污水处理厂的自动监控系统是确保正常运行的重要部分，自动监控系统被喻为操作人员的眼睛。一个好的自动监控系统可以使操作人员不用到现场就能对全厂 设备及工艺的运行情况了如指掌，很大从程度上减轻了操作人员的工作量。但是污水处理厂的建设是随着城市的扩张而逐渐扩建，最终满足城市的发展需要。在建设 过程中早期建设的自动监控系统与之后扩建工程的自动监控系统如何进行整合，从而节约人力、物力等资源，是一个不可避免的问题。

南宁琅东污水处理厂是一所现代化城市市政污水处理厂，整个建设项目分为三期进行，目前已经完成了一期、二期工程建设，并已投入运行，而三期工程正在 紧张的筹备当中。由于工程建设的时间差距较大，因此已经建成投入使用的琅东污水处理厂一期、二期工程的自控系统是两个独立的系统，分别有各自的PLC控制站、光纤网络及中控室，这就给生产管理带来诸多不便，因此我们实施了一、二期的监控系统整合工作，整合后的系统实现了一、二期系统生产调度的统一化、生产数据管理的统一化、生产报表的统一化，从而方便了污水处理厂的生产调度和管理。

系统整合前状态描述

一期工程处理系统为十多年前从国外引进的技术和设备，其中自控系统中的PLC采用的是施耐德公司上世纪90年代后的产品，以Wonderware的InTouch作为中控监控软件，而厂区网络为以太网，但是传输介质却为同轴网，该系统运行可靠稳定。以太网同轴网络由于其避雷性能差、而且同轴网络上专用的收发器在市场上已经无法采购到，因此已于2004年改换为光纤网络。

二期工程处理系统选择我国自行设计的系统，部分设备从国外进口，其中自控系统中PLC主站采用的是施耐德公司QUANTUM系列的产品，以GE的iFix作 为中控的监控软件，厂区网络为光纤以太网。二期工程系统建成后，两个系统功能完备，但却自成一体，相互间无法兼容，无法实现生产数据的统一管理，生产报表 统一的生成，难以满足国家对污水处理厂生产过程的检查。经过多方调研、和多方论证，我们决定实施一期、二期系统的整合工作。

系统整合过程

监控系统整合原则

实用性：以解决现实问题为主，坚持为经营管理服务，为生产建设服务；

先进性：采用成熟的技术，兼顾未来的发展趋势，量力而行，适当超前，并留有发展余地；

可靠性：确保系统可靠运行，在关键部分应有安全和容错措施；

可扩展性：系统便于扩展，以保护前期投资的有效性和后续投资的连续性；

经济性：以节约成本为基本出发点，建立一个运行可靠、满足公司实际需求的监控系统；

易用性：系统操作简便、直观，便于生产操作人员的使用；

可管理性：系统从设计、器件、设备等的选型都必须考虑到系统的可管理性和可维护性；

开放性：采用符合国际标准的产品，保证系统具有开放性特点；

连续性：采用符合国际标准的产品，保证系统具有开放性特点。

自动监控系统整合方案

一、二期自动监控系统整合工作包括网络链路合并、电脑硬件合并及监控软件合并。一、二期合并后的监控系统将设置二期的中控室内，在整合工作过程中，需要兼顾污水处理厂正常运行的需要。

1.网络链路合并

一期中控室与二期中控室不在同一个构筑物内，一、二期中控室相差距离较远，且要跨过一条厂外市政道路，一期的网络链路需要增设光纤才能将其引入二期中控室内，在敷设光纤的同时也将一期闭路电视监控系统的信号同时考虑，通过新增的光纤链路将一期各个主PLC站的网络信号及一期闭路电视信号分别接入二期中控室内的生产监控系统的交换机中和视频服务器中，至此链路的整合工作完成。在链路整合过程中，不同的链路段采用不同型号的光纤，以满足数据传输的需要。

2.监控软件合并

目前用于工业监控系统的软件平台种类繁多，监控软件的选择就成了令人头痛的事情，考虑到实际需要以及使用经验，在监控软件配置与选型需要考虑以下方面（系统结构如图1所示）：

监控软件平台必须具有相当的先进性，在未来几年中，不需升级，并可以得到良好的技术支持，以迎接三期系统的介入。

系统的开放性及兼容性要十分过硬，由于原有的两套系统均拥有自己的数据库，无法互相兼容，给生产管理带来了很大的不便。所以，在此次整合中，选择的 监控软件所使用的数据库应该是通用数据库，从而解决数据存储的问题。而未来的三期工程，尚不能确定要使用网路类型，这就使得数据采集成为了一个未知数，为 了能够适应三期工程的需要，预留三期的通信接口，因此我们采用了OPC的客户端服务器作为与一、二、三期的数据接口。OPC（OLE for Process Control，用于过程控制的OLE）是一个工业标准，是基于微软的OLE（现在的Active X）、COM（部件对象模型）和DCOM（分布式部件对象模型）技术。OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。OPC的出现为基于Windows的 应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。过去，为了存取现场设备的数据信息，每一个应用软件开发商都需要编写专用的接口函数。由于现场设备的种类繁多，产 品的不断升级，给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担。系统集成商和开发商急切地需要一种具有高效性、可靠性、开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动 程序。于是OPC标准应运而生。OPC标准以微软公司的OLE技术为基础，它的制定是通过提供一套标准的OLE/COM接口完成的，在OPC技术中使用的是OLE 2技术，OLE标准允许多台微机之间交换文档、图形等对象。OPC采用客户/服务器模式，把开发访问接口的任务放在硬件生产厂家或第三方厂家，以OPC服务器的形式提供给用户，解决了软、硬件厂商的矛盾，完成了系统的集成，提高了系统的开放性和可互操作性。OPC现已成为工业界系统互联的缺省方案，为工业监控编程带来了便利，用户不用为通信协议的难题而苦恼。OPC是为了连接数据源（OPC服务器）和数据的使用者（OPC应用程序）之间的软件接口标准。数据源可以是PLC、DCS、条形码读取器等控制设备。随控制系统构成的不同，作为数据源的OPC服务器即可以是和OPC应用程序在同一台计算机上运行的本地OPC服务器，也可以是在另外的计算机上运行的远程OPC服务器。OPC接口既可以适用于通过网络把最下层的控制设备的原始数据提供给作为数据的使用者（OPC应用程序）的HMI／SCADA，批处理等自动化程序，以至更上层的历史数据库等应用程序，也可以适用于应用程序和物理设备的直接连接。所以OPC接口是适用于很多系统的具有高厚度柔软性的接口标准。

图 1 系统结构

此外，合并后的监控系统也将成为琅东污水处理厂生产管理中心，监控系统的可靠性和安全性是整个生产系统安全性和可靠性的保障。为了提高监控系统的可 靠性，根据监控系统的结构和形式的不同，可采纳不同形式的冗余方式，其中包括电源冗余、控制器冗余、通信冗余、应用软件的安全及冗余等方式。通常计算机监 控系统的可靠性主要是与平均无故障时间（MTBF），平均停运时间（MDT）、平均检修时间（MTTR）及系统可利用率等几个性能指标有关，目前对监控系 统通常采用多种在线冗余方式，以保证监控系统的连续、安全运行。在这里通信链路的冗余已经通过光纤环网的方式实现了，因此我们做了计算机系统的热备冗余即 在线冗余，即硬件设备冗余、软件系统冗余、数据采集冗余，这种计算机冗余系统已经被广泛应用在水处理、污水处理的SCADA系统中。

在监控系统中设置了两套服务器，并在两套服务器中安装了相同的软件系统，其中包括数据采集软件—OPCServer、数据库软件—SQLServer、组态软件—Genesis64及为琅东污水处理厂专门定制的报表管理软件。每套服务器均可直接从现场PLC实 时采集数据，并将数据进行存储。如果其中一台服务器发生故障停机或死机，停止数据的采集或数据存储后，另外一台服务器仍可进行数据的采集和存储，当故障的 服务器恢复运行后，其故障期间的数据可从另外一台服务器中恢复，从而实现热备冗余的功能，保证服务器对整个生产过程的不间断监控。两套服务器是整个系统中 的服务器端，我们还配置了若干客户机构成了客户端—服务器结构系统（Client/Server），简称C/S结构，这是一种软件系统体系结构，由美国Borland公司最早研发，目前最流行的两大主流软件体系结构之一，另一个是美国微软公司研发的浏览器—服务器（Browser/Server，B/S）结构。服务器端一般使用高性能的计算机，并配合Oracle、Sybase等大型数据库，客户端需要安装配套的客户端软件。在系统中，我们实现了具有冗余功能的Client/Server结构，系统中配置了两套互为冗余的服务器和5个 客户端计算机，每个客户端计算机可以作为客户机登录任意一台服务器，如果一台客户端计算机出现故障，那么网络上其他普通的计算机通过简单的登陆操作，成为 一台监控计算机。如果一台服务器出现故障或停机，客户机可登录运行另外一台服务器，数据的采集和设备监控等功能不会中断，生产数据将能够被完整地记录下 来。

应该具有开放的数据采集接口，开放的数据库系统，以便于使用开放软件平台实现数据报表的生成、查询、打印等功能。所有的监控软件均提供历史数据查询 的功能，通过趋势图的方式显示历史数据，并可以在趋势图中提取某一时刻的数据，但是却无法将数据用报表的形式呈现出来。因此，我们采用VB编制了适用于污水厂生产管理使用的报表工具，实现生产报表的统一管理，即一、二期的生产数据存放在同一个数据库中，通过同一个报表工具实现报表的生成、查询及打印。我们的报表系统分三套报表，即为日报、月报及年报，报表的数据来自SQL数据库服务器，报表软件从数据库中提取数据，并以日报、月报及年报的报表形式提供给管理人员进行数据分析，管理人员和操作人员可随时进行报表的查询和打印，无需人工抄表，SQL数据库中的数据及报表数据均不可人为修改。

3. 监控软件的选择

当前的硬件系统和软件正在发生着革命性的变革，WinXP已经淘汰，32位计算机即将被64位系统所取代，因此我们在进行硬件配置和软件配置时，必须考虑选择技术先进的系统。因此，我们选择的监控软件是专门针对微软的Windows® Vista™和Windows Server 2008设计开发的最新一代监控组态软件，该监控软件平台充分利用了AMD和Intel的64位技术，集中了64-位、多核心、多处理器计算技术，引进64-位Microsoft操作系统和64-位核心应用程序的要求，是新一代动态三维立体HMI/SCADA企业可视化解决方案。它还利用先进的图形硬件加速技术，利用多元化的2D和3D功能，提供多样化的实时数据，为操作人员带来更形象化的监控效果。另外，这套自动化套装还包括了多种解决方案用以用户连接工厂底层到企业级的管理系统。完全利用最底层为基础的OPC-UA和.NET程序代码和SharePoint® 技术，它允许工厂操作人员和IT专业人员将实时制造业和商务信息整合到一个Web-Enabled的可视化仪表板之中。

4.系统画面的表现

按照常规，系统通常包括：一期部分（一期厂区总平面、原水泵站工艺图、初沉池工艺图、生物池工艺图、鼓风机系统工艺图、二沉池工艺图、污泥脱水工艺 图、紫外消毒工艺图）；二期部分（二期厂区总平面、原水泵站工艺图、氧化沟工艺系统图、鼓风机系统工艺图、二沉池工艺图、污泥脱水系统图、紫外消毒系统 图）。通常由于污水处理工艺较为复杂，平面图不能清晰的反应工艺设备之间的工艺关系及运行状态，因此我们采用了3D方式来处理画面，3D画面上的各个设备均按照实际安装的位置和工艺关系摆放，并可通过鼠标的点击进行放大，操作人员可从任何角度查看设备的运行状态。虽然画面制作复杂，但却方便了操作人员对整个生产过程的监控，大大提高了操作人员的工作效率。

一、二期系统的整合工作，目前已基本完成，从当前的运行效果看，已经解决了原有的问题，而且由于采用了冗余系统，从而大大提高了监控系统的安全性和可靠性。

本文作者就职于广西绿城水务股份有限公司埌东污水处理厂。