基于PLC的供水管网SCADA系统的研究(毕业论文) 85页

'工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究 广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明学位论文原创性声明本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。论文作者签名：年月日学位论文使用授权说明本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容；按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。请选择发布时间：□即时发布□解密后发布（保密论文需注明，并在解密后遵守此规定）论文作者签名：导师签名：年月日 基于PLC的供水管网SCADA系统的研究摘要SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition，监控与数据采集）系统是集计算机技术、通信技术、自动控制技术为一体的现代信息技术，具有遥信、遥测、遥控、遥调功能，它能够有效地提高生产效率。近年来已被广泛地应用于我国的各个领域，尤其是工业生产领域。随着城镇人口的增多，传统的水生产管理方法已经无法满足人民生活和工业生产的用水需求，若在供水管网中采用SCADA系统则可以提高供水公司日常生产的管理水平，有效合理地利用水资源，满足城镇用水需求。目前，我国大多数中小城市的供水公司已经建成了各自的供水监控系统，并取得较好的效果。本课题以玉林市供水公司为背景，针对该公司的实际情况以及需求，设计并构建了一个基于PLC的供水管网SCADA系统。该系统由主站系统、现场控制系统和通信系统三部分组成。主站系统通过远程终端设备RTU以及GPRS网络，能够有效地对供水管网水压进行实时监测，并能够为管理人员进行科学调度水资源提供可靠方案。现场控制系统则采用德国西门子公司的S7系列PLC来构建，它能够监测该供水公司的整个自来水处理过程，并根据工艺要求对电气设备进行自动化控制。通讯系统采用因特网、GPRS无线网络、现场控制总线等多种通讯方式实现数据信息的传输。本论文讨论的设计方案及实施步骤，对玉林市自来水公司以及其他供水公司建立供水管网SCADA系统具有一定的参考价值。关键词：供水管网SCADA系统PLC17 ReserchofWaterSupplyNetworkSCADASystemBasedonPLCABSTRACTSCADA（SupervisoryControlAndAcquisition）Systemisanewinformationtechnology，whichissupportedbycomputertechnology，communicationtechnologyandautocontroltechnology.Withtheuseoftelecommand,telemetering，telecontrolandteleadjustingtechnology，theSCADASystermcaneffectivelyimprovetheproductionefficiency.Soinrencentyears，SCADASystermhasbeenwidelyappliedinmanyfieldsofourcountry，especiallytheindustialproductionfield.Alongwiththeincreasingofpopulationinthecity，thetraditionalwatersupplysystemhasfaildtomeetthedemandsofthepeopleandthefactories.IftheSCADASystemisusedinwatersupplynetwork，itcanimprovethemanagementlevelandsatisfythedemandsofwater.ThispaperistalkingabouthowtobuildaSCADASystemintheyulincitywatersupplycompany.Itcontainsthreeparts，whichisthemasterstationsystem，thePLCcontrolsystemandthecomunicationsystem.Thefirstismasterstationsystem，itcangettheinformationofthewaternetworkthroughRTUandGPRSnetwork，anditalsocanhelpthemanagermakingtherightdecitionsofwatersupply.ThesecondisPLCcontrolsystem，itletthemanagerknowsthewholewaterproductionprocessdirectlyandvividly，anditalsocancontroltheequipmentautomaticallybyPLC.Thelastiscomunicationsystem，itcontains17 theInternet，GPRSwirelessnetworkandprofibus，itcanhelpthesystemtotransmitinformation.Thedesignschemeproposeinthisthesishasreferencevalueforyulincitywartersupplycompany.Keyword：WarterSupplyNetworkSCADAsystemPLC17 目录摘要IABSTRACTII第一章绪论11.1项目的背景及意义11.2研究现状与发展趋势21.3本文研究的主要内容3第二章供水管网SCADA系统的设计42.1供水管网SCADA系统的设计与开发步骤42.1.1供水公司的需求分析52.1.2管理信息分析72.1.3系统性能分析82.1.4系统的开发步骤92.2供水管网SCADA系统的架构设计102.2.1SCADA系统的构成102.2.2SCADA系统的主站系统设计112.2.3SCADA系统的现场控制系统设计122.2.4SCADA系统的通信系统设计132.2.5SCADA系统的远程终端单元系统设计132.3本章小结14第三章供水管网SCADA主站系统的实现153.1SCADA主站系统硬件构成及实现153.2SCADA系统软件构成及实现173.2.1开发工具的选用与介绍173.2.2系统软件的构建与实现183.2.3系统专业名词解释233.2.4系统界面与功能描述233.3SCADA系统软件的上层应用283.4本章小结3017 第四章供水管网SCADA现场控制系统的实现314.1软件简介及设备选型314.1.1STEP7编程软件简介314.1.2“KINGVIEW组态王”软件简介324.1.3设备选型324.2PLC控制站功能的实现334.2.1供水管网PLC控制站系统334.2.2取水泵房控制分站的实现414.3本章小结51第五章供水管网SCADA通信系统的实现525.1有线通信系统的实现525.1.1现场总线技术525.1.2过程现场总线PROFIBUS535.1.3INTERNET网络技术535.2无线通信系统的实现535.2.1通信方式的分类及选择545.2.2GPRS无线通信方式555.3通信协议595.3.1过程现场总线Profibus通信协议595.3.2TCP/IP协议595.4本章小结59第六章总结及展望606.1总结606.2展望60参考文献1致谢4攻读学位期间发表的学术论文517 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究第一章绪论1.1项目的背景及意义随着社会经济的迅速发展以及人口的日益增加，目前我国水资源的供需矛盾日益凸显。据对全国640个城市的调查研究表明，我国每年缺水的城市高达300多个，其中严重缺水的城市达114个，日缺水1600万吨，每年因缺水造成的直接经济损失高达2000亿元。2002年，我国城市人口约4.8亿，实际人均用水约为96m3，按照人均每年120m3的标准，城市总缺水量为90亿m3。当前，我国可利用的水资源总量为2800亿m3，人均占有量不足2200m3，是世界人均水平的1/4，是世界上13个最缺水的国家之一，随着经济的快速发展，城市缺水情况更为严重，解决水资源供需问题已经迫在眉睫[1][2]。近几年，国内许多大中城市的供水公司纷纷投入大量资金建立现代化信息管理系统，例如供水管网SCADA系统，以提高供配水管理水平、缓解水资源的供需矛盾，达到高效合理利用水资源的目的，现已初见成效。今后，城市供水公司将会继续加大科技投入，利用科学技术改善水资源管理制度，以合理调度水资源，从源头上缓解我国水资源的供需矛盾。SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系统，也称为监控与数据采集系统，它是专用于生产过程监控与调度的自动控制系统，它不仅具有监测生产现场各类数据信息及监控生产现场设备的功能，还具有监控供水管网和优化生产调度系统的功能，若将SCADA系统应用于供水管网，则可以高效地解决水资源的供需问题。基于SCADA的供水管网系统既能够实时监测与分析供配水全过程主要设备的运行情况和运行参数，还能够辅助给水调度人员及时掌握水资源、各净水厂送水量、配水管网特征点的运行状态，并提出调度控制依据或实施参考方案，管理人员可以根据预定配水需求计划方案进行生产调度，可以大幅度提高供配水效率。鉴于SCADA系统所具有的独特优势，目前，国内大中型城市供水公司已经普遍采用SCADA系统管理供水管网和生产现场。本人在该项目中主要负责SCADA现场控制系统中的取水泵房控制分站的设计与实施工作，该部分的工作内容包括对该控制站点进行需求分析、制定电气控制方案、配置PLC硬件设备、分配I/O地址、设计电气线路、根据控制要求设计和调试PLC程序、制作控制站点组态软件、现场安装与调试和整理技术文件。取水泵房控制分站建设完成后，系统在试运行阶段工作稳定可靠，能够满足用户要求。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究1.2研究现状与发展趋势[3][4]上世纪初，许多发达国家将自动化控制技术广泛应用于工业生产领域后，大大加快了本国的工业生产效率，并取得了巨大的经济效益。面对发达国家取得的巨大成果，我国意识到传统的生产制造方式会阻碍经济的发展，因此80年代初，国内在工业生产领域中引进了国外先进的自动化控制技术，同时开始自主研发该项技术，经过多年的研究与实践，国内的自动化控制技术已日渐成熟，近年来，我国各工业生产领域已经逐步采用国内自主研发的自动化控制系统，并取得了较好的成效。虽然国内自动化控制技术已经成熟，但由于我国各区域经济发展的不平衡，目前各城镇的供配水和生产自动化水平仍存在较大的差异，有的水厂自动化程度很高，有的水厂自动化程度较低，即便有一部分水厂已经采用自动化控制系统，但是仍存在一些不足之处，具体如下：（1）资金问题是困扰许多水厂不能一步到位地建设自动化控制系统，只能够逐步建设和完善系统，因此在同一个水厂会存在不同类型和等级的控制系统及控制方式，便造成系统兼容性差、维护难等问题；（2）过去大部分水厂都采用进口的智能检测仪表，但由于售后服务缺失，存在仪表安装与维护困难的问题，若在使用过程中出现故障，经常无法修复，最终设备闲置，造成水厂的经济损失；（3）控制系统的监控及通信功能不稳定，导致系统无法真正有效地提高生产效率；（4）自来水生产工艺较为复杂，容易受到气候、季节、地域等外界因素的影响，例如，要准确地控制投药量，不仅需要合理的控制算法，还需要长期观测该地区的水浊度变化情况，要合理地调度水资源，则应建立有效的供配水管网系统数学模型。提高供水公司的生产效率，需要建立一套具有良好的开放性、兼容性以及实用性的供水综合自动化控制系统，这是未来的发展趋势。该综合系统一般包括企业生产过程的SCADA系统、企业现代化管理系统、网络自动抄表收费系统以及供配水管网数学模型系统，其中企业生产过程的SCADA系统是其他系统建立的基础。近几年，我国在供水管网中采用计算机技术、PLC监控技术、智能化仪表以及通讯技术建立的SCADA系统已经取得较好的成效，它具有较好的稳定性、开放性以及实用性。尤其是目前在工业控制系统中，广泛采用的模块化设计理念和现场总线控制技术，能够为用户构建具有良好的开放性及兼容性的SCADA系统，彻底解决系统不兼容的问题，最终帮助供水公司实现逐步投入资金以构建和完善SCADA系统的梦想。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究1.3本文研究的主要内容本文研究的主要内容是：如何根据玉林市供水公司对SCADA系统的要求及投入经费预算，设计和构建一套经济适用的供水管网SCADA系统。承建方根据该公司的供配水和自来水生产工艺流程要求，提出了一套系统的设计方案，在工程实施过程中，不断地修改和完善该方案，最终为用户成功地构建了一个供水管网SCADA系统。论文以该工程项目为案例，用六个章节详细描述供水管网SCADA系统的设计与实现，以供其他公司参考，各章节内容如下：第一章：绪论本章主要介绍项目设立的背景、意义以及本人在该项目中所担任的工作，并简单分析了我国目前供水系统存在的问题以及今后的发展趋势；第二章：供水管网SCADA系统的设计本章主要介绍了玉林市供水公司对SCADA系统的要求，并根据需求设计了供水管网SCADA系统的架构，其中包括主站系统、现场控制系统、通信系统、远程终端单元系统的架构设计方案，它为系统的实现构建了一个初步的框架。第三章：供水管网SCADA主站系统的实现本章主要介绍了SCADA主站系统构建的具体方案以及实施步骤，其内容包括主站系统硬件的构成及实现、主站系统软件的设计与实现、系统软件功能简介、系统软件的界面展示与说明等内容。第四章：供水管网SCADA现场控制系统的实现本章主要介绍了现场控制系统中各PLC控制分站的功能以及构建方案等，虽然各分站的控制要求不同，但是其设计与实现方式基本相同，因此本章以取水泵房PLC控制分站为例详细阐述了该分站的实现步骤。第五章：供水管网SCADA通信系统的实现本章主要介绍了SCADA系统中经常采用的各种通信介质、通信方式、通信协议，并针对玉林市供水公司的实际情况，描述了本系统在各层之间所使用的通信系统。第六章：总结与展望本章根据用户试运行该系统后的感受，对本项目进行了简单的总结，其中包括项目实施过程中存在的问题与解决方案、系统性能情况的分析等，并对今后如何优化系统性能提出展望。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究第二章供水管网SCADA系统的设计2.1供水管网SCADA系统的设计与开发步骤[5]-[7]随着人民生活水平的提高及城市人口的增长，人们对饮用水质量以及供水效率的要求也随之增高，这就迫使供水公司要不断改进生产工艺、扩大供水系统规模、增加供水量以满足用户需求。尽管长期以来供水公司为保证有效供水，已经研制出一套行之有效的生产规程及管理方法，但是这种传统模式已经难以满足供求关系，如果将现代自动化控制技术引入供水系统中，则可以实现对整个供水系统的监控、预测、管理以及优化调度，保证供水公司能够高效地产水及供配水。SCADA系统相比其他的现代自动化控制系统，具有明显优势，因此近年来在供水管网中得到广泛采用。在设计供水管网SCADA系统前，我们首先要了解自来水的生产过程，一般自来水的生产过程见图2.1。水源取水净水供配水用户图2.1自来水生产过程框图Fig.2.1Tapwaterproductionprocessdiagram从图2.1可知，自来水的生产过程分为取水、净水、输水三个部分，每个过程需完成的任务是：（1）取水过程：通过若干台大型离心泵将所需的水量从水源抽取原水，水源可来自地下水或地表水。（2）净水过程：该过程在净水厂进行，水厂对送入的原水进行净化处理，以达到用水标准，其过程主要包括药剂配置与投加、混凝、沉淀、过滤。（3）供配水过程：包括输水过程和配水过程两部分，输水过程负责将原水输送至净水厂，配水过程负责将净化的水通过供水管网配送至各用水点，为保证有效供水，可根据实际情况在供水管网中增设中途加压站、测压点，见图2.2。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究图2.2自来水供配水流程图Fig.2.2Tapwatersupplyflow在自来水生产过程中，以净水厂的生产工艺最为复杂，其工艺流程见图2.3。净水出厂原水混凝沉淀过滤消毒图2.3净水厂工艺流程框图Fig.2.3Tapwaterproductionflow从图2.3可知，净水工艺包括混凝、沉淀、过滤和消毒四个过程，在自来水生产过程中引入SCADA系统，不仅可以提高生产效率，还可以提高自来水水质，达到高效利用水资源的目的[3]。2.1.1供水公司的需求分析玉林市供水公司的自来水生产的工艺流程见图2.4。图2.4玉林市供水公司水生产工艺流程框图Fig.2.4ThewaterprocessofYulincitywatersupplycompany17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究玉林市供水公司制水工艺流程见图2.5。图2.5玉林市供水公司制水工艺流程图Fig.2.5ThewaterprocessofYulinwatersupplycompany根据图2.4、图2.5两幅流程图，可将该供水公司的生产工艺流程归纳为五个过程：取水过程、配置与投加药剂过程、混凝沉淀过程、过滤过程及送水过程。设计供水管网的SCADA系统时，可按照这五个模块设计生产现场数据采集与控制部分的功能：（1）取水过程：该过程是通过取水泵抽取苏烟水库的原水，送至配水井，在这个过程中，系统需要监测原水流量、出厂水水位、机组电量、机组温度，并根据中心调度室的指令监控四台低压取水泵、四台高压取水泵、两台排水泵的启停及变频运转；（2）配置与投加药剂过程：负责按照工艺要求配置适量的矾和氯，并投入矾和氯以达到混凝和消毒的目的，在该过程中，系统需要监测原水浊度、加氯量、余氯，并需要监控静态管式混合器和加氯机。（3）混凝沉淀过程：负责监控混合、絮凝、沉淀过程，在该过程中，需要监测水流量、温度、浊度，需要监控反冲洗流程。（4）过滤过程：通过石英砂去除水中的悬浮杂质，澄清水，并按工艺要求定时反冲洗石英砂，在该过程中，需要监控每个滤池鼓风机的电流及工作时间、冲洗泵的的电流及工作时间。（5）送水过程：负责将自来水以一定的压力和流量送入供水管网，并监控供水管网水压，该过程需要监测清水池水位、浊度、余氯、水压、流量、电机温度、机组电量、供水管网水压，并监控六台送水泵的启停及变频运转。设计时应先确定上述过程中的现场采集数据信息以及控制信号，哪些是模拟量哪些是数字量，以及采用何种控制方式等。接着再分析和汇总供水公司各职能部门所需要的数据信息、报警界限以及控制权限，确保各职能部门能够及时获取所需数据信息并具有对应的系统监控权限，如出现问题，系统能够及时报警。例如中心调度室需要根据17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究供水管网水压和流量信息来完成日常的自来水生产调度工作，SCADA系统则应定时为该部门提供供水管网水压和流量的数据信息；中心控制室需要监控整个制水过程以确保水质和水量，SCADA系统则应为该部门提供整个净水流程中所需实时数据信息（如水浊度、余氯、水位等），并赋予其制水流程系统的控制权限。总之，本系统应该包含实时数据采集功能、监控现场设备生产情况功能、历史数据存储及处理功能、报警功能、生产调度功能，以确保供水系统的正常运行，进而优化调度系统以提高生产效率。2.1.2管理信息分析根据该供水公司的系统需求分析，本供水管网SCADA管理信息系统应具备以下功能：（1）数据采集功能系统根据公司调度中心的调度生产要求，需要采集以下的数据信息：供水管网各测压点的水压、电源供电情况、耗电量、进/出厂水量、PH值、余氯、原水浊度、出厂水浊度、各控制阀和泵机的运行参数等。（2）数据传送功能将现场采集到的数据实时地传送到生产调度中心服务器，即主站系统服务器。（3）数据显示以及分析功能主站系统将获得的各种信息和数据，通过分析、加工，以图表、动画等形象的方式显示出来，以便于管理人员直观地了解生产情况。（4）历史数据的存储、查询、分析及检索功能根据公司各部门的信息检索、查询以及分析历史数据的要求，系统应能够实现历史数据存储、查询、分析及检索功能。（5）报表显示以及打印功能系统自动生成各类生产情况的日、月和年报表，并能够随时打印。（6）遥控功能系统根据公司生产调度需求，允许操作人员在调度中心遥控有关水泵的启/停。（7）报警功能如果管网水压出现异常（不足或超限），或者水泵出现运行异常（电压、电流不足或过载），系统及时报警。（8）网络功能17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究将现场采集到的数据送到网络服务器上，供其他系统使用。2.1.3系统性能分析本系统在设计及建设当中，应满足以下原则：（1）可靠性原则可靠性原则指系统应具有强大的容错能力以及处理突发事件的能力，即发生突发事件时，不会导致数据丢失或者系统瘫痪，同时还要保证系统数据库中的所有数据应准确可靠，这个原则是本系统最核心的原则。（2）实用性原则实用性原则指系统应尽可能地满足供配水业务需求且灵活实用，该原则体现在能够便于系统管理、用户应用、数据更新以及系统升级等方面，同时还体现在具有完善的数据库、系统优化的系统结构以及灵活简便的用户界面上，该原则是系统设计的基本出发点和最高要求。（3）经济性原则经济性原则指在保证各项功能完满实现的基础上，以最好的性价比来配置系统的软件和硬件，甲乙双方共同合作，在较短时间内完成系统的建立，使系统尽快发挥经济效益与社会效益。（4）科学性原则科学性原则指系统应采用“供配水管网系统数学模型”仿真和优化供水管网，因此在设计与开发系统时，应以“软件工程”的思想及方法来构建该系统，从而保证系统结构具有科学性和合理性。（5）开放性原则开放性原则指系统应具有强大的兼容性及拓展性，若开发系统软件时采用面向对象技术和控件技术，今后能方便地重构和搭建系统，同时也便于系统不断地扩充和完善。（6）完备性原则完备性原则指系统中的各种数据应是全面的、完整的，且能够最大限度地满足系统各项功能的需要。（7）规范性原则规范性原则指系统各项功能应符合供水公司供配水管网的管理要求，信息编码应遵循行业标准、地方或国家颁布实施的规范。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究（8）可操作性原则可操作性原则指系统应有良好的用户界面，用户操作简便、易学易懂、灵活且符合供水行业的实际工作模式。（9）先进性原则先进性原则体现在设计系统和硬件配置时，应充分考虑到系统今后的发展和升级，让系统具备一定的扩展能力，尽量采用先进的应用系统技术。2.1.4系统的开发步骤本供水管网SCADA系统的开发将分为可行性研究分析、初步设计、详细设计、系统实施、系统测试和系统运行维护六个阶段进行，开发系统时不完全按照这六个阶段的先后顺序直线进行，而是发现一个环节出现问题或者存在不足之处时，都要回到相应的阶段进行修改和完善，直至SCADA系统竣工验收完毕。SCADA系统的设计与开发步骤流程见图2.6。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究图2.6SCADA系统设计与开发步骤流程图Fig.2.6ThedesignanddevelopmentofSCADAsystem2.2供水管网SCADA系统的架构设计2.2.1SCADA系统的构成在供水管网中引入SCADA系统可以实时有效地对供水过程进行监控与管理，本系统结构见图2.7。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究图2.7SCADA系统结构图Fig.2.7ThestructureofSCADAsystem从图2.7中可知，SCADA系统主要包含三部分：第一部分是主站系统（上位机），包括管理层、数据存储分析层及SCADA监控层，负责监控现场控制系统；第二部分是现场控制系统（下位机），负责采集相关数据（如管网水压情况等），以及对现场设备（如水泵）的控制；第三个部分通信网络，负责主站网络系统内部的通信，现场控制系统网络内部的通信，以及主站系统与现场控制系统之间的通信。虽然SCADA系统的这三个组成部分功能不同，但是在SCADA系统中采用的“集中管理、分散控制”的构思，保证了各系统能够独立运行，并具有较强的安全性。因此，这三者有效的集成构成了具有强大功能的SCADA系统，实现了对整个供水过程的有效监控[3]。2.2.2SCADA系统的主站系统设计SCADA系统的主站系统一般包括硬件系统部分及软件系统部分。1、硬件系统的设计硬件系统包括由计算机组成的工程师工作站、管理者工作站、操作员工作站、WEB服务器、数据库系统、通讯前置系统等。各部分的功能如下：（1）工程师工作站：负责组态制作及系统的维护工作；（2）管理员工作站：负责进行生产调度管理，确保系统正常运行；17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究（3）监控工作站：负责监控整个生产过程，为生产调度中心提供现场信息，并根据调度指令控制现场设备；（4）WEB服务器：提供网上信息浏览服务；（5）数据库系统：保存历史数据、实时数据的服务器；（6）通讯前置系统：主要用于解析各种不同的通讯协议，完成数据转发和处理，包括计算机、MONDEN、串口、网络接口、防雷设备、机架等；（7）附属设备：包括投影仪、投影幕、打印机等。2、软件系统的设计开发SCADA软件系统常用的系统平台及工具有：Windows、UNIX、Linux操作系统平台，Oracle、Sybase、SQLServer数据库平台，VB、VC++开发语言。本SCADA软件系统的开发基于Windows操作系统平台，采用VB.net进行前台开发，SOLServer进行后台数据维护，可以实现预测及优化算法，并具有人机对话环境、精致的动态图形界面。SCADA主站的软件管理系统按功能分为8个管理子系统，其结构如图2.8所示。地形图库管理子系统管网数据库管理子系统管网数据管理子系统管网报警管理子系统管网事故处理子系统管网维护管理子系统管网通讯管理子系统管网生产调度子系统SCADA主站软件管理系统图2.8SCADA主站的软件管理系统框图Fig.2.8ThestructureofSCADAsoftware2.2.3SCADA系统的现场控制系统设计SCADA系统的现场控制系统一般由现场监控站、PLC控制分站及通讯网络三部分所组成，该系统部分的设计包括以上三部分，PLC控制分站在整个现场控制系统中起到承上启下的作用，其性能将直接影响整个控制系统，其设计流程如图2.9所示。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究图2.9SCADA系统现场PLC控制站设计流程框图Fig.2.9ThePLCdesignflowofSCADAsystem在设计现场控制系统时，必须考虑以下三个方面：一，保证系统的正常运行；二，投入资金有效合理；三，在满足以上两个条件的前提下，应具有一定的前瞻性，今后若生产工艺发生改变，PLC控制分站应有一定的拓展空间，因此PLC控制分站的设备选型非常重要。2.2.4SCADA系统的通信系统设计通信系统在SCADA系统中极为重要，它可以保证系统数据信息的实时可靠传输以及控制命令的准确传达。一个大中型的SCADA系统一般包含多层次的通信网络，且通信形式多种多样。对于本SCADA系统而言，应根据该供水公司的实际情况选用合适的通信方式，例如，该供水公司各管网测压点地域分散，因此需要采用无线通信网络监测管网水压；现场控制系统需测试的数据信息和控制设备类型多样，则采用现场总线通信方式；控制中心与现场控制站点之间采用有线通信方式；控制中心内部采用以太网通信方式。2.2.5SCADA系统的远程终端单元系统设计SCADA系统的远程终端单元系统包括各类检测仪表和执行设备，如PAC、智能仪表、可编程逻辑控制器PLC、远程终端设备RTU等17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究，它从属于现场控制系统，在系统中起着重要作用，它可以完成生产现场数据信息的采集以及现场电控设备的控制等。2.3本章小结本章详细说明了玉林市供水公司供配水调度以及水生产的工艺流程，针对该公司实际情况进行供水管网SCADA系统的需求分析，并根据需求设计了一套经济适用的供水管网SCADA系统的架构，其中包括主站系统、现场控制系统、通讯系统、远程终端单元系统的架构设计方案，为系统的实现做好准备工作。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究第三章供水管网SCADA主站系统的实现3.1SCADA主站系统硬件构成及实现供水管网SCADA系统是否能够稳定、可靠且有效地运行，最基础的条件是要保证系统具有性能稳定的硬件设施，因此在设计SCADA主站系统的软件部分之前，我们应该根据系统的需求，以及用户的资金预算，购置性价比较为合理的硬件设备。一般SCADA主站系统的硬件部分包括通讯前置系统、工程师工作站、管理者工作站、操作员工作站、实时数据库服务器、历史数据库服务器、WEB服务器七个部分。本供水管网SCADA主站系统的硬件结构见图3.1。图3.1供水管网SCADA主站系统的硬件结构图Fig.3.1ThehardwarestructureofwatersupplySCADAmasterstationsystem当SCADA系统应用在不同的工业领域时，对硬件设备的性能要求也各不相同。因此，工程设计人员应根据用户的实际情况，配置适合当前系统需求且具有一定扩展性的硬件设备，不需要一味地追求高性能配置。供水管网SCADA主站系统的硬件选择原则及其配置情况如下：1．通讯前置系统[8]通讯前置系统是SCADA主站系统的通信枢纽，一般包括前置计算机、MODEN池或串口池、网络接口、防雷措施及机架，它主要负责各种不同规约的解析、通讯接口数据的处理等，可实现远动系统的连接、站级计算机的连接及站内信息的采集等功能。通讯前置系统必须具有较强的抗电磁干扰能力、实时性及低功耗等性能，17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究研华UDO-2170是一款高性能的通用网络控制器，可以满足以上性能要求。本系统采用两台研华UDO-2170通用网络控制器作为主/备通讯前置机，以构建实时稳定的网络系统。2．工程师工作站工程师工作站主要负责制作组态画面以及维护系统等工作，因此硬件要求具有较强图像处理能力，一般由若干计算机构成，可根据实际需要选择计算机的台数。本系统的工程师工作站由2台计算机构成，一备一用，它们之间可以相互通讯，采用的是联想扬天A6880FC2DE75002G500RH(XP)Q型号的计算机。3．管理员工作站生产调度中心的管理员负责监控整个供水管网，实时通报生产及管网运行情况，并制定调度方案，以保证有效可靠地为用户供水，发生突发事件时要协助各相关部门迅速制定处理方案。因此管理员工作站应具有系统画面监控、报警及处理等功能，硬件要求具有快速而稳定的事件处理能力。本系统的管理员工作站由2台计算机构成，它们之间可以实现互相通讯，采用联想扬天A4600KPDCE55002G500DH(W7B)型号的计算机。4．操作员工作站操作员工作站负责实时监控整个自来水生产过程的情况，它依据生产调度工作站发出的命令来控制生产过程中的现场设备，保证系统的正常运行，因此硬件要求实时性强且运行稳定。监控工作站一般可以仅由一台服务器和若干显示屏构成，服务器负责接收管理员工作站发出的指令以及对现场设备发出控制命令，其余的显示屏只需要显示各现场设备工作情况的组态画面或者视频画面即可。本系统的监控站由一台服务器和2台19寸显示器构成，服务器采用联想ThinkStationE204222DC2型号的服务器。5．实时数据库服务器实时数据库是数据库技术与实时处理技术的结合，它在SCADA系统中主要用于生产过程的自动采集、存储及监控，它帮助用户完成现场生产过程数据的实时采集与存储，并通过画面形式反映当前的生产情况，为用户提供准确清晰的操作画面，这样既能够消除企业管理与生产过程控制之间的鸿沟，又为企业上层应用软件的信息挖掘提供了有效的数据来源。供水公司的生产管理者要及时了解生产情况，因此实时数据库必须提供与现场生产情况同步的监控画面，并要求系统具有高效的查询功能，以便于决策者快速地做出正确判断和决策，保证生产的正常进行。由此可见，SCADA系统中的实时数据库系统应具备实时、可靠及稳定的特性，要满足这些特性就要求系统硬件具有较大的内存容量和较快的存储速度。本系统配置硬件时优先考虑以上17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究因素，尽量选取性价比较高的硬件设备，以保证系统的正常运行。实时数据库服务器采用联想D20415538C型号的服务器。6．历史数据库服务器历史数据库主要用于存储生产过程中的历史数据，这些历史数据对企业来说极有价值，多年的管理经验告诉我们，要改进生产工艺并合理生产调度则需要在这些数据的基础上进行科学地统计、分析和建模，最终形成更为行之有效的生产管理流程。历史数据库服务器要存储大量的数据信息，因此需要具备大容量的存储空间，本系统采用联想D20415538C大客户机型服务器。7.WEB服务器WEB服务器负责为用户提供网上信息浏览服务，是多媒体信息查询工具。由于生产过程的实时数据统一存放在实时数据库中，因此，供水公司各部门要查看目前的生产过程情况，则需要通过WEB服务器。本系统的WEB服务器采用联想ThinkStationE204220A17型号的服务器。3.2SCADA系统软件构成及实现3.2.1开发工具的选用与介绍1.VisualBasic.NET[9][10]VisualBasic.NET是Microsoft公司推出的VisualBasic最新版本，它具有操作简单、易学和易用的特点，同时增加了新的组件并增强了面向对象的特性，实用性强。它支持多种编程语言，开发人员可以根据实际需要自由选择C#、VisualC++或VisualBasic.NET语言，这样既可以发挥各种语言的特有优势，还可以减少企业培训开发人员的费用。因此，VisualBasic.NET以其独特的优势占据了软件开发市场。2.SQLServer2008[11]SQL称为结构化查询语言，是一种数据查询和程序设计语言，用于存取数据以及查询、更新和管理关系数据库系统，它结构简单、功能强大、简单易学，得到广泛应用。SQLServer是专用于开发关系数据库的大型管理软件，该软件允许在Microsoft.NET开发环境中，使用SQL语言开发数据库。SQLServer2008是至今为止最全面和最强大的SQLServer版本，它为开发人员提供了一系列丰富的集成服务，能够对数据进行查询、搜索、分析、同步及报告之类的操作，由SQL开发的数据可以存储在各类设备上。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究3.2.2系统软件的构建与实现[12]1.系统总体结构根据供水公司的需求，构建的供水管网SCADA软件系统总体结构见图3.2。浏览器1PC1浏览器n浏览器2PCnPC2历史数据库SCADA管理系统实时数据库GIS地理信息系统WEB服务器数据服务器管网压力实时监测系统PLC实时监测系统图3.2SCADA软件系统总体结构图Fig.3.2ThestructureofSCADAsoftwaresystem供水管网SCADA系统是建立在管网压力实时监测系统、PLC实时监控系统及GIS地理信息系统之上的管理系统，它包括地形图管理子系统、管网数据库管理子系统、管网数据管理子系统、管网报警子系统、管网数据报警子系统、管网数据处理子系统、管网维护子系统、管网通信子系统和生产调度管理子系统，其中生产调度管理子系统需要对供水公司供水管网进行历史分析，以建立“供配水管网优化系统”。2．SCADA管理子系统功能描述（1）地形图库管理子系统地形图库管理子系统主要负责开发SCADA系统的监控界面，开发人员可以利用该系统建立地形图库，亦可将所需数据信息以图形、报表等直观方式呈现给管理人员，对当前系统的工作情况以及生产调度情况实时监控。在该系统中，管理人员有权输入并编辑图形和数据信息，并可以检索、查询、比较相关数据信息，最终达到全面了解和详细分析管网信息的目的。（2）管网数据库管理子系统数据库管理子系统包含实时数据库系统、历史数据库系统和关系数据库系统。实时数据库系统主要负责存储实时采集到的数据信息，以方便管理人员随时可以掌握实时数据信息；历史数据库主要负责历史数据的存储、检索、查询及分析工作，以帮助管理人员了解及分析过去的工作情况；关系数据库主要负责建立相关数据信息之间的关联关系。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究（3）管网数据管理子系统数据管理子系统包括数据采集、传输及处理三个子系统，它主要负责完成数据信息的采集、传输、显示、分析、打印等。数据采集子系统主要负责采集控制中心所需的数据信息，例如管网水压信息、水泵的运行参数、能耗、进出水量、PH值、余氯、浊度等；数据传输子系统主要负责将采集到的数据信息实时传送给控制中心，可采用有线或无线方式；数据处理子系统主要负责将获取到的各种数据信息进行分析以及加工，以形象、生动、直观的方式呈现给控制中心，以帮助管理人员监控远程现场设备，管理人员也可根据需要可以将数据信息以图形或报表的方式打印存档。（4）管网报警子系统报警子系统主要负责监控水泵运行情况及水压是否正常，若水泵电压、电流出现不足或过载、水压不足或超限的情况，系统则会自动报警。（5）管网事故处理子系统管网事故处理子系统包括火灾事故处理及爆管事故处理两个模块。在城市突发火灾情况下，火灾事故处理模块能够帮助消防部门寻找到距离失火点最近且可用的消防栓；若供水管网出现突发爆管漏水事故时，爆管事故处理模块能够根据爆管点位置制定出有效的处理方案，辅助管理人员排除故障。（6）管网维护子系统管网维护子系统主要负责维护系统内软硬件的正常运行，以保证系统的正常工作。（7）管网通信子系统管网通信子系统负责将现场采集到的数据信息传输给控制中心服务器，以供其他系统使用。（8）管网生产调度子系统生产调度子系统利用数学模型对供水管网的控制系统进行优化，以合理调度各个水泵站的水泵组，最终达到科学有效调度水资源的目的，系统数学模型的建立一般基于供水公司的历史管理数据。3．系统模块结构本系统的主站软件采用“模块化”设计方案，即以功能块为单位进行程序的设计，这样的软件具有较强的独立性、复制性和可读性，使程序设计、调试及维护更加简单化，大大降低了程序的复杂性。SCADA管理系统的各级菜单按照模块的功能进行划分，玉林市自来水公司SCADA主站软件系统的一级菜单结构框见图3.3。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究报警事件管理历史数据管理设备维护管理统计报表系统维护管理生产数据管理玉林自来水公司SCADA软件系统GIS系统图3.3SCADA主站系统一级菜单框图Fig.3.3ThestructureofSCADAmasterstationsystemmainmenu在一级菜单中，数据通讯管理自成一个子系统，内分若干模块，负责管理各种测量设备的数据采集和数据通讯，该子系统由时钟控制各个模块周期循环工作，无需人工操作，没有用户界面和用户菜单，数据补调时，由系统根据数据短缺情况，在下一周期自动进行，无需人工操作。实时数据管理菜单采用按钮启动，不列入一级菜单，各种实时数据监视由时钟控制各个模块周期循环工作实现，无需人工操作，没有用户界面和用户菜单。SCADA主站软件系统的设备维护管理二级菜单见图3.4。设备维护管理新增测点水泵机组技术参数维护修改测点档案修改测点水压数据测点档案一览表查阅测点档案详细资料新增测点维护记录修改测点维护记录测点维护记录查询测点维护记录一览表图3.4设备维护管理菜单框图Fig.3.4ThestructureofequipmentmaintenancemanagementmenuSCADA主站软件系统的历史数据管理二级菜单见图3.5。历史数据管理测点压力历史曲线测点组当前压力比较修改测点水压数据修改水压记录查询进出厂日流量曲线进出厂日流量差直方图历史销售水量记录历史生产电耗记录历史生产氯耗记录17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究图3.5历史数据管理菜单框图Fig.3.5ThestructureofhistoricaldatemanagementmenuSCADA主站系统的生产数据管理二级菜单见图3.6。生产数据管理机组温度数据机组电量数据流量数据余氯数据浊度数据水位数据PH值数据图3.6生产数据管理菜单框图Fig.3.6ThestructureofproductiondatemanagementmenuSCADA主站软件系统的报警事件管理二级菜单见图3.7。报警事件管理水压突变报警事件处理结果记录生产数据报警事件一览表水压突变事件一览表生产数据报警处理结果记录图3.7报警事件管理菜单框图Fig.3.7ThestructureofalarmeventmanagementmenuSCADA主站系统的生产统计报表管理二级菜单见图3.8。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究生产统计报表供水月报表日单位电耗表净水处理日报表原水流量报表电量报表出厂水流量报表调度室报表机房运行记录班组水质检验日报表图3.8生产统计报表管理菜单框图Fig.3.8ThestructureofproductionstatisticsmanagementmenuSCADA主站系统的系统维护管理二级菜单见图3.9。系统维护管理用户权限管理重组测点组修改用户权限用户密码管理值班上班签到值班下班签到签到记录浏览系统参数设置测点矩阵设置新增测点组图3.9系统维护管理菜单框图Fig.3.9Thestructureofsystemmaintenancemanagementmenu3.2.3系统名词约定17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究（1）主控台：指本系统默认打开的计算机界面。（2）下降沿：指电平瞬间降低的过程，下降沿理论上：t1-t0=0，见图3.10。Yt0，P0高电平（水压）高电平（水压）t2，P2t1，P1低电平（水压）下降沿上升沿低电平(水压)延续时间=t2-t10,0时间T图3.10水压突变示意图Fig3.10Thepictureofwaterpressuremutations（3）低水压延续时间：图3.10中（t2-t1）时间长度。（4）水压突变：当P1-P0大于“系统水压突然降低标准”，且P2-P0大于“系统水压突然降低标准”，且t2-t1大于等于3分钟条件满足时，称为水压突变。（5）水压突变报警：指出现水压突变时，RTU向SCADA系统报告一个“水压突变警报”。（6）自动控制：指由计算机时钟触发的、由数据驱动的SCADA事件。（7）统计期：指报表统计规定的数据来源时间范围，例如2010年年报表的统计期为2010年1月1日00时00分到2010年12月31日12时59分的时间范围。3.2.4系统界面与功能描述1.系统主控台界面玉林市自来水公司供水管网SCADA系统的主控台界面见图3.11，在该界面中，顶部是该系统的一级菜单，点击菜单标签，系统会自动弹出标准的下拉菜单，界面简洁明晰。系统主控台界面分为上、中、下三部分。上部以动态数字方式显示原水总流量、净水总流量、原水瞬时流量、净水瞬时流量、总电耗、原水浊度、PH值、余氯值、水位，以及送水泵机组的三相电流、功率、电耗、温度、起/停状态；中部以表格方式显示30个管网测压点水压的情况，每15分钟更新一次数据，当水压正常时，界面背景呈蓝色，水压异常（超低限、超高限、突变）时，界面背景呈黄色；下部以坐标图形方式显示某测压点水压日变动态势图。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究图3.11玉林市自来水公司供水调度SCADA系统主界面Fig.3.11ThemaininterfaceofYulinwatersupplySCADAsystemsoftware2.测压点水压变动态势图界面9号测压点（琴鸟厂）水压变动态势图界面见图3.12，在该界面中，管理人员可以监测到琴鸟厂测压点24小时水压变化情况，水压变动态势图的横坐标为测量水压的时间，纵坐标为测点水压值，采用24小时坐标系，管网测压点的RTU每5分钟测量一次水压，每15分钟向系统服务器传送一次水压数据（最后一次测量的数据值）。图3.129号测压点（琴鸟厂）水压变动态势图界面Fig.3.12Thepictureof9thnetworkwaterpressurechang17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究3.测点档案信息管理界面管理人员可以通过“测点档案信息”管理界面监测到各管网测压点的地域位置、水压情况、RTU设备相关信息及其工作状态等，并有权增加新测压点以及修改管网测压点信息。“城北水厂测点档案信息”管理界面见图3.13。图3.13“城北水厂测点档案信息”管理界面Fig.3.13ThepictureofChengbeinetworkinformation4.测点组水压比较图界面根据用户要求，将玉林市的各测压点按其地理位置分为东、西、南、北、中五个测点组，并把同一测点组的压力值放在坐标系中进行比较。系统采用直方图形式来比较同一测压组的各成员所在地点水压的相对高低，供调度员从宏观角度掌握当前压力的分布状态。测点矩形图采用颜色区分压力的高低，测点压力颜色可由系统管理员自由设定。管理人员还可以通过选择测点组名称来选择要比较的测点组。北面组测点组水压比较图界面见图3.14。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究图3.14北面组测点组水压比较图界面Fig.3.14Thecomparesofnorthgroupwaterpressure5.供水管网测压点全貌图界面在主界面中，用鼠标双击任意测压点的数据（水压、温度、电压、场强）显示栏，无需授权权限就可打开地图，见图3.15。系统以地图形式直接为用户呈现管网测压点的全貌，管理人员可以实时监测所有管网测压点的水压变化情况。测点显示栏TEXT的左上角坐标代表测点在图上的位置，当鼠标移到测点显示栏TEXT范围时，系统自动显示该测点的场强、电压、温度的当前周期测量值，如果测压点水压出现异常，系统会自动报警，例如，当某测点的测量水压高于系统参数“管网水压上限”时，该测压点背景由绿变黄，向值班调度员提出告警，当某测点的测量水压低于系统参数“管网水压下限”时，该测压点背景由绿变红，向值班调度员提出告警。该界面还为用户提供事故处理信息，例如，若突发火灾事故，系统会帮助消防部门寻找到距离失火点最近且可用的消防栓，若供水管网出现突发爆管漏水事故，系统能够根据爆管点位置，制定出有效的处理方案，帮助管理人员排除故障。由于该地图不是矢量图，不能放大缩小，故通过方向按钮来移动地图，以便观察所有的测点数据。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究图3.15供水管网测压点全貌图界面Fig.3.15Themapofwatersupplynetwork6.测点报警记录一览表界面当水压突变时，RTU自动向SCADA系统报告一个“水压突变警报”，系统鸣响警铃，同时数据驱动（无需人工干预）打开“水压突变报警一览表”专用窗口，无需授权权限，见图3.16。系统记录RTU“水压突变警报”报告界面打开的时刻（精确到分钟）T1,当值班调度员用鼠标点击报警窗口上的【受理报警】按钮时，记录鼠标点击事件发生时刻T2。把T2-T1的时间差T作为“报警事件受理速度”，T1和T2的计时基准均为数据服务器时间，值班调度员不点击【受理报警】按钮，报警窗口永远不会关闭。在列表中，显示所有的报警事件的所有数据，记录默认按报警界面打开时刻降序排列，最后一次报警的记录在最上面，可选择“按报警时刻”、“受理人员+按报警时刻”两种排序方法。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究图3.16测点报警记录一览表界面Fig.3.16Thepictureofnetworkalarmrecordtable3.3SCADA系统软件的上层应用[13]-[20]在城市供水管网中，建立优化系统可以最大程度地节约用水，从源头上控制自来水的流失及浪费，最终实现“开源节流”。城市供水管网的优化系统是以GIS（地理信息系统）和SCADA系统为背景进行开发的，系统一般采用数学模型来帮助供水公司科学合理地调度水资源，并提高供配水管理水平。供水管网优化系统不仅可以模拟演示各种供配水方案，实时在线地优化供配水系统，还为用户提供了系统内各水泵的供水范围，并能够预测供水管网中存在的瓶颈现象。因此，在GIS系统和SCADA系统的基础上建立“供配水管网优化系统”是今后供配水系统发展完善的必然趋势。要建立一个“供配水管网优化系统”需要解决两个问题：一是建立完善的GIS系统和SCADA系统；二是建立科学合理的数学模型。GIS以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简而言之，地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。目前，我国企业常采用国内的SuperMapGIS嵌入式软件开发GIS系统。建立数学模型之前，需要预先准备的各种数据，例如测试现场数据、确定需水量数据、确定管网数据等，需要加以测定其正确性的是用于建模的数据。数学模型17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究建模过程见图3.17。GIS系统数据现场测试数据模型数据库建立数学模型模型校验模型软件包图3.17数学模型建模过程示意图Fig.3.17Mathematicalmodelingprocessschematicdrawing供水管网建立宏观模型的主要思想是：通过获取重要的管网参数（例如泵站出口水流量、泵站出口水压力、水池水位、管网测压点压力、管网系统用水量等），基于统计分析理论，建立系统的网络分析模型，数学表达式见式（3.1）：（3.1）式（3.1）中：qx(t)—水库的流量向量qv(t)—泵站出口的水流向量hg(t)—泵站出口的压力向量hh(t)—管网测压点的压力向量t—调度的时段α(t)—调节水池的蓄水量向量β(t)—系统中的阀门控制向量δ(t)—系统节点的流量向量μ(t)—系统节点的水头向量供水管网建立微观模型的主要思想是：根据供水管网的拓朴关系，并依据节点用水量、管道管长、管径和管材等主要参数，以构造拓朴结构模型，在该模型中，其基本的数学方程包括能量平衡方程和质量平衡方程两大部分，见式（3.2）和式（3.3）：能量平衡方程式：(3.2)质量平衡方程式：(3.3)式（3.2），（3.3）中：17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究n,m——节点的编号qn,m——连接在节点n的各管段流量Qn——n节点流量Hn,m——属于基本环g的管段水头损失△Hg——基环g的减压装置产生的水压差或闭合差供水管网的微观模型相比于宏观模型，它对节点用水量分布变化及系统变化适应性较强，如某主干管或水池中断使用时，待管网的拓朴关系校正之后，仍然可以使用式（3.2）和式（3.3）对系统工况进行模拟。而供水管网的宏观模型则必须重新获取原始数据，再进行回归分析，以校正回归曲线，从而建立新模型方式。但是，事物总是具有两面性，供水管网的微观模型也存在非常明显的缺点，即在建模的过程中需要获取大量的数据信息，这意味着将要耗费大量的时间进行计算和校验。为消除供水管网微观模型的缺陷，专家提出建立“供水管网的集结模型”，该模型建立在供水管网的“微观模型”基础上，把整个供配水管网划分成N个区域，让管网中各节点仅属于一个区域。一般划分区域原则是：在同一区域内的各个节点用水的规律相似，其压力大致相同，如果将各区域内所有节点都“集结”在一起，将形成一个“虚拟”的节点，区域之间用一条“虚拟”的管道表示关联，这样就将原来的微观模型简化成一个新模型，称之为“集结模型”，该模型极大限度地节约了计算时间，使数学建模更加科学合理。3.4本章小结本章将SCADA主站系统分为硬件和软件两部分详细阐述了系统的构建具体方案以及步骤，其中硬件部分主要讲述了主站系统的硬件结构及其配置，软件部分则详细讲述了主站系统软件的构建框架及其系统功能，还展示了软件的界面效果，最后具体描述了如何在系统在软件上层应用中建立数学模型，以实现供水管网的优化管理。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究第四章供水管网SCADA现场控制系统的实现本系统的现场控制级主要由三部分构成，即现场监控站、PLC控制分站和Profibus通讯网络。现场监控站采用双机备用的方式监控各PLC控制分站，这两台计算机功能相同，如果其中一台出现故障，另一台仍然可以照常工作，能够保证整个现场控制级系统的安全性、连续性及可靠性，它能够实时监测自来水生产的整个过程，并有权对PLC控制分站发出控制指令。本系统采用北京亚控公司开发的“KingView组态王”软件制作监控画面，其直观形象的图形画面便于管理人员监控生产现场。PLC控制分站负责采集生产现场的各种数据，如水泵电量、运行状态、水瞬时流量、水累计流量、水余氯、水PH值、水浊度、水池液位、阀门开关状态等数据参量，并通过光纤将所测数据信息传送至现场监控站，操作员通过监测现场设备的数据可以进行实时控制，如果发生状况，系统自动报警，现场监控站将通过上述通道对PLC的测控终端发出控制命令，PLC控制分站根据指令对现场终端设备实施控制，如开/关水泵、开/关阀门、调节阀门开启度等。根据供水公司实际情况，本系统需要构建五个控制分站：取水泵房分站、加矾间分站、滤池分站、加氯间分站、送水泵房分站，取水泵房分站及送水泵房分站内含配电系统。监控站与控制分站间采用Profibus总线形式构成工业局域网，通讯协议为TCP/IP，局域网采用光缆通讯介质，监控站和分站都是通过光缆连接模块（OLM）和双绞线连至Profibus网络，通讯部分将在本文的第五章中详细说明。4.1软件简介及设备选型[21]4.1.1STEP7编程软件简介STEP7软件是一种专门为西门子S7系列PLC开发的、具有组态和编程功能的应用软件，它为工程人员提供了一系列创建自动化项目的工具，如SIMATIC管理器、符号编辑器。该软件编辑界面友好，具有硬件诊断功能、网络配置等功能，易学、易用、易操作，可以在Windows系统下运行。该软件管理器界面见图4.1。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究图4.1STEP7软件管理器界面图Fig.4.1TheinterfaceofSTEP7softwaremanager4.1.2“KingView组态王”软件简介[22]“KingView组态王”软件是一款能够快速构建系统监控及自动控制功能的应用软件，它具有友好的图像界面、强大的图形开发功能、易学易用、开发周期短、适应性强、开放性好、易于扩展等优点，已经广泛应用于工业控制现场。通过该软件可以在一台计算机上同时完成数据信息采集、信号数据处理、数据图形显示、人机对话、实时数据的存储、历史数据的查询、实时通信等多个任务。该软件包括工程管理器、工程浏览器及画面运行系统三部分：工程管理器主要用于新建工程和工程管理，能够有效恢复、备份、搜索已有工程，实现数据字典的导出和导入；工程浏览器是该软件的核心部分，它是应用工程的开发环境，具有管理开发系统的功能，可完成对画面的设计、动画的连接等工作；画面运行系统是软件的实时运行环境，主要用于显示在画面开发系统中建立的动画图像界面，具有采集和交换各种数据信息的功能，除此之外，还具有报警、历史记录及趋势曲线等监视功能，可生成历史数据文件，在运行系统中，可以检测设计开发的画面应用程序是否正常运行。4.1.3设备选型本系统选用由德国Siemens公司生产的S7系列可编程控制器，该系列PLC具有高效率的组态和编程功能，可大幅度降低工程成本，且集成的高性能系统诊断功能可保证控制器具有更高的可用性，能够显著提高生产效率。此外，组态的过程控制功能可用于分析和排除生产过程中的故障，达到减少停机时间、增加产量的目的。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究S7-200系列PLC成本低、结构紧凑、具有强大的指令功能，适用于小型自动化控制系统。S7-300系列PLC具有满足各种控制任务的模块，用户可根据系统的具体情况选择合适的模块进行组合，在维修过程中更换模块方便、快捷，当系统规模扩大和更为复杂时，可以增加模块，对PLC进行扩展。简单实用的分布式结构和强大的通信联网能力，使其应用十分灵活，适用于中型自动化控制系统。根据玉林市供水公司的需求以及投入经费预算，供水管网现场控制系统的取水泵房分站、加矾间分站、加氯间分站、送水泵房分站均采用S7-200系列PLC，但是，滤池分站需要控制22个V型滤池，I/O点数量多，且每个V型滤池控制要求和方式相同，如果采用模块式的S7-300系列PLC，既能够满足控制需求，也容易编程，同时还有利于今后系统功能的扩展与维护。4.2PLC控制站功能的实现[23][24]4.2.1供水管网PLC控制站系统根据玉林市供水公司的要求，本供水管网SCADA系统的现场控制系统由取水泵房分站、加矾间分站、滤池分站、加氯分站、送水泵房分站等五个PLC控制分站构成，其结构见图4.2。图4.2供水管网现场控制级结构图Fig.4.2Thestructureofwatersupplyfieldcontrolsystem本系统的PLC控制分站点为用户提供了三种运行方式：一是手动控制运行方式，由操作人员通过现场控制箱上的按钮来控制电气设备的运行，此时PLC仅具有监视功能，没有控制功能；二是半自动控制运行方式，由监控站的工作人员通过监控组态软件控制电气设备的运行，即可以选择手动控制方式，也可以选择全自动控制方式；三是全自动运行方式，由PLC按照预先设定的程序自动控制电气设备的运行。玉林市供水公司17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究在生产现场各电气设备旁都设置有一个“现场控制箱”，控制箱上有“手动”和“遥控”转换开关，当选择“手动”时，即采用手动控制方式，当选择“遥控”时，即采用半自动控制方式。以下内容详细阐述各PLC控制分站的控制功能及其控制方案。1.取水泵房控制分站玉林市供水公司的取水泵房设置在苏烟水库附近，泵房内有4台低压水泵、4台高压水泵及2台排污泵。取水泵房控制分站需要监测出厂水流量、高压泵电量、低压泵电量、排污泵电量、高压泵的运行状态、低压泵运行状态及高低压配电系统工作情况。该控制分站只能够采用“手动”和“半自动”的控制方式，“手动”控制方式是通过“现场控制箱”控制各送水泵机组及排污泵机组的起停，“半自动”控制方式是由现场控制分站根据中心调度室发出的调度指令，通过监控组态软件控制各泵机的起停。中心调度室根据出厂水的水位情况，及时调控送水泵机组，以达到恒压供水的目的，如当出厂水水位低时要求增开送水泵机组运行的台数，当出厂水位高时则减少送水泵机组运行的台数，现场监控人员按照中心调度室的指令控制各送水泵机组的起停。系统按照控制分站的监控要求，可将取水泵房控制分站分为低压泵房、低压配电房、高压配电房及高压泵房四个PLC控制站点，其结构见图4.3。图4.3供水管网取水泵房控制分站结构框图Fig.4.3ThestructureofwatersupplyPLCstation因取水泵房距离水厂较远，该PLC控制站点的通信方式与其他站点有所区别，取水泵房控制站点需通过Internet网络与SCADA主站系统进行通信，取水泵站内的上位机与PLC间的通信、PLC内部之间的通信均采用MPI通信方式。2.加矾间控制分站[25]-[29]17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究玉林市供水公司内设置了两个用于配置矾液的矾池，正常情况下，只使用其中一个配矾池，处于工作状态的则称为工作配矾池，另一个则称为备用配矾池，它们各自独立工作。加矾自动控制系统包括配矾部分和加矾部分，见图4.4。配矾的部分包括配矾池、浓矾阀、清水阀、矾液阀、搅拌器和液位计，浓矾阀门用于控制浓矾量，清水阀门用于控制清水量以达到稀释浓矾的目的，矾液阀门用于控制流入储蓄池的矾液量，搅拌器用于充分混合浓矾和水，液位计用于检测配矾池液位并负责将液位信息传送给PLC，当配矾池的液位低于设定的最低液位值时，停止配矾并切换至备用的配矾池。加矾的部分包括储蓄池、液位计和计量泵，液位计用于检测储蓄池液位，计量泵负责将储蓄池内的矾液投入絮凝沉淀池中。配矾自动控制系统相对比较复杂，包括矾液的配比计算、配矾池的切换以及相应故障诊断报警等，加矾自动控制部分包括储蓄池液位的监测、加入矾液量的控制以及相应故障诊断报警等。图4.4加矾工序示意图Fig.4.4Thepictureofdosingflow（1）配矾自动控制部分配矾自动控制过程是指PLC按照设定的矾液配比量，自动控制浓矾阀门及清水阀门的开启度，以控制加入配矾池内的浓矾量和清水量，使矾液的浓度能够达到投加的要求。图4.5配矾比例图Fig.4.5ThepictureofdosingPLC内的矾液配比计算实际是计算出加浓矾深度和配矾深度，见图4.5，17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究配矾深度为H1，加浓矾深度为H2，原矾池矾液深度为H3。假设原浓矾质量百分比浓度为a，配出的矾液浓度为b，则有（4.1）式中α代表所含矾，β代表水的质量、γ代表配矾加水的量，ρ1矾的密度，ρ2代表水的密度。由式（4.1）可求得加浓矾净高度，加水净高度分别为（4.2）（4.3）在自动配矾控制系统运行前，由管理人员在监控软件中输入原矾的浓度、配矾的浓度、配矾的深度及配矾池的切换液位等参数，PLC将会自动按照设定的参数和程序流程进行配矾，本系统的配矾过程控制流程见图4.6。YYN配矾初始化计算配矾比开浓矾阀达到配矾液位？N达到进水液位？Y关浓矾阀开进水阀N达到配矾液位？关进水阀延时数秒开搅拌机设定时间到停搅拌机配矾结束图4.6配矾过程控制流程图Fig.4.6Theflowofdosingcontrol配矾部分需要的检测参数包括：配矾池的液位，储蓄池的液位、各阀门工作状态。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究配矾部分需要控制的执行机构包括：浓矾阀、清水阀、矾液阀、搅拌器。（1）加矾自动控制部分加矾量的控制方法多种多样，一般有前馈控制、反馈控制、前馈-反馈控制等，本系统采用前馈-反馈控制方式，见图4.7。图4.7加矾控制系统的开环控制框图Fig.4.7Theopen-loopcontrolofalumaddingautosystem由图中可知，流量计、浊度仪分别测出原水流量、原水浊度和过滤之后的水浊度后，直接传送给可编程控制器，PLC根据原水浊度值查询加矾曲线，得出相对应的矾耗量，然后再将矾耗量、原水流量带入公式4.4中，由PLC自动计算出应加入的矾量初值Q1，这是开环前馈控制。但是要得到最终的加矾量，还需要参考过滤后的水浊度，但是这个取值会滞后30分钟，因为投入矾后，自来水经过絮凝、沉淀、过滤需要经过30分钟。系统通过浊度分析仪测出过滤后的水浊度并反馈给PLC，PLC将该值与设定值相比较，通过PID算法得出相应的控制增量△Q，最后PLC将Q1与△Q相加即可得到最终加矾量Q2。系统每30分钟自动调整一次加矾量。(4.4)P1表示加矾量初值，P2表示最终加矾量，△P表示PID调节量，ƒ表示源水流量，k表示矾耗系数，m表示矾溶液质量百分比浓度，ρ表示矾溶液密度。矾耗系数指某一浊度下原水需要投加的矾液量，它来源于供水公司长期加矾的经验，管理人员通过统计、分析与总结，可以按当地的水质及季节变化情况，将矾耗系数绘制成若干条原水浊度与矾耗的对应曲线，称加矾曲线，见图4.8，横坐标代表原水量，纵坐标代表投矾量。PLC根据加矾曲线自动控制投加矾液量。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究图4.8加矾曲线坐标图Fig.4.8Thealumaddinggraphs加矾自动控制部分需要检测的参数包括：原水流量、原水浊度、出厂水浊度、滤后水浊度、变频器和计量泵运行情况。配矾部分需要控制的执行机构包括：变频器、计量泵。3．滤池控制分站[30]PLC控制分站中以滤池分站最为复杂，它包含22组V型滤池，系统需要对过滤及反冲洗过程进行监控。滤池控制分站结构见图4.9。每个滤池分站的控制功能分为过滤过程监控和反冲洗过程监控，由ET200M控制。图4.9供水管网滤池控制分站结构框图Fig.4.9ThestructureofwaterfilterPLCstation（1）过滤控制过程本供水管网的V型滤池采用等速恒水位过滤控制方式，即采用PLC中的PID控制功能模块，实现由滤池水位自动控制出水阀开启度的功能，见图4.10。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究PLC中的PID控制模块内含有经典的PID闭环控制算法，它将用户输入的设定值与过程变量进行比较，得到的差值经过PID模块处理后，将运算结果输出给控制阀门。滤池水位反馈设定水位值PLC滤水阀门开启度图4.10滤池水位PID控制框图Fig.4.10ThediagramofwaterlevelPIDcontrolinfilter当传感器测到滤池水位高于设定的恒定水位时，PLC自动调大出水阀开启度，增大出水量；当传感器测到滤池水位低于设定的恒定水位时，PLC自动调大出水阀开启度，减小出水量；当传感器测到滤池水位在设定的恒定水位变化范围内时，PLC不调整出水阀开启度，最终达到保持水位恒定的目的。过滤过程中需要监测的参数包括：滤池水位、进水阀状态、出水阀的开启度。过滤过程中需要控制的执行机构包括：进水阀开/关、出水阀开启度。（2）反冲洗过程当滤池的运行满足了反冲洗条件时，则需要进行反冲洗以清洁滤料中间的污物。系统根据供水公司的滤池反冲洗工艺要求，由PLC自动控制各阀门的开/关和电气设备的起停。一般每次只允许一格滤池进行反冲洗，当多格滤池在同一时间要求反冲洗时，PLC自动依照先进先出原则进行排队反冲洗。V型滤池反冲洗的自动控制过程见图4.11。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究图4.11V型滤池反冲洗自动控制过程流程图Fig.4.11ThediagramofVtypefilterbackwashautomaticcontrolprocess所有的气冲、气水混冲、水冲时间可以根据实际要求设定，一般2-3分钟即可。反冲洗过程中需要监测的参数包括：反冲洗水位，反冲洗压力，反冲洗泵状态，排水水位，排水压力，排水泵及各阀门的状态等。反冲洗过程中需要控制的执行机构包括：进水阀、出水阀、排水阀、气冲阀、水冲阀、排气阀、风机、反冲洗泵等。4．加氯控制分站[31][33]在过滤后的自来水中加氯，需要考虑清水池进水量及氯损耗变化的影响，若采用前馈加余氯负反馈的复合控制方式，则可以精确稳定地控制余氯值。在该复合控制过程中，PLC通过余氯分析仪检测到清水池的余氯值后，通过比较余氯反馈值与设定值间的差距，由PID控制模块根据PID闭环控制算法，计算出应投加的氯量，PLC自动控制加氯机阀门开启度。该方案是余氯PID控制与流量比例控制进行有机给合，能根据进水量快速地调节加氯机开启度，并且能够根据反馈余氯值调整加氯量，具有控制效果较好、响应速度快的特点。加氯自动控制系统原理见图4.12。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究图4.12加氯自动控制系统原理图Fig.4.12Thediagramofaddchlorineautomaticcontrolsystem5.送水泵房控制分站送水泵房分站主要负责监测出厂水质、各阀门及送水泵的工作状态，并根据中心调度室指令控制送水泵的启停、各阀门的开关。见图4.13。图4.13供水管网送水泵控制分站结构框图Fig.4.13ThestructureofwatersupplyPLCstation检测参数：清水池余氯、清水池水位、出厂水浊度、出厂水PH值、出厂水压力、出厂水瞬时流量、累计流量、送水泵电量等。控制要求：由“管网压力信号（RTU测管网水压→中心控制室服务器→中心调度室→现场操作员→PLC→变频器→水泵机组）”构成一个闭环系统，当管网压力高于压力设定值时，由现场操作员通过组态监控软件控制PLC降低水泵转速，或者减少水泵台数，以降低供水压力和减小供水量；当管网压力低于压力设定值时，由现场操作员通过组态监控软件控制PLC自动提升水泵转速，或者增开水泵台数，以增大供水压力和增加供水量。4.2.2取水泵房控制分站的实现[34]在该工程项目中，本人负责取水泵房PLC控制分站点的设计及工程施工，该PLC17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究控制分站点的实现步骤如下：1.取水泵房控制分站的任务及要求（1）供水公司中心调度室可以实时监测取水泵站1#～4#高、低压泵的工作状态；（2）供水公司中心调度室根据供水管网各测压点的水压变化情况，可以及时向取水泵站的现场监控站点发送高、低压泵的起停指令；（3）采用“KingView组态王”软件制作取水泵站现场监控站点的监控画面系统，要求监控组态画面直观形象，能够实时监测高、低压泵的工作状态以及高、低压配电情况，；（4）现场监控站点的值班人员根据中心调度室指令，可以通过组态软件远程控制高、低压泵的启停。2.取水泵房控制分站系统结构设计根据供水公司需求设计并构建一个取水泵房控制分站系统结构，见图4.14。该系统按控制功能分为5个PLC控制分站点，1#PLC控制分站点监控低压泵机组，2#PLC控制分站点监控低压配电系统，3#PLC控制分站点监控高压配电系统，4#和5#PLC控制分站点监控高压泵机组，PLC控制分站点之间采用MPI通信方式。现场监控站点可以通过各PLC控制分站点采集现场设备的数据信息，并通过因特网将现场生产数据信息传送公司调度中心。图4.14取水泵房分站控制系统结构图17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究Fig.4.14Thestructureofwaterpumpsitecontrolsystem3.取水泵房控制分站硬件设备选型根据供水公司对取水泵房控制分站系统的要求，1#～5#PLC控制分站点监控信息见图4.15。图4.15取水泵房PLC控制分站结构图Fig.4.15ThestructureofwaterpumpsitePLCsystem从图4.15中，可以统计出取水泵房各PLC控制分站点所需要的I/O信息及数量，见表4.1。表4.1取水泵房PLC控制分站点I/O信息统计表Table4.1ThewaterpumproomPLCsiteI/Oinformation控制分站点模拟量输入点数量（AI）数字量输入点数（DI）数字量输出点数量（DO）低压泵房844低压配电房840高压配电房1844高压泵房3066根据统计的I/O数据信息，本系统可以选用西门子S7-200系列CPU224XPCNPLC模块，后期可以根据系统的需要扩展I/O模块。该型号的PLC自身具有14个数字量输入点和10个数字量输出点，最多可连接7个扩展模块，最大扩展值至168个数字量I/O点或38个模拟量I/O输入点，具有20KB程序和数据存储空间，6个独立的高速计数器，2个RS485通信/编程口，具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力，并具有PID功能，基本可以满足目前取水泵房控制分站的要求，并具有一定的扩展空间。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究4.取水泵房控制分站的I/O设计取水泵房控制分站中1#～5#PLC站点的I/O地址分配情况见表4.2-4.6。表4.2低压泵房1#PLC的I/O地址分配表Table4.2Theassignmentof1#PLCI/Oaddressinlow-pressurepumproom表4.3低压配电房2#PLC的I/O地址分配表Table4.3Theassignmentof2#PLCI/Oaddressinlow-voltagesubstations表4.4高压配电房3#PLC的I/O地址分配表Table4.4Theassignmentof3#PLCI/Oaddressinhigh-voltagesubstations17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究表4.5高压泵房4#PLC的I/O地址分配表Table4.5Theassignmentof4#PLCI/Oaddressinhigh-pressurepumproom表4.6高压泵房5#PLC的I/O地址分配表Table4.6Theassignmentof5#PLCI/Oaddressinhigh-pressurepumproom17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究5.取水泵房控制分站的PLC模块布局图及其硬件接线图（1）高压配电房3#PLC控制分站点该站点的PLC模块布局见图4.16，图中的M0代表PLC主控制器，M1代表4路模拟量输入模块，M2、M3、M4、M5与M1相同。图4.16高压配电房3#PLC控制站点模块布局图Fig.4.16Thelayoutof3#PLCinhigh-voltagesubstations高压配电房3#PLC硬件接线图见图4.17和图4.18。图4.17高压配电房3#PLC硬件接线图（一）Fig.4.17Thepictureof3#PLChardwarehookupinhigh-voltagesubstations(1)17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究图4.18高压配电房3#PLC硬件接线图（二）Fig.4.18Thepictureof3#PLChardwarehookupinhigh-voltagesubstations(2)（2）高压泵房4#PLC控制站点高压泵房4#PLC模块布局见图4.19，图中的M0代表PLC主控制器，M1代表4路模拟量输入模块，M2、M3、M4与M1相同。图4.19高压泵房4#PLC控制站点模块布局图Fig.4.19Thelayoutof4#PLCinhigh-pressurepumproom高压泵房4#PLC硬件接线图见图4.20和图4.21。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究图4.20高压泵房4#PLC硬件接线图（一）Fig.4.20Thepictureof3#PLChardwarehookupinhigh-pressurepumproom(1)图4.21高压泵房4#PLC硬件接线图（二）Fig.4.21Thepictureof3#PLChardwarehookupinhigh-pressurepumproom(2)高压配电房3#PLC控制分站点和高压泵房4#PLC17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究控制分站点的模块布局图、硬件接线图最复杂且具有代表性，其余的PLC控制分站点相对较为简单，本文篇幅有限，不再一一罗列。6.取水泵房控制分站的程序设计与调试[35]模块化编程最初应用于专业的计算机编程中，这种编程模式能够建立具有良好结构的程序，使程序具有较好的可读性和良好的可移植性，也利于后期的维护。PLC控制程序具有较大的重复率，若在PLC编程开发中引入模块化编程理念，可以减少编程的重复性，并有助于后期查找程序问题及扩展系统功能，可以消除编程中由于个性化、随意性带来的弊端。这种编程方法是先将整个控制任务按照功能划分为若干个程序模块，这些模块之间相互独立、功能单一且结构清晰，然后再逐个进行PLC编程，这就较大地降低了编程难度，并能够获得较高的程序质量。模块化编程采用由上而下、逐步分解的顺序进行编程。编写程序时，一般将PLC控制任务分为控制和执行两部分，控制部分的程序负责完成各类信号条件下的动作，而执行部分则根据控制信号发出执行命令，两者相互不干扰，容易查找程序错误。这两部分可以进行独立设计、调试及管理。开发阶段可以通过仿真模拟软件，单独调试模块程序；现场调试阶段可以通过在线方式监视各个模块的运行情况，以便于及时发现问题和修改程序，这就大大提高了编程效率并缩短了程序调试周期；系统性能改善阶段，若控制要求发生变化或增加时，只需要在相应的程序中修改或者增加功能模块即可，简单方便[15][16]。例如，低压泵房4#PLC控制分站中高压泵前轴承温度采集PLC程序见图4.22，其他数据信息的采集程序可在该程序模块的基础上修改相关参数即可使用。图4.224#PLC控制分站的高压泵前轴承温度采集PLC程序Fig.4.22Theprogrameoftemperaturegathringin4#PLC7.取水泵房控制分站的组态软件界面（1）取水泵房监控系统登录界面17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究为便于系统管理以及维护，保证供水系统稳定可靠地运行，系统设置了两级用户权限，其中包括操作员权限与管理员权限。操作员负责日常的生产监控，只具有设备操作和数据浏览的权限。管理员不仅具有操作员权限，还能够在线调整生产设备参数、设置用户和密码保护。当用户输入正确的用户名和口令后，即可登录系统，进入系统主界面。登录界面见图4.23。图4.23取水泵房分站监控系统登录界面图Fig.4.23Thelogininterfaceofwaterpumpingmonitoringsystem（2）取水泵房PLC控制站点监控系统主界面及功能用户进入监控系统主界面后，可以实时监测到各个PLC控制站点的工作情况，包括高压配电房、低压配电房、高压泵房机组、低压泵房机组以及排污泵的工作参数，见图4.24。该界面直观形象地为管理人员提供了现场控制系统各设备的工作情况。图4.24取水泵房分站监控系统主界面图Fig.4.24Themaininterfaceofwaterpumpingmonitoringsystem（3）高压配电房监控界面及功能用户用鼠标单击主界面中的高压配电房标签，即可进入高压配电房监控界面，见图17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究4.25。在该界面中，用户可以分别在电机图片、表格和仪表中，直观地监测到各高压泵机的启/停状态、各电机定子的三相电流和高压柜电压，便于管理人员实时了解高压配电房工作情况。图4.25取水泵房分站监控系统高压配电房监控界面图Fig.4.25Theinterfaceofhigh-voltagesubstationsinwaterpumpingmonitoringsystem（4）历史报警界面用户用鼠标单击主界面中的历史报警标签，即可进入历史报警界面，见图4.26。当现场设备出现异常，系统会自动报警并记录下来，用户可以在历史报警界面中，通过表格查询报警记录。图4.26取水泵房分站监控系统历史报警界面图Fig.4.26Theinterfaceofalarmhistoryinwaterpumpingmonitoringsystem4.3本章小结本章详细描述了供水管网SCADA系统的现场控制级各PLC控制分站点的控制要求及其控制方式，并以取水泵房PLC控制分站点为例，详细说明了该分站点的实现步骤，17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究其中包括控制功能分析、PLC硬件的选配、I/O分配、PLC程序设计、监控软件的制作与效果展示等内容，其他控制分站点的实现步骤与该站点基本相同，由于本文篇幅有限，不再详细说明。第五章供水管网SCADA通信系统的实现在SCADA系统中，具有优质的通信网络系统将能够保证数据通信的实时性与稳定性，因此设计经济合理的通信网络系统极为关键。通常SCADA系统通信过程包括现场测控网点仪表与下位机的通信、执行机构与下位机的通信、下位机与上位机的远程通信、监控中心内计算机之间的通信、远程客户端与监控中心Web服务器的通信。在上述通信过程中可以采用有线通信和无线通信方式。有线通信是借助有线介质（如电缆、线缆、光缆等）传送信息的方式，其特点是抗干扰能力强、，能够保证信号的可靠性和安全性，但是建设费用高。无线通信是借助无线介质（如电磁波、微波、红外线等）在自由空间中传送信息的方式。其特点是建设成本较低，但是易受外界干扰，信号的可靠性和安全性较差。本系统采用无线和有线相结合的通信方式，现场测控网点与下位机、执行机构与下位机、下位机与上位机之间距离较短，因此均采用有线通信方式；各管网测压点位置分散，远程终端设备（RTU）与监控中心服务器之间则采用无线通信方式。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究5.1有线通信系统的实现在本系统中，现场测控网点与下位机、执行机构与下位机之间的通信采用现场总线技术，构建了现场总线控制系统，使用的通信介质有2芯电缆、Profibus电缆；下位机与上位机、监控中心内计算机之间的通信采用Internet技术，使用的通信介质有超五类屏蔽双绞线、光缆。5.1.1现场总线技术现场总线是一种具有突出优势的工业数据总线，因此近年来被普遍应用于工业控制领域，其优势在于能较好地解决现场控制设备之间的数据通信问题，以及现场控制设备与上位机间的通信问题，网络体系结构简单，具有较强的容错能力、抗干扰能力以及测控精度。目前比较有影响的现场总线类型有基金会现场总线FF、过程现场总线Profibus、CAN、LonWorks、HART五种。由于本系统主要采用过程现场总线Profibus，因此本文只介绍Profibus的特性。5.1.2过程现场总线ProfibusProfibus（ProcessFieldbus）是由Siemens公司提出并极力推荐的一种开放而独立的现场总线标准，并不依赖于设备厂商的现场总线标准。与其他总线方式相比较，其最大的优点在于具有稳定的国际标准EN50170做保证。现已广泛应用于电力、交通、水处理、楼宇等自动化领域。过程现场总线Profibus的优点如下：（1）具有良好的开放性、可操作性和互换性通信协议公开，许多企业生产的设备都支持该协议，因此用户对系统的配置以及设备的选型均有最大的自主权，且对于系统的维护、扩充以及更换设备都很方便；（2）网络结构简单仅有4层的网络结构模型使设计和调试变得灵活简便，且节省硬件安装费用；（3）网络智能、高效、稳定在该网络体系中，由现场的智能设备以及执行机构来完成信号处理功能，并具备自行诊断功能，大大提高了容错能力；（4）对现场环境的适应性强17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究该方式专为工业现场环境而设计，因此具有较强的抗干扰能力，且可靠性和精确度较高。5.1.3Internet网络技术Internet也称为国际互联网，该网络将世界各地的计算机连接在一起，共享信息资源。这些计算机之间的通信是基于一些共同协议（如TCP/TP），并通过路由器、公共互联网等通信介质实现的。Internet是全球信息资源的总汇，它以相互交流信息资源为目的。5.2无线通信系统的实现[36]-[39]目前，本系统有30个管网测压点，中心控制室需要通过远程终端设备（RTU）采集数据和监控网点，但是测压点地理位置分散，如果采用有线通信方式，则存在建设周期长、成本高的缺陷，同时也不利于未来管网测压点的增加。相较而言，无线通信方式具有施工快捷、造价低廉、维护简单等优势，因此本系统选用无线通信方式进行远程终端数据采集和监控较为合理。5.2.1通信方式的分类及选择SCADA系统使用的无线通信方式有无线电台、800MHz无线集群、GSM、CDMA、GPRS，其通信方式的特点如下：（1）无线电台：该方式工作频率为230MHz，容易受到外界信号源干扰，通信质量比较差；建设成本高；覆盖范围小，需要建设较多的中继站；难以满足监控系统的实时性需求。（2）800MHz无线集群：该方式主要用于专网网络，在铁路、电力等系统已经大量应用，具有无需重组网络的优势，但是存在升级网络费用高、难度大的问题，且该方式通信质量较差、通信速率不高。（3）GSM：由欧洲开发专用于数字移动电话的网络标准，该标准的开发目的是为全球各地提供一个共同的移动电话网络标准，以便于用户使用一部手机即可能行遍全球，GSM也称为“全球通”。（4）CDMA：CDMA即码分多址传输技术，17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究它利用展频通讯技术减少手机之间的干扰，同时还可以增加用户容量，具有系统容量大、通话质量好、使用时间长、降低电磁波辐射对人体的伤害等优点，但是也存在多址干扰和“远-近”效应的缺陷。（5）GPRS：GPRS（GeneralPacketRadioService）即通用分组无线业务，是一种基于GSM上的数据承载和传输方式，它有效地将Internet技术和移动通信技术结合成为移动Internet网络。该方式支持高速率传输，且计费方式灵活，特别适用于间断、少量、突发性或频繁的数据传输。。系统在选用无线通信方式时可参考以下标准：（1）小区域内且实时性要求低的数据采集和监控系统，可选用专用数字集群方式；（2）小区域且实时性要求较高的数据采集和监控系统，可选用专用数字或模拟的数字传输电台方式；（3）大区域传输和实时性要求不高的数据采集和监控系统，可选用GSM、CDMA、GPRS平台方式。根据本系统管网测控点数及其覆盖区域的大小，可以考虑选用GSM、CDMA、GPRS平台方式。鉴于GPRS相较GSM、CDMA，它能够更有效地利用无线网络信道资源，具有“实时在线”特点，特别适用于具有小流量、高频率传输特性要求的远程监控数据业务，且计费方式灵活。因此本系统选用GPRS无线通信方式实现远程终端设备与中心控制室服务器的连接，以达到中心控制室对管网测控点水压数据采集与监控的目的。5.2.2GPRS无线通信方式[40]-[45]1.GPRS数据通信原理GPRS网络是在原有的GSM网络基础上构建的，该网络的实时性和稳定性都有了较大的提高，更适用于SCADA系统。GPRS网络的结构是在原有的GSM网络结构上增加了一层，包括边界关口、域名系统、计费网关、分组控制单元、网关支持节点和服务支持节点，见图5.1。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究图5.1GPRS网络结构原理图Fig5.1ThestructureofGPRSnetworktheorySCADA系统中的GPRS无线通信系统包括工作站计算机、企业局域网专网、控制中心服务器、Internet公共网络、中国移动通信网络（GPRS网络）、远程终端设备（内含数据采集与控制系统以及GPRS通讯模块）等，该系统的GPRS网络拓扑结构见图5.2。图5.2GPRS网络拓扑结构图Fig5.2ThepictureofGPRSnetworktopologystructure在该系统中可实现自下而上的数据采集与监测功能，同时也可以实现自上而下的控制功能。其自下而上的数据采集与监测的工作原理是：由远程终端设备（RTU）实时采集现场数据，而数据经过加密、压缩处理以及整合之后，将会通过RTU内的17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究GPRS通信模块传输给GPRS网络，GPRS网络对数据进行处理、打包后，最终将数据以GPRS数据包的形式发送到Internet上，并寻找到指定（IP地址）中心服务器，中心服务器通过数据接收软件进行数据接收，并转发到内部网络中的指定数据服务器。数据服务器中的数据处理软件将数据进行解密、解压，即可还原原始数据。将系统也可以对数据以及指令进行反向传输，即可实现远程控制目的。远程终端设备（RTU）要与中心控制室服务器通讯，则必须在RTU的通信模块中插入SIM卡并充值开通，SIM卡是由移动公司发售的移动终端身份认证卡。在SCADA系统中仅需要保留数据业务，其他的业务例如语音等都可以关闭，计费方式有按时计费、包月套餐等，一般情况下选择包月套餐较为经济。2．GPRS组网方式GPRS网络的IP地址是动态分配的内网地址，若组建监控系统时，GPRS终端设备和监控中心主机均同时使用动态IP地址，则无法通信。因此可将主机的IP地址设置为固定IP地址，终端设备的IP地址设置为动态IP地址。目前GPRS网络有以下5种组网方式：（1）公网固定IP方式在该组网方式中，主机是固定的公网IP地址，终端设备是GPRS网内的动态IP地址。通信时，先由终端设备发起连接，待获取动态IP地址后，将该地址发送给主机，则可以实现双向通信。用户需先向网络运营商申请ADSL。其优点是：可利用现有网络资源、组网简单、通讯快捷、运行稳定可靠；其缺点是：必须设置固定IP地址，总体运营成本较高，不适用于中小型用户。对于安全性要求适中、实时性要求较高的大型用户比较适合采用该组网方式。（2）公网动态IP+DNS解析方式在该组网方式中，主机是动态的公网IP地址，需要借助公网动态DNS。通信时，先由终端设备通过域名寻址方式与DNS服务器进行连接，再通过DNS服务器与主机的公网动态IP建立连接。用户需先联系DNS服务商以开通动态域名，其优点是：通讯费用低、通讯速度适中、通讯质量较为稳定，经济实惠，适合小型用户；其缺点是：稳定性受制于DNS服务器。（3）GPRS专线方式17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究在该组网方式中，主机通过专线接入GPRS网络，它具有固定的GPRS内网IP地址。其通信过程类似于公网固定IP方式，不同之处在于通信过程与公网无关，仅发生在GPRS网内。GPRS专线优势在于具有稳定的通信质量和快捷的通信速度，且能够保证数据的安全性，其劣势在于系统的初期建设投入成本较高，比较适用于对实时性、安全性要求较高的场合。（4）GPRS动态IP的方式在该组网方式中，主机通过无线方式获取动态的GPRS内网IP地址。终端设备先通过域名寻址的方式与GPRS内网的DNS服务器进行连接，再通过DNS服务器搜寻主机的动态IP地址，再建立连接。在该方式中，用户应先联系移动的DNS服务商，开通移动动态域名后，在监控中心内部建立GPRS模块，以作为接收端。其优点是：可以减少固定IP费用；其缺点是：稳定性及实时性较差，且要在提供DNS解析服务的省市才能使用，仅适合小型用户。（5）绑定IP地址方式在该组网方式中，SIM卡号需与主机的IP地址绑定，主机通过无线方式接入GPRS网络获取GPRS内网的静态IP地址，它的通信过程类似于GPRS专线方式。使用此方式的用户需先向移动运营商申请APN专网业务，由运营商为用户分配专用的APN，用户得到APN后，为所有的终端设备和监控中心设置运营商内部的固定IP。其优点是：由于所有数据都在GPRS的APN内网中传输，不需要经过公网，因此安全性能较强、性价比高。在以上组网方式中，采用专线方式能够使通信系统具有最好的实时性及安全性，绑定IP地址的方式居中，而动态IP的方式通信速率较低。在实际应用中需求根据实际情况来选用组网方式，以达到较高的性价比。本系统采用绑定IP地址方式，移动公司对各管网测试点包月计费，这种组网方式既能够满足系统的安全性、实时性要求，同时还能够满足用户经济实用的要求。3.GPRS的特点GPRS相较于其他无线通信方式，具有其优势，特别适用于设备及监控点分散、无人值守的远程监控系统，其特点具体如下：（1）登录快捷：GPRS终端用户一开机，只需要一个1～3秒的激活过程，即可实现网络连接，比固定拨号方式快捷省时；17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究（2）实时在线：即终端用户与网络始终保持联系，省去普通拨号上网出现断线时需重新拨号的麻烦；（3）高速传输：由于GPRS采用分组交换技术，在理想状态下，速率最高可达到171.2Kbps；（4）覆盖区域广：由于GPRS是在GSM基础上建立起来的，它已经基本覆盖完所有的GSM网络，即使是偏远地区也能够到达；（5）计费灵活：可根据用户需求制定收费标准，既可以按照用户收发数据包的数量进行收费，即没有数据流量时，用户即时在线也不收取费用，也可以包月收费，远程监控多采用包月方式计费；（6）安全性能高：由于系统在数据的传输过程中加入加密的机制，因此数据在公网上传输可以保证安全；（7）可靠性能强：系统具有纠错、重发、自动回复等功能，可以保证数据的完整性、正确性与稳定性；（8）灵活方便：系统可实现点对点、点对多点、中心对多点的数据传输；（9）可移动性：企业可以自由分配所有设备地址，运营商无权干涉；（10）无人值守：系统可实现双效数据的传输，进行远程控制，无需人员值守。当然，该网络方式也不是无懈可击，仍然存在丢包现象，但是瑕不掩瑜，在SCADA系统中采用GPRS无线通讯方式实现远程终端设备（RTU）的数据采集与监控仍是目前的主流方式。5.3通信协议5.3.1过程现场总线Profibus通信协议Profibus提供了3种通信协议：Profibus-DP、Profibus-PA、Profibus-FMS。（1）Profibus-DP：用于PLC与分散式I/O之间的通信，可实现数据的高速传输；（2）Profibus-PA：用于过程自动化系统的通信，，适用于通信速率要求低、防爆安全要求高的过程控制场合，并可提供总线供电；（3）Profibus-FMS：用于车间级监控网络（PLC与PC）的通信，具有中等传输速度，但是由于设置和编程较繁琐，目前使用较少。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究在本系统中，采用Profibus-DP和Profibus-PA通信协议，如现场测量仪表（如电流表、电压表、温度计、流量计等）与PLC控制站间、PLC与继电器间、继电器与水泵接触器间的通信。5.3.2TCP/IP协议传输控制协议（TCP）是为同一网络中或者连接到一个互联网络系统的成对计算机提供可靠的主机到主机的通信协议，其目的是为驻留在不同主机的进程之间提供可靠的、面向连接的数据传送服务。在网络体系结构中，TCP的上面是应用程序，下层是IP协议，TCP可以根据IP协议提供的服务传送大小不等的数据，IP协议负责对数据分段、重组，在多种网络上传送。[2]本系统中，主站系统内部计算机之间的通信，以及现场控制系统与主站系统之间的通信是通过基于TCP/IP协议的Internet实现的。5.4本章小结本章简单介绍了SCADA系统中经常采用的各种通信介质、通信方式及通信协议，并对本供水管网SCADA系统中各子系统内部、子系统之间的通信系统结构与实现方式进行了说明。第六章总结及展望6.1总结本论文根据玉林市供水公司的需求，设计并构建了一套经济实用的供水管网SCADA系统，该系统基于PLC控制技术，它具有以下特点：1．具有监测供水管网各测压点水压以及监控自来水生产过程的功能；2．实时反映软硬件设备的状态，以便于管理人员及时进行系统的维护；3．自动记录水压的变化情况并存入历史数据库中，为建立有效的“城市供配水系统数学模型”提供历史依据；4．当出现水压异常或设备异常时，系统自动报警，并提供事故应急处理方案；5．具有稳定可靠的通信系统，能够保证数据信息传输的实时性与准确性。该供水管网SCADA系统为玉林市供水公司实现生产的自动化与智能化，并对17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究供水调度系统进行优化，大大提高玉林市供水公司的生产效率及其管理水平，为合理有效地利用水资源提供科学依据。6.2展望玉林市供水公司的供水管网SCADA系统已经试运行半年时间，据公司反映，系统运行稳定，较大地提高了自来水的生产效率和供水质量，但是系统仍有需要完善的地方，如：1.由于系统采集的实时数据和历史数据量非常大，服务器需要大容量的硬盘，目前的解决方案是要求管理人员定期整理数据、备份数据、清空硬盘，后期要寻求并采用更加方便以及合理的解决方案。2.通过对供水管网水压变化的历史数据的存储、整理与分析，尽可能地建立一个科学适用的供配水系统数学模型，为优化供水管网调度系统提供科学依据，最终实现合理利用水资源的目的。17 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广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究致谢持着在工程实践中学习的态度，终于完成了这篇论文。虽然仍存在一些不足之处，但是当中却凝聚了许多心血。在论文完稿之际，我借此机会向曾经关心、支持、帮助及鼓励过我的老师、同事、同学和朋友们致以诚挚的谢意和衷心的祝福。首先我要衷心地感谢一直关心和指导我的老师李啸骢教授、海涛老师、高革武高级工程师，在他们的耐心指导以及悉心教诲下，我才得以顺利地完成了这篇论文。李教授深厚的学术造诣、严谨的治学态度、持之以恒的钻研精神深深地影响着我，他不仅传授了我专业知识，还教会了我做人的道理，这让我在今后的学习、工作以及生活中终生受益。同时也感谢学院里所有教育过我的老师，他们所教授的专业知识为论文的完成打下了坚实的基础。此外，还要感谢玉林市城北自来水公司、南宁市能迪科技有限公司、南宁市陈村自来水厂、南宁市凌铁水厂、南宁市生源泵站、南宁市绿城水务公司的李定驱主任对我的大力支持与帮助，他们为我提供了难得的工程实践机会。最后，要特别感谢我的父母和亲人，他们在我的求学道路上一直默默地陪伴和支持着我，他们是我坚强的后盾，并不断地给予我前进的动力。虽然论文写作期间我遇到了不少困难和挫折，但是却让我变得更加坚强和自信。在今后的征程中，无论会面临怎样的困难，我都将满怀信心、坚定不移的走下去。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究攻读学位期间发表的学术论文[1]黄小芹.EWB在中职学校《电子技术基础》课程教学中的辅助作用.中国科技财富（CN11-4777/N），2009,9（90）.17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名：日期：毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解**学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名：指导教师签名：日期：日期：17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：　　　　　日　期：　　　　　指导教师签名：　　　　　日　　期：　　　　　使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：　　　　　日　期：　　　　　17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。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后果由本人承担。作者签名：日期：年月日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　　　　大学可以将本学位论文的全部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。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究独创声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不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。本声明的法律后果由本人承担。 作者签名:二〇一〇年九月二十日 毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解**学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定） 作者签名:二〇一〇年九月二十日17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究基本要求：写毕业论文主要目的是培养学生综合运用所学知识和技能，理论联系实际，独立分析，解决实际问题的能力，使学生得到从事本专业工作和进行相关的基本训练。毕业论文应反映出作者能够准确地掌握所学的专业基础知识，基本学会综合运用所学知识进行科学研究的方法，对所研究的题目有一定的心得体会，论文题目的范围不宜过宽，一般选择本学科某一重要问题的一个侧面。毕业论文的基本教学要求是：1、培养学生综合运用、巩固与扩展所学的基础理论和专业知识，培养学生独立分析、解决实际问题能力、培养学生处理数据和信息的能力。2、培养学生正确的理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度。3、培养学生进行社会调查研究；文献资料收集、阅读和整理、使用；提出论点、综合论证、总结写作等基本技能。毕业论文是毕业生总结性的独立作业，是学生运用在校学习的基本知识和基础理论，去分析、解决一两个实际问题的实践锻炼过程，也是学生在校学习期间学习成果的综合性总结，是整个教学活动中不可缺少的重要环节。撰写毕业论文对于培养学生初步的科学研究能力，提高其综合运用所学知识分析问题、解决问题能力有着重要意义。毕业论文在进行编写的过程中，需要经过开题报告、论文编写、论文上交评定、论文答辩以及论文评分五个过程，其中开题报告是论文进行的最重要的一个过程，也是论文能否进行的一个重要指标。撰写意义：17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究1.撰写毕业论文是检验学生在校学习成果的重要措施，也是提高教学质量的重要环节。大学生在毕业前都必须完成毕业论文的撰写任务。申请学位必须提交相应的学位论文，经答辩通过后，方可取得学位。可以这么说，毕业论文是结束大学学习生活走向社会的一个中介和桥梁。毕业论文是大学生才华的第一次显露，是向祖国和人民所交的一份有份量的答卷，是投身社会主义现代化建设事业的报到书。一篇毕业论文虽然不能全面地反映出一个人的才华，也不一定能对社会直接带来巨大的效益，对专业产生开拓性的影响。但是，实践证明，撰写毕业论文是提高教学质量的重要环节，是保证出好人才的重要措施。2.通过撰写毕业论文，提高写作水平是干部队伍“四化”建设的需要。党中央要求，为了适应现代化建设的需要，领导班子成员应当逐步实现“革命化、年轻化、知识化、专业化”。这个“四化”的要求，也包含了对干部写作能力和写作水平的要求。3.提高大学生的写作水平是社会主义物质文明和精神文明建设的需要。在新的历史时期，无论是提高全族的科学文化水平，掌握现代科技知识和科学管理方法，还是培养社会主义新人，都要求我们的干部具有较高的写作能力。在经济建设中，作为领导人员和机关的办事人员，要写指示、通知、总结、调查报告等应用文；要写说明书、广告、解说词等说明文；还要写科学论文、经济评论等议论文。在当今信息社会中，信息对于加快经济发展速度，取得良好的经济效益发挥着愈来愈大的作用。写作是以语言文字为信号，是传达信息的方式。信息的来源、信息的收集、信息的储存、整理、传播等等都离不开写作。论文种类：17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究毕业论文是学术论文的一种形式，为了进一步探讨和掌握毕业论文的写作规律和特点，需要对毕业论文进行分类。由于毕业论文本身的内容和性质不同，研究领域、对象、方法、表现方式不同，因此，毕业论文就有不同的分类方法。按内容性质和研究方法的不同可以把毕业论文分为理论性论文、实验性论文、描述性论文和设计性论文。后三种论文主要是理工科大学生可以选择的论文形式，这里不作介绍。文科大学生一般写的是理论性论文。理论性论文具体又可分成两种：一种是以纯粹的抽象理论为研究对象，研究方法是严密的理论推导和数学运算，有的也涉及实验与观测，用以验证论点的正确性。另一种是以对客观事物和现象的调查、考察所得观测资料以及有关文献资料数据为研究对象，研究方法是对有关资料进行分析、综合、概括、抽象，通过归纳、演绎、类比，提出某种新的理论和新的见解。按议论的性质不同可以把毕业论文分为立论文和驳论文。立论性的毕业论文是指从正面阐述论证自己的观点和主张。一篇论文侧重于以立论为主，就属于立论性论文。立论文要求论点鲜明，论据充分，论证严密，以理和事实服人。驳论性毕业论文是指通过反驳别人的论点来树立自己的论点和主张。如果毕业论文侧重于以驳论为主，批驳某些错误的观点、见解、理论，就属于驳论性毕业论文。驳论文除按立论文对论点、论据、论证的要求以外，还要求针锋相对，据理力争。按研究问题的大小不同可以把毕业论文分为宏观论文和微观论文。凡届国家全局性、带有普遍性并对局部工作有一定指导意义的论文，称为宏观论文。它研究的面比较宽广，具有较大范围的影响。反之，研究局部性、具体问题的论文，是微观论文。它对具体工作有指导意义，影响的面窄一些。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究另外还有一种综合型的分类方法，即把毕业论文分为专题型、论辩型、综述型和综合型四大类：1．专题型论文。这是分析前人研究成果的基础上，以直接论述的形式发表见解，从正面提出某学科中某一学术问题的一种论文。如本书第十二章例文中的《浅析领导者突出工作重点的方法与艺术》一文，从正面论述了突出重点的工作方法的意义、方法和原则，它表明了作者对突出工作重点方法的肯定和理解。2．论辩型论文。这是针对他人在某学科中某一学术问题的见解，凭借充分的论据，着重揭露其不足或错误之处，通过论辩形式来发表见解的一种论文。3．综述型论文。这是在归纳、总结前人或今人对某学科中某一学术问题已有研究成果的基础上，加以介绍或评论，从而发表自己见解的一种论文。4．综合型论文。这是一种将综述型和论辩型两种形式有机结合起来写成的一种论文。如《关于中国民族关系史上的几个问题》一文既介绍了研究民族关系史的现状，又提出了几个值得研究的问题。因此，它是一篇综合型的论文。写作步骤：毕业论文是高等教育自学考试本科专业应考者完成本科阶段学业的最后一个环节，它是应考者的总结性独立作业，目的在于总结学习专业的成果，培养综合运用所学知识解决实际问题的能力。从文体而言，它也是对某一专业领域的现实问题或理论问题进行科学研究探索的具有一定意义的论说文。完成毕业论文的撰写可以分两个步骤，即选择课题和研究课题。首先是选择课题。选题是论文撰写成败的关键。因为，选题是毕业论文撰写的第一步，它实际上就是确定“写什么”的问题，亦即确定科学研究的方向。如果“写什么”不明确，“怎么写”就无从谈起。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究教育部自学考试办公室有关对毕业论文选题的途径和要求是“为鼓励理论与工作实践结合，应考者可结合本单位或本人从事的工作提出论文题目，报主考学校审查同意后确立。也可由主考学校公布论文题目，由应考者选择。毕业论文的总体要求应与普通全日制高等学校相一致，做到通过论文写作和答辩考核，检验应考者综合运用专业知识的能力”。但不管考生是自己任意选择课题，还是在主考院校公布的指定课题中选择课题，都要坚持选择有科学价值和现实意义的、切实可行的课题。选好课题是毕业论文成功的一半。第一、要坚持选择有科学价值和现实意义的课题。科学研究的目的是为了更好地认识世界、改造世界，以推动社会的不断进步和发展。因此，毕业论文的选题，必须紧密结合社会主义物质文明和精神文明建设的需要，以促进科学事业发展和解决现实存在问题作为出发点和落脚点。选题要符合科学研究的正确方向，要具有新颖性，有创新、有理论价值和现实的指导意义或推动作用，一项毫无意义的研究，即使花很大的精力，表达再完善，也将没有丝毫价值。具体地说，考生可从以下三个方面来选题。首先，要从现实的弊端中选题，学习了专业知识，不能仅停留在书本上和理论上，还要下一番功夫，理论联系实际，用已掌握的专业知识，去寻找和解决工作实践中急待解决的问题。其次，要从寻找科学研究的空白处和边缘领域中选题，科学研究。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究还有许多没有被开垦的处女地，还有许多缺陷和空白，这些都需要填补。应考者应有独特的眼光和超前的意识去思索，去发现，去研究。最后，要从寻找前人研究的不足处和错误处选题，在前人已提出来的研究课题中，许多虽已有初步的研究成果，但随着社会的不断发展，还有待于丰富、完整和发展，这种补充性或纠正性的研究课题，也是有科学价值和现实指导意义的。第二、要根据自己的能力选择切实可行的课题。毕业论文的写作是一种创造性劳动，不但要有考生个人的见解和主张，同时还需要具备一定的客观条件。由于考生个人的主观、客观条件都是各不相同的，因此在选题时，还应结合自己的特长、兴趣及所具备的客观条件来选题。具体地说，考生可从以下三个方面来综合考虑。首先，要有充足的资料来源。“巧妇难为无米之炊”，在缺少资料的情况下，是很难写出高质量的论文的。选择一个具有丰富资料来源的课题，对课题深入研究与开展很有帮助。其次，要有浓厚的研究兴趣，选择自己感兴趣的课题，可以激发自己研究的热情，调动自己的主动性和积极性，能够以专心、细心、恒心和耐心的积极心态去完成。最后，要能结合发挥自己的业务专长，每个考生无论能力水平高低，工作岗位如何，都有自己的业务专长，选择那些能结合自己工作、发挥自己业务专长的课题，对顺利完成课题的研究大有益处。17 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究致谢这次论文的完成，不止是我自己的努力，同时也有老师的指导，同学的帮助，以及那些无私奉献的前辈，正所谓你知道的越多的时候你才发现你知道的越少，通过这次论文，我想我成长了很多，不只是磨练了我的知识厚度，也使我更加确定了我今后的目标：为今后的计算机事业奋斗。在此我要感谢我的指导老师——***老师，感谢您的指导，才让我有了今天这篇论文，您不仅是我的论文导师，也是我人生的导师，谢谢您！我还要感谢我的同学，四年的相处，虽然我未必记得住每分每秒，但是我记得每一个有你们的精彩瞬间，我相信通过大学的历练，我们都已经长大，变成一个有担当，有能力的新时代青年，感谢你们的陪伴，感谢有你们，这篇论文也有你们的功劳，我想毕业不是我们的相处的结束，它是我们更好相处的开头，祝福你们！我也要感谢父母，这是他们给我的，所有的一切；感谢母校，尽管您不以我为荣，但我一直会以我是一名农大人为荣。通过这次毕业设计，我学习了很多新知识，也对很多以前的东西有了更深的记忆与理解。漫漫求学路，过程很快乐。我要感谢信息与管理科学学院的老师，我从他们那里学到了许多珍贵的知识和做人处事的道理，以及科学严谨的学术态度，令我受益良多。同时还要感谢学院给了我一个可以认真学习，天天向上的学习环境和机会。即将结束*大学习生活，我感谢****大学提供了一次在**大接受教育的机会，感谢院校老师的无私教导。感谢各位老师审阅我的论文。17'