yt h er a p i dd e v e l o p m e n ta n d u r b a n i z e ，da d v a n c e m e n tq u i c k e n i n g ，t h ec i t yd r a i n i n gw a t e rs y s t e ma l s oi nu n c e a s i n gt e n d st o t h ec o n s u m m a t i o n b u ta tp r e s e n to u rc o u n t r y sc i t yd r a i n i n gw a t e ra n dt h ew a t e rt r e a t m e n t f a c i l i t ya n dt h ea u t o m a t i o nm a n a g e m e n tl e v e ld i dn o ta d a p tt h eu r b a nd e v e l o p m e n tr e q u e s t 。 t h ed r a i n a g es y s t e mw o r kq u a l i t yf a s tp r o m o t i o nm u s td r a ws u p p o r tt h et e c h n i c a le q u i pa n d t h em a n a g e m e n tm o d e r n i z a t i o n 。i ti si m p e r a t i v et or e a l i z et h ec i t yd r a i n a g ed y n a m i cm o n i t o r a n dt h em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m i n t h i sa r t i c l ei n v o l v e st h et o p i ci st h eu s ea d v a n c e di n d u s t r yc o n t r o ls o f t w a r e ，t h r o u g h d e v e l o p m e n tc i t yd r a i n a g ed y n a m i cm o n i t o ra n dm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e ms o f t w a r e a n di ti n t e g r a t i o n ，t r a n s f e rl o w e rp o s i t i o nm a c h i n ea n do np o s i t i o nm a c h i n eg a t h e r i n gd a t a , t h r o u g hp r i v a t en e t w o r kr e a l i z a t i o nt oc i t yd r a i n a g eo n l i n em o n i t o r , d y n a m i cm a i n t e n a n c e ， m a i n t e n a n c ea n ds oo ne f f e c t i v em a n a g e m e n t t h i ss y s t e mi sc o m p o s e db yf o u rp a r t s tf r o mo l id o w n w a r di nr u mi s ：t h ee q u i p m e n t d y n a m i cm a n a g e m e n ts y s t e mf o rm a n a g e m e n tl e v e l ，s p e c i a l - p u r p o s ed a t ac o n n e c t i o nf o rd a t a p r o c e s s i n gc e n t e r , o np o s i t i o nm a c h i n e ( i n t o u c h - - - - - c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ) r e a l - t i m e d a t a b a s ea d m i n i s t r a t i o n , p l cm o n i t o rc o n t r 0 1 t h ea r t i c l ef r o ms o l v e st h ep r i n c i p l ew h i c ht h eq u e s t i o nd e f i n e sf i r s tt oe m b a r k ，f i r s tt o t h ed o m e s t i ca n df o r e i g nc o r r e l a t i o nt o p i cd e v e l o p m e n tc o n d i t i o u ，t h et o p i cd u t ya n dt h eg o a l h a sc a r r i e do nt h ee l a b o r a t i o n ；i nt h i sf o u n d a t i o n ，u n i f i e st h ez h e n j i a n gc i t yd r a i n a g e d y n a m i cm o n i t o ra n dt h em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e md e v e l o p m e n ta n dt h ep r e s e n t s i t u a t i o n ；i n t r o d u c e di nt h es y s t e md e v e l o p m e n tr e l a t e dt e c h n o l o g y ；f i n a l l y , b a s e do nt h e s o f t w a r ee n g i n e e r i n gt h o u g h t ，i n t r o d u c e dt h es y s t e md e s i g nm e t h o d ，t h em e n t a l i t ya sw e l la s t h ek e yr e a l i z a t i o nt e c h n o l o g y 。 k e yw o r d ：d y n a m i cm o n i t o r , e q u i p m e n tm a n a g e m e n t ，c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ，d r a i n a g e ，师 i n t o u e h u 江苏大擘工程硕士毕业论文 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文 被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密口。 学位论文作者签名：葛玉连 2 0 0 6 年1 2 月1 4 日 指导教师签名身础 矿b 年l ，月1 1 目 江苏大学工程硕士毕业论文 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成 果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：葛玉连 日期：2 0 0 6 年1 2 月1 4 日 江苏大擘工程硕士毕业论文 1 1 选题背景及意义 第一章绪论 随着我国国民经济的不断飞速发展和城市化进程的加快，城市排水体系也在不断趋 于完善。但总体上讲，仍普遍存在基础设施薄弱，技术及管理水平比较落后等问题，尤 其是对于整个城市排水设备和管网体系缺乏有效的监管，排水设备的运转状况和管网的 整体信息不能及时地得到反映，这些都不利于快速、有效地进行排水管理决策。城市排 水设备和管道系统是保障城市生活的重要环节，落后的城市排水系统有可能引发一系列 的社会和环境问题。2 0 0 4 年夏季北京、上海等地特大暴雨带来的交通堵塞暴露出我国 排水设施建设不完善、管网配套建设滞后、排放能力不够、排水标准低等严重问题，充 分说明目前的城市排水和水处理设施的自动化管理水平已不适应城市发展的要求。目 前，国际上许多发达国家已经对城市排水系统的完善、雨水资源的合理利用与管理、雨 水径流及合流管网溢流污染控制等问题进行了深入研究和应用技术开发，取得了显著成 果。我国应该充分借鉴他们的经验和教训，结合我国实际情况，尽快完善对城市排水系 统和污水处理设施的自动化管理。 排水系统工作质量的快速提升必须建筑在技术装备迅速实现现代化的基础上，建设 排水设备的动态监测和管理是技术装备现代化的核心，也是排水行业跨越式发展的关键 “3 。城市排水设备动态监测与管理信息系统的内涵是技术先进、设备现代、管理简捷、 免维修、少维护、运行周期长、安全可靠、效率高。从强化监测手段入手，对设备进行 定期检测，当设备运行到一定状态后，对设备的磨耗部件进行更换，当设备运行到一定 的时段( 寿命) 或关键参数达到一定数值( 限值) 后，对设备更新换代。对设备进行动 态实时的状态监测，按监测结果实时对设备进行“定期检测、状态修理、限值管理、寿 命管理”1 。 目前，设备状态监测技术作为现代化设备管理的重要组成部分，是设备管理和维修 管理必不可少的手段。尤其在市场竞争日益激烈的今天，设备维修成本的控制和降低是 企业可挖掘的主要潜力之一。因此，应用设备监测技术，使预知维修取代传统而落后的 事后维修和定期预防维修是历史的必然。 同时，城市排水设备动态监测与分析技术是利用先进的现代检测仪表、数据通讯和 江苏大学工程硕士毕业论文 电脑分析技术，对城市排水系统进行实时动态监测和管理，以最佳效率收集和处理城市 污水，保护城市水资源，整合优化城市排水资源配置。通过排水设备状态动态监测，可 以根据机械设备运行过程中产生的各种信息来判断机械设备是正常运转还是发生了故 障，从而使用有效的技术对设备进行维护、保养等。 国内针对排水系统的分析和管理研究正在逐步展开与深入，特别是对排水设备的动 态监测与管理，尚未形成能够具有普遍适用和动态管理的功能，而且，如何更好的实现 排水企业的信息系统与控制系统的综合集成也是问题的关键。因此，本研究拟开发的城 市排水设备动态监测与管理信息系统具有较高的理论意义和实用价值。 1 2 国内外城市排水设备动态监测与管理信息系统的发展和现状 设备状态监测技术和故障诊断技术，已经作为一门独立的学科，产生于上世纪七十 年代。它是在不断地吸收和借用其它学科的一切可利用的理论和技术成果，尤其是信息 技术的成果而逐步发展起来的。日本的设备监测诊断技术在当前是处于世界领先的地 位。三菱公司根据多年积累的经验和技术，研制了振动健康监测系统v h m 和机器健康 监测系统m h m ，其中一部分已在实际机组上试运行，获得了良好的效果；美、英两国 也是在设备监测诊断技术方面处于世界领先地位的国家。美国西屋公司的移动诊断中 心、b e n t l y 公司的动态数据管理系统( d d m ) 和旋转机械自动诊断系统( a d r e ) 、 s c i e n t i f i c a t l a n t a 公司的m 6 0 0 0 系统、得克萨斯通用电力公司的在线诊断系统及英国中 心发电不得透平监测设备和实验设备监测系统等都是先进的设备监测诊断系统。 在国外城市污水处理和排放管理实践中，s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t a a c q u i s i t i o ns y s t e m s ，监控和数据采集系统) 技术和数值模拟已经成为城市排水在线监 测技术与管理体系的标准设施，s c a d a 系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度管 理的自动化系统，可以有效改善城市排水系统的运行效果，提高排水设旌的经济效益和 社会效益。国外s c a d a 系统技术应用较早，水平也较高，系统功能强大，软硬件的智能 化、标准化程度较高，设备稳定可靠，以d c s 或p l c 系统为基础，采用网络结构配备调 度决策系统，在给排水调度系统中己基本取代入工调度方式。 在国内，8 0 年代中期以后，随着计算机和通信技术的发展，以及国内设备性能、 可靠性和国内软件开发水平的提高，国内多家自来水企业开发了新一代分布式s c a d a 系统。但是针对排水监测技术和管理体系的研究较晚，s c a d a 系统应用在城市排水系统 江苏大学工程硕士毕业论文 时，还未形成系统的城市排水监测技术和管理体系，开发国内的城市排水监测技术和管 理体系具有很强的竞争力，具有良好的产业化前景。 1 3 镇江市城市排水设备动态监测与管理信息系统的发展和现状 镇江市现有的排水设备的维护和管理方式主要采用点检、巡检与定期检修相结合 的方式，对设备故障的检测常用的方法是听声、触摸、观察和经验估计等手段，虽然 也采用了记录压力、温度、电流、电压数据的方法，但总体来说效果不够理想，很难及 时确定故障的性质、原因和发展趋势。通常在正常汛期前对主排水设备进行一次预防 性检查，对水泵进行解体检查和保养( 相当于一次中修) ，最大汛期到来时工作水泵和 备用水泵投入使用，然后定期对检修水泵进行大修。这种对主排水设备的检修模式存在 一些弊病，例如在检修过程中，发现有故障的泵组只占1 0 左右，8 0 9 0 的检修是 过剩维修，对企业的人力、物力造成严重浪费，另外经常拆装水泵，也会降低设备的机 械性能，所以必须改进原有的维修方式。要彻底解决这个问题，建立起采用基于i n t r a n e t 的城市排水设备动态监测与管理信息系统是最有效的方法。 1 4 本文的主要内容和结构安排 本文的主要内容是建立城市排水设备动态监测与管理信息系统，通过先进的设备状 态监测手段，在线实时地监测设备的特征信号，经计算机数据分析处理，识别设备的早 期故障征兆、性能劣化状况，并在故障发生前及性能降低到不允许极限前安排检修。 结构安排：本文共分为六章，第一章绪论，第二章动态监测和管理信息系统开发中 相关技术描述，第三章城市排水设备动态监测与管理系统设计，第四章城市排水设备动 态监测的实现，第五章城市排水设备动态管理信息系统的开发，第六章结论。 江苏大学工程硕士阜业论丈 第二章动态监测和管理信息系统开发中相关技术描述 2 1 概述 系统通过有线方式实现监控中心和各个泵站信息的实时交换传输。目前镇江市可实 时监控泵站状态和监测数年数据的有：江滨、新河桥、迎江路、平政桥、解放路、南水 桥和虹桥港七个泵站。这七个泵站之间通过中国电信镇江分公司提供的数据专线，按照 端到端业务级别协议( l s a ) 实现有保证的服务质量( q o s ) 。同时利用v p n 技术让镇江 泵站之间享有专有网络，可获得相同的安全性、优先级、可靠性和可管理性。基于 e t 胍r t i p 技术的v p n 可以无缝地将网络扩延到各泵站。 在排水管理处和各泵站采用的工控软件是美国w o n d e r w a r e 公司研发的优秀工业监 控软件i 矾o u c h 。 2 2 监控系统 在监控系统的发展初期，由于计算机硬件和软件技术及其产品等方面条件的限制， 监控系统的厂商采用独立开发的路线。软件和硬件、通信规约都由各厂商独立开发，其 主要问题是系统开发成本高，销售价格高，限制了大量推广使用；另外，各系统之间不 能互连互通，系统的可扩展性和可维护性差。 随着微型计算机的普及应用和计算机技术的进步，监控系统厂家的分工日益明确， 有的从事通用软件的开发和生产，如组态软件，有的从事硬件板卡的设计和生产，有的 从事系统的集成。与监控系统相关的技术标准的制定和贯彻实施，推动了监控系统的技 术发展和监控系统产业群的形成。 s c a d a 监控系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度管理的自动化系统。它可 以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以 及各类信号报警等各项功能。s c a d a 系统主要由三部分组成：控制主站、通信系统和远 方终端装置( r t u ) 。s c a d a 系统自诞生之目起就与计算机技术的发展紧密相关，发展至 今已经经历了三代。第一代是基于专用计算机和专用操作系统的s c a d a 系统，这一阶段 始于二十世纪7 0 年代，它是计算机技术运用到s c a d a 系统时开创性阶段：第二代是8 0 4 江苏大学工程硕士毕业论文 年代基于通用计算机的s c a d a 系统，它广泛采用v a x 等应用计算机以及其它通用工作站， 操作系统一般都是通用的u n i x 操作系统：第一代与第二代s c a d a 系统的共同特点是基 于集中式计算机系统，并且系统不具有开放性，因而系统维护，升级以及与其它网络连 接有很大困难，9 0 年代按照开放的原则，基于分布式计算机网络以及关系数据库技术 的能够实现大范围联网的e m s s c a d a 系统称为第三代：以智能化和网络化为标志的第四 代s c a d a 系统的雏形已经出现。这种系统的主要特征是采用因特网技术、自律分布系统 技术、面向对象技术、模糊控制和数据挖掘技术以及j a v a 等技术，实现s c a d a 系统与 其它信息系统的增值集成，实现控制和管理过程的智能化。 s c a d a 系统的应用领域很广，可以应用于电力系统、给排水系统、石油、化工等领 域的数据采集与监视控制及过程控制等诸多领域。由于各个领域对s c a d a 的要求不同， 所以不同应用领域的s c a d a 系统发展也不完全相同。 s c a d a 包含两个层次的含义：一是分布式的数据采集系统，也就是通常所说的下位 机；另一个是数据处理和显示系统，即上位机h m i ( h u m a nn a c h i n ei n t e r f a c e ) 系统。 下位机一般意义上通常指硬件层上的，即各种数据采集设备，如各种r t u 、f t u 、p l c 及各种智能控制设备等等。这些智能采集设备与生产过程和事务管理的设备或仪表相结 合，实时感知设备各种参数的状态，并将这些状态信号转换成数字信号，并通过特定数 字通信网络传递到h m i 系统中。必要的时候，这些智能系统也可以向设备发送控制信号。 上位机h m i 系统在接受这些信息后，以适当的形式如声音、图形、图象等方式显示给用 户，以达到监视的目的，同时数据经过处理后，告知用户设备各种参数的状态( 报警、 正常或报警恢复) ，这些处理后的数据可能会保存到数据库中，也可能通过网络系统传 输到不同的监控平台上，还可能与别的系统( 如m i s ，g i s ) 结合形成功能更加强大的 系统；，h m i 还可以接受操作人员的指示，将控制信号发送到下位机中，以达到控制的目 的。 s c a d a 技术又称计算机系统的4 遥( 遥测、遥控、遥信、遥调) 技术，可以实现数 据的实时采集、传输、处理和报送等作业，必要时还可实现对站点的部分要素进行遥 控的信息自动采集和处理。通过s c a d a 进行实时数据采集和数据传输，在给排水行 业中已经成为了非常成熟的技术。 基于p c 机w i n d o w s 平台的s c a d a 上位机系统是目前发展的趋势，特别是基于 9 5 9 8 n t 2 0 0 0 x p 平台的s c a d a 系统。目前，国际和国内市场上应用比较广泛的s c a d a 江苏大学工程硕士毕业论文 上位机系统有：w o n d w a r e 的i n t o u c h 、西门子公司的w i n c c 、澳大利亚的c i t e c h 、美国 i n t e r l u t i o n 公司的f i x 、r o c k w e l l 的r s v i e w 3 2 、意大利l o g o s y s t e m 的l o g v i e w 等、 国内的组态王、t c g s v 力控等软件，这些系统较好地解决了传统s c a d a 上位机系统的功 能，主要包括如下六个方面： ( 1 ) 数据采集与控制信息发送 提供基于进程间通讯的数据采集方法( 主要表现为开发d d e 服务程序) ，并且已开 发了常用的多种智能数据采集设备的服务程序； ( 2 ) 报警处理 具有多点同时报警处理功能，提供报警信息的显示、登录，部分提供用户应答功熊； ( 3 ) 历史趋势显示与记录 提供基于专用实时数据库的监控点数据的记录、查询和图形曲线显示；同时，针对 管理和控制的需要，这些系统还提供以下工业过程控制和管理中相当有帮助的功能： ( 4 ) 配方管理功能：控制系统按一定的配方完成生产管理； ( 5 ) 网络通讯功能：提供非透明网络通讯机制，可以构筑上位机的分布式监控处理功 能； ( 6 ) 开放系统功能：提供基于d d e 数据交换机制与其它应用程序交换数据，部分提供 o d 8 c 与其它系统数据库系统连接。 w o n d e r w a r e 公司的i n t o u c h ，i n d u s t r i a l s o ls e r v e r 是适用于各行业工业自动化应 用的通用软件系统，在水行业也有非常广泛的应用。如：上海苏州河综合治理污水处理 系统，上海合流污水处理工程，北京酒仙桥污水处理厂，苏州新区污水处理厂。成都污 水处理厂，济南污水处理厂等，以及中国水利南水北调江苏段各泵站及水利枢纽系统和 上海自来水公司及下属各水厂都应用了w o n d e r w a r e 的i n t o u c h 和i n s q ls e r v e r 。镇江 市排水管理处和各泵站也使用了w o n d e r w a r e 公司的i n t o u c h 软件。 2 3 测控端的描述 2 3 1 设备测控的技术和基本原理 设备状态监测是根据机械设备运行过程中产生的各种信息来判断机械设备是正常 运转还是发生了故障，并对其原因和部位进行测试和评价，决定其维护和预防的方法。 6 江苏大学工程硕士毕业论文 设备检测过程中要包括信号采集和处理，信号采集和处理包括把信息转换成电信号输出 的传感器和对电信号进行数据处理的信号处理程序。在本系统中主要有下列传感器组成 的信号源：液位传感器、流量传感器、各泵站主回路电流、主要泵控电机的温度传感 器及泵阀启动开关等二次仪表及执行机构。 2 3 2 信号采集和处理 一、概述 信号采集与处理如图2 1 所示： 次仪表 闭2 1f 二i ；襞镌，避魍 泵站下位机( 二次仪表) 通过p l c 与泵站上位机组态软件系统i n t o u c h 构成了本系 统所要完成的信号采集与处理的过程控制。 二、p l c 简介 可编程控制器( p l c ) 因其可靠性高、编程方便、配置灵活在现代工业控制领域 得到很广泛的应用，由于其独特的设计适应复杂的恶劣环境，随着现代网络技术突飞猛 进的发展，p l c 作为工业控制机网络功能f t 趋强大，无论是简单的网络，还是大型的 网络系统都能很方便的实现，而且为复杂通信网络实现集中数据采集与监控提供了强有 力的软硬件支持。 p l c 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单 7 江苏大学工程硕士毕业论文 等特点。p l c 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法 取代的。 l 、p l c 的构成 p l c 从结构上分，可分为固定式和组合式( 模块式) 两种。固定式p l c 包括c p u 板、f o 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块 式p l c 包括c p u 模块、i o 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照 一定规则组合配置。 2 、i o 模块 p l c 与电气回路的接口，是通过输入输出部分( i o ) 完成的。i o 模块集成了p l c 的i o 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块 将电信号变换成数字信号进入p l c 系统，输出模块相反。i o 分为开关量输入( d i ) ， 开关量输出( d 0 ) ，模拟量输入( a i ) ，模拟量输出( a 0 ) 等模块。 开关量是指只有开和关( 或l 和o ) 两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。 常用的i 0 分类如下： ( 1 ) 开关量：按电压水平分，有2 2 0 v a c 、1 1 0 v a c 、2 4 v d c ，按隔离方式分，有继电 器隔离和晶体管隔离。 ( 2 ) 模拟量：按信号类型分，有电流型( 4 2 0 m a ，0 2 0 m a ) 、电压型( o 1 0 v , o 5 v , 1 0 1 0 v ) 等，按精度分，有1 2 b i t , 1 4 b i t ，1 6 b i t 等。 除了上述通用i o 外，还有特殊1 0 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按i o 点数确定模块规格及数量，i o 模块可多可少，但其最大数受c p u 所能管理 的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 3 、p l c 的通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络 在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出”网络就是控制器”的观点 说法。 p l c 具有通信联网的功能，它使p l c 与p l c 之阃、p l c 与上位计算机以及其他 智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数p l c 具 有r s 2 3 2 接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。 对于一个自动化工程( 特别是中大规模控制系统) 来讲，选择网络非常重要的。首先， 8 江苏大学工程硕士毕业论文 网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网 络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在深入了解网络标准的协议、机制的 前提下进行；再次，综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确 定不同层次所使用的网络标准。 三、工控组态软件i n t o u c h 简介 组态一词来源于英文单词c o n f i g u r a t i o n ，“组态软件”作为一个专业术语，到目前 为止，并没有一个统一的定义。从组态软件的内涵上说，组态软件是指在软件领域内操 作人员根据应用对象及控制任务的要求，配置( 包括对象的定义、制作和编辑，对象状 态特征属性参数的设定等) 用户应用软件的过程，也就是把组态软件视为“应用程序生 成器”。从应用角度讲，组态软件是完成系统硬件与软件沟通、建立现场与监控层沟通 的人机界面的软件平台，它的应用领域不仅仅局限于工业自动化领域，伴随着集散型控 制系统d c s ( d i s t r i b u t e dc o n o ls y s t e m ) 的出现组态软件已引入工业控制系统。在工业 过程控制系统中存在着两大类可交因素：一是操作人员需求的变化；二是被控对象状态 的变化及被控对象所用硬件的变化。而组态软件正是在保持软件平台执行代码不变的基 础上通过改变软件配置信息( 包括图形文件、硬件配置文件、实时数据库等) ，适应两大 不同系统对两大因素的要求，构建新的监控系统的平台软件。以这种方式构建系统既提 高了系统的成套速度，又保证了系统软件的成熟性和可靠性，使用起来方便灵活，而且便 于修改和维护如图2 2 。 叫 机舜面 l 最终用户， 图2 2 组态软件的功能示意图 各类组态软件从总体结构上看一般都是由系统开发环境( 或称组态环境) 与系统运 行环境两大部分组成的。系统开发环境是自动化工程设计师为实施其控制方案，在组态 软件的支持下进行应用程序的系统生成工作所必须依赖的工作环境，通过建立一系列用 9 江苏大学工程硕士毕业论文 户数据文件，生成最终的图形目标应用系统，供系统运行环境运行时使用。系统运行环 境是将目标应用程序装入计算机内存并投入实时运行时使用的，是直接针对现场操作使 用的。系统开发环境和系统运行环境之间的纽带是实时数据库，它们三者之间的关系如 图2 3 所示： 工况葫匿訇蓬 开 焉 工蕊懂荆跫嚣 爱殍静j 哆件。 黔 遥 工嚣 坦蚝控露j 挎警军筑疆磊 发 = ： 移 幸亍 曼警* 言窟曼示， i 裘曲；强卷 环 据 环 馒蓑瞄咎打e d 、 境境 0 章备组瑟； 匿 i n 爱罾踌应 图2 3 组态软件的组成结构不惹图 本系统具体的工控软件部分采用的是美国w o n d e r w a r e 公司推出的世界上第一个 工控组态软件优秀工业监控软件i n t o u c h 。信息管理系统使用的是该公司的工业数 据库平台i n d u s t r i a l s q ls e r v e r ，两者能完全无缝集成，使监控系统能向信息管理系统 提供完整的实时数据。下面简单介绍其各子系统如下： w o n d e r w a r e i n t o u c h 8 0 是用于工业自动化、过程控制和管理监视的一个强大的 图形人机界面( h m i ) 软件。其强大的数据库接口功能可方便地将各泵站上传的数据移 植到目前准备开发的污水泵站信息管理系统中，大大提高工作效率，且保证数据的准确 性，并可与镇江市污水处理厂联网使用，在该系统软件上需要进行二次软件开发，从而 实现图形化界面的中控软件系统，通过数字化大屏可将各泵站数字仪表显示及各设备运 行情况极其直观地显示出来，同时二次开发的控制软件系统的数据库接口可方便地为办 公自动化信息系统软件提供适时有效的原始数据。 i n d u s t r i a l s q ls e r v e r t m 是全球效率最高、成本最低的用于工厂的实时关系型数 据库之一。它为工厂提高产品质量与生产效率提供正确的信息。 i n d u s t r i a l s q ls e r v e r 是对m i c r o s o f ts o ls e r v e r t m 的扩充，它以高速获取工 厂数据，减少数据储存空间，并将工厂数据与事件、摘要、生产及配置数据集成在一起。 f a c t o r y s u i t e t m 数据库服务器利用开放及灵活的m i c r o s o f t 平台，真正地将办公 室与工厂现场连接起来。生产人员可使用w o n d e r w a r e 工具或数以百计的前端软件包， 来监视、分析及报告其生产过程。 i n t o u c hh m i 为用户提供了今天的h m i 和监控应用所需的能力和通用性。 w o n d e r w a r e 在研究与开发中进行了大量投入，确保为用户提供新型的、强大的、创新 1 0 江苏大学工程硕士毕业论文 产品。使得各类用户可以把他们的精力集中于业务的运转方面，而让工程师可以利用最 新的软件技术。i n t o u c h8 0 具有三个不同的功能版本和多种配置模型，使各类用户能 够降低他们的软件购买和维护开支，同时获得更高的投资回报。i n t o u c h 软件为用户 提供了一个通用的开发环境和一个灵活的体系结构，使用户可以为任何自动化应用场合 建立灵活的应用。 i n t o u c h 软件适合于部署在独立机械中、在分布式的服务器客户机体系结构中、 在利用f a c t o r y s u i t e 工业应用服务器的应用中，也可以作为使用终端业务的瘦客户机 应用。i n t o u c h 也还是实现了微软公司的“支持w i n d o w s x p ”认证的第一个h m i 产品。 可以从工作站、个人数字助理( p d a ) 和浏览器观看显示内容。 i n t o u c h 软件采用了叫做q u i c ks c r i p t 的强大的易于使用和部署的脚本引擎。 i n d u s t r i a la p p l i c a t i o ns e r v e r 采用了q u i c ks c r i p t 的扩展，称作q u i c ks c r i p t n e t 。 在i n t o u c h 的q u i c ks c r i p t 中，v b 中生成的d 1 1 , - i 以被调用。在i a s 中，v i s u a lb a s i c 脚 本通过v b n e t 的使用来支持。 h m i 软件的脚本和客户应用开发中支持a c t i v e x ) 支持a u t o c a d 图形的导入，可作 为b m p 直接导入或者通过第三方软件包；i n t o u c h 能够直接导入的图形元素还 有j p g ，j p e g ，b m p ，p c x 和t g a 。 2 4 软件描述 2 4 1a s p n e t 的简介 a s p n e t 是由活动服务器页面发展而来。a s p n e t 利用c o m m o nl a n g u a g er u n t i m e 和 服务框架网络应用程序提供了一个可靠的、自动化的、可扩展的主机环境。 a s p n e t 的核心是h t t p 运行语言，h t t p 运行语言是多线程的，并异步处理请求， 因此劣质的应用程序代码阻碍不了它对新请求的处理。而且h t t p 运行语言假定失败必 会发生，因此它被控制为尽最大力量自动地从访问冲突、内存泄漏、死锁等事故中恢复 过来。除非是硬件故障，运行语言的目标是1 0 0 的可靠性。 a s p n e t 使用基于构件的m i c r o s f t n e t 框架配制模板，因此它获得了如x c o p y 配 制、构件并行配制、基于x m l 配制等优点。a s p n e t 另一个主要优点是，它支持应用程 序的实时更新。管理员不必关掉网络服务器或者甚至不用停止应用程序的运行就可以更 新应用文件。应用程序文件永远不会被加锁，因此甚至在程序运行时文件就可以被覆盖。 江苏大学工程硕士毕业论丈 当文件更新后，系统会温和地转换到新的版本。系统检测文件变化，并用新的应用程序 代码建立一个新的应用程序实例，然后将引入的请求路由到应用程序。当所有被现存的 应用程序实例处理的请求全部完成后，该实例就被销毁了。 在应用程序中，h t t p 请求是通过h t t p 模块的一个管道路由的，这种管道结构使得 为应用程序增加服务非常方便：它只需补充一个h t t p 模块。一个应用程序能链接多个 请求处理程亭一每个处理程序一个u r l ，但是所有的h t t p 请求都通过同样的管道路 由。 a s p n e t 增强了由a s p 引入的状态管理服务，以便为网络应用程序提供三种类型的 状态：应用程序、会话、用户。会话状态是特定于一个用户与应用程序间的会话的。与 a s p 会话状态不同，a s p n e t 会话状态储存在一个独立的过程中，并且可把它配制成可 以储存到一个独立的机器上。因此当应用程序在网络群( w e bf a r m ) 扩展时会话状态就 非常有用。用户状态类似于会话状态，但通常它不会超时，并且是永久性的。因此，用 户状态当储存用户参数和其它个性化的信息时是很有用的。所有状态管理服务都被实现 为h t t p 模块，因此它们容易增加到应用程序管道中，或从中删除。如果除了由a s p n e t 提供的服务外，还需要额外的状态管理服务，那么可由第三方的模块提供。 a s p n e t 同样提供高速缓冲服务，以改善性能。输出缓冲可完全节省网页翻译，段 缓冲储存部分的网页。由于提供了相应的类，所以只要需要，应用程序、h t t p 模块以 及请求处理程序可以在高速缓存中储存任意数量的对象。 a s p n e t 是n e t 框架中的一层，它为特定类型文件处理w e b 请求，即为那些扩展名 为a s p x 和a c s x 的文件处理w e b 请求。a s p n e t 引擎提供用来创建动态内容的健壮的 数据模型，同n e t 框架松散的集成在一起，由于这种松散的集成，很容易实现n e t 框 架向非w f n d o w s 平台迁移。 a s p n e t 是n e t 框架的一部分，它在任何安装该框架的地方都可以使用。a s p 不再 是一个附加部分，而成为标准配置。a s p n e t 在一个组装中实现，组装中含有完成预定 的特殊任务的类和对象。 a s p n e t 程序是集中在一个或者多个w e b 服务器上运行的，它是统一的w e b 开发 平台，用来提供开发人员生成企业级w e b 应用程序所需的服务。a s e n e t 的语法在 很大程度上与a s p 兼容，同时它还提供一种新的编程模型和结构，用于生成更安全、 可伸缩和稳定的应用程序。可以通过在现有a s p 应用程序中逐渐添加a s e n e t 功 能，随时增强该a s p 应用程序的功能。 1 2 江苏大学工程硕士毕业论文 a s p n e t 是一个已编译的、基于n e t 的环境，可以用任何与n e t 兼容的语言( 包 括v i s u a lb a s i c n e t 、c # 和j s c r i p t n e t ) 创作应用程序。另外，任何a s p n e t 应 用程序都可以使用整个n e tf r a m e w o r k 。开发人员可以方便地获得这些技术的优点， 其中包括托管的公共语言运行库环境、类型安全、继承等等。 a s p n e t 可以无缝地与w y s i w y gh t b i l 编辑器和其他编程工具( 包括m i c r o s o f t v i s u a ls t u d i o n e t ) 一起工作。这不仅使得w e b 开发更加方便，而且还能提供这些 工具必须提供的所有优点，包括开发人员可以用来将服务器控件拖放到w e b 页的g u i 和完全集成的调试支持。 当创建a s p n e t 应用程序时，开发人员可以使用w e b 窗体或x m l w e bs e r v i c e s ， 或以他们认为合适的任何方式进行组合。每个功能都能得到同一结构的支持，使您能够 使用身份验证方案，缓存经常使用的数据，或者对应用程序的配置进行自定义，这里只 是列出几种可能性而已。 2 4 2 动态数据交换d d e 简介 动态数据交换( d y n a m i cd a t ae x c h a n g e ) 简称为d d e ，是在w i n d o w s 操作系统中 不同程序之间进行数据交换的一种标准。这项标准可以让你的程序自动接收别的应用程 序传过来的数据，传送端的数据有任何变化，接收端都可以自动更新。同样，你的应用 程序也可以传送数据给别的应用程序。绝大部分的商品化的组态软件，如i n t o u c h 等， 都支持采用d d e 的方式与控制设备进行通讯。 大部分的硬件设备也都配有相应的d d e 驱动程序，或有由第三方开发的商业软件。 利用d d e 技术可以很方便的将数据采集卡和模块采集的现场数据读取到v b 程序中进行 处理。并且实现简单，只需要很少的语句。由于与硬件设备的通讯是由d d e 驱动程序完 成，而d d e 驱动程序与v b 之间的通讯是采用标准的通讯协议，所以如果所使用的硬件 发生了变化，则只需要改变相应的d d e 驱动程序就可以了，而不需要修改v b 编写的控 制程序，从而增加了程序的通用性和灵活性。 d d e 是进程间通讯的方法。进程间通讯( i p c ) 包括