基于PLC的供水管网SCADA系统的研究硕士学位毕业论文 97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研究对象，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、现场控制系统和通讯系统三部分组成，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。现场监控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。本论文详细阐述了玉林市自来水公司SCADA系统的设计方案及实施步骤，对其他供水公司建立供水管网SCADA系统具有一定的借鉴意义。该系统在试运行过程中稳定可靠，有效地提高了供水公司的生产效率，达到有效合理利用水资源的目的。关键词：SCADA系统PLCGPRS网络RTUIII ReserchofWaterPipeNetworkSCADASystemBasedonPLCAbstractSCADA（SupervisoryControlAndAcquisition）Systemisanewinformationsciences,whichissupportedbycomputertechnology,communicationtechnologyandautomatictechnology.Withtheusedoftelecommand,teleadjusting,teleindicationandtelemeteringintheSCADASysterm,theproductioninproveeffectively.Soinrencentyears,SCADASystermhasbeenwidelyappliedinmanyfieldsofourcountry,especiallytheindustialproductionfield.Alongwiththeincreasingofpopulationinthecity,thetrationalwatersupplysystemhasfaildtomeetthedemandsofthepeopleandthefactories.IftheSCADASystemusedinwatersupplynetwork,itcanimprovethemanagementlevelandsatisfythedemandsofwater.ThispaperistalkingabouthowtobuiltaSCADASystemintheYulinwater-supplycompany.Itcontainsthreeparts,whichisthemasterstationsystem,thePLCcontrolsystemandthecomunicationsystem.Thefirstismasterstationsystem,itcangettheinformationofthewaternetworkthroughRTUandGPRSnetwork，anditalsocanhelpthemanagermakingtherightdecitionsofwatersupply.ThesecondisPLCcontrolsystem,itletthemanagerknowsthewholewaterproductionprocessdirectlyandvividly,anditalsocancontroltheequipmentautomaticallybyPLC.Thelastiscomunicationsystem,itcontainsIII theInternet,GPRSwirelessnetworkandprofibus,itcanhelpthesystemtotransmitinformation.ThissystemrunsstablyandeffectivelyintheYlinwanter-supplycompany.Maybethispapercanhelptheotherwater-supplycompanieswhichwanttouseSCADASystem.Keyword：SCADASystemPLCGPRSNetworkRTUIII89 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错误！未定义书签。2.1.2管理信息分析错误！未定义书签。2.1.3系统性能分析错误！未定义书签。2.1.4系统的开发步骤2.2供水管网SCADA系统的架构设计错误！未定义书签。2.2.1SCADA系统的构成错误！未定义书签。2.2.2SCADA系统的主站系统设计错误！未定义书签。2.2.3SCADA系统的控制系统设计错误！未定义书签。2.2.4SCADA系统的通讯系统设计错误！未定义书签。2.2.5SCADA系统的远程终端单元系统设计错误！未定义书签。2.3本章小结错误！未定义书签。第三章供水管网SCADA主站系统的实现错误！未定义书签。3.1SCADA系统硬件构成及实现错误！未定义书签。3.1.1通讯前置系统3.1.2工程师工作站3.1.3生产调度工作站3.1.4监控工作站3.1.5实时数据库服务器3.1.6历史数据库服务器89 3.1.7WEB服务器3.2SCADA系统软件构成及实现错误！未定义书签。3.2.1开发工具的选用与介绍3.2.2系统数据库的构建与实现3.2.3系统界面设计与功能的实现3.2.3系统安全性的设计与实现3.2.3系统的安装与调试3.3本章小结错误！未定义书签。第四章供水管网SCADA控制系统的实现错误！未定义书签。4.1STEP7编程软件简介及设备选型错误！未定义书签。4.1.1STEP7编程软件简介错误！未定义书签。4.1.2设备选型错误！未定义书签。4.2PLC控制站功能的实现错误！未定义书签。4.2.1供水管网PLC控制站功能错误！未定义书签。4.2.2PLC控制站硬件电路设计错误！未定义书签。4.3模块化编程错误！未定义书签。4.4PLC控制站程序设计流程与分析错误！未定义书签。4.5本章小结错误！未定义书签。第五章供水管网SCADA通讯系统的实现错误！未定义书签。5.1有线系统的实现错误！未定义书签。5.2无线系统的实现错误！未定义书签。5.3网络系统的实现错误！未定义书签。5.4本章小结错误！未定义书签。第六章供水管网SCADA系统远程终端单元的实现错误！未定义书签。6.1远程信号错误！未定义书签。6.2远程测量错误！未定义书签。6.3远程命令错误！未定义书签。6.4远程调节错误！未定义书签。6.5本章小结错误！未定义书签。89 第七章总结及展望错误！未定义书签。7.1总结错误！未定义书签。7.2展望错误！未定义书签。参考文献错误！未定义书签。致谢错误！未定义书签。攻读学位期间发表的学术论文错误！未定义书签。89 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项目的背景及意义水是自然界一切生命赖以生存的不可替代的物质，也是社会发展不可缺少的重要资源。而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突显。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达2000亿元。因此，如何高效地利用及分配水资源，以解决城市经济发展的需求并满足人民生活的需要是城市供水公司需要迫切解决的问题。随着城市的日渐扩大以及人口的逐步增加，城市供水公司传统的管理模式即人工管理模式，已经无法实现高效管理水资源，以满足提高供水质量、节能降耗的要求。因此，城市供水公司今后采用现代信息技术实现高效管理水资源是必然趋势。SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition，监控与数据采集）系统，是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，它可以对现场的运行设备进行监视和控制，能够实现数据采集、测量、各类信号报警、设备控制以及参数调节等各项功能。将SCADA应用于供水系统可以高效地解决水资源的供需问题，它可以实时监测与分析配水全过程主要设备的运行情况和运行参数，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。基于SCADA系统的优势，目前国内大中型城市供水公司已经普遍采用SCADA系统管理供水系统提高供水效率。本人在该项目中主要负责SCADA现场控制系统中的取水泵房分站的设计与实施工作，该部分的工作内容包括对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，在试运行期间工作正常。89 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随着现代科学技术的进步，发达国家早已将现代化信息技术引入工业生产的各个环节，并取得了较快的发展。在我国经济建设飞速发展的今天，用现代信息技术改造传统产业并大力倡导工业自动化，已经成为不可逆转的趋势。但是，由于我国各区域经济发展的不平衡，目前各城镇的供配水自动化水平差异较大，一些发达城镇的大型水厂，其自动化程度很高，但是一些小城镇的水厂，尤其是落后地区的小型水厂，其自动化程度较低，甚至是空白。虽然有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）由于资金问题，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，但是存在安装难、维护难等问题，若在使用过程中出现故障，经常无法修复，最终造成经济损失；（3）由于控制系统的监控以及通讯功能存在极大不足，系统无法真正有效地提高生产效率；（4）由于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，则应建立合理的供配水管网系统数学模型。因此，要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系统，这是未来的发展趋势。该综合系统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。近年来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，最终让供水公司实现了逐步投入资金建设SCADA系统的构想。89 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将用七个章节来详细阐述供水管网SCADA系统的设计与实现，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、通讯系统、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通讯系统的实现本章主要介绍了SCADA系统中所采用的通讯介质、通讯方式、通讯协议以及不同通讯系统构建方法。第六章：供水管网SCADA系统远程终端单元的实现本章主要介绍了SCADA系统需要远程采集和测量的信号数据以及控制命令等，并简单介绍了系统所采用的检测仪表与电控设备。第七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。89 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随着社会的进步，城镇人口逐渐增多，人民生活水平逐步提高，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。虽然，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水。近年来，SCADA系统在供水管网中得到广泛采用，相比其他的现代自动化化控制系统，它具有明显优势。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如图2.1所示。水源取水净水输配水用户图2.1自来水生产过程框图由上图可知，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）输配水过程：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，如图2.2所示。89 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自来水生产流程图在自来水生产过程中，以净水厂的生产工艺最为复杂，其工艺流程如图2.3所示。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从上图中可知，净水工艺包括混凝、沉淀、过滤和消毒四个过程，而每个工艺过程都会直接影响最终的水质，传统的人工管理方式只能够满足小规模的用水需求，但随着城镇规模的迅速扩大和生产工艺日益复杂，传统的人工监控与调度方式已经难以满足要求，若在自来水生产中引入SCADA系统，则可以大大提高生产效率，达到高效利用水资源的目的。因此，在设计SCADA系统时应首先做好需求分析，确定系统建设目标。本系统的建设目标是：（1）对自来水公司生产过程与日常对外服务过程中所产生的信息和数据进行科学的整理，努力提高对供水管线的管理水平；（2）要求系统能够存储全部管网图形和属性信息，并可随时更新，能方便对管网信息进行双向查询，能对自来水爆管事故提出应急方案与工程意见；（3）探索利用系统对自来水漏水区进行预测，对水质污染源的查询提供线索．在此基础上逐步实现管网平差与自来水优化调度功能；（4）系统的建立力求达到用户受益、企业受益、职工受益的总体目标。89 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2.1.1供水公司的需求分析本文以玉林市自来水公司城北水厂为研究对象，我们将根据该公司的预算资金及需求，设计经济适用的供水管网SCADA系统，实现对整个供水系统的自动监控、预测、管理以及优化调度。2.4SCADA系统设计前，先了解该供水公司的制水工艺流程，玉林市城北水厂生产工艺流程框图如图2.4所示。2.4玉林市城北水厂生产工艺流程框图图玉林市城北水厂制水工艺流程如图2.5所示。2.5玉林市城北水厂制水工艺流程图从以上两幅流程图中，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：89 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）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，并需要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，并需要监控静态管事混合器和加氯机。（3）混凝沉淀过程：需要监控混合、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：需要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、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、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89 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究根据公司生产调度中心调度生产指挥的需求，要求系统对自来水管网及各水厂能够数据采集以下信息：合理分布在自来水管网上的测压信号（管网压力），各水厂泵的运行参数、电源供电情况、耗电量、当前功率因素、水厂进/出水量、原水浊度、出厂水浊度、余氯、PH值等。（2）数据传输功能将现场采集到的数据，或直接或通过各生产调度分系统，实时地传递到生产调度中心主系统。（3）数据显示及分析功能生产调度中心主系统将获得的个类信息及数据，经过分析、加工直观地、动画地显示出来，供生产调度指挥人员使用。（4）报警功能系统可对各水厂机泵运行异常，如电压、电流的不足或过载等，管网压力不足或超限进行及时报警。（5）历史数据的存储、检索、查询及分析功能根据公司生产调度中心调度生产指挥，和检索、查询及分析历史数据的需求，系统应具备实现历史数据的存储、检索、查询及分析功能。（6）报表显示及打印功能系统可自动生成各种生产情况的日月年报表，并可随时打印。（7）遥控功能根据公司生产调度中心调度生产指挥的需求，系统操作人员可在生产调度中心实现对有关水泵实现开停遥控。（8）网络功能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是在GIS（城市供配水管网地理信息系统）基础上开发的，在该系统的设计及建设当中，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89 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。（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。89 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2.1.4系统的开发步骤本供水管网SCADA系统的开发将分可行性研究分析阶段、初步设计阶段、详细设计阶段、系统实施阶段、系统测试阶段、系统运行维护阶段六个步骤进行，开发系统时不是完全按照这六个阶段的先后顺序直线进行的，而是发现一个环节出现问题或者不足之处时，都要回到相应的阶段进行修改和完善。SCADA系统设计与开发步骤流程如图2.6所示。图2.6SCADA系统设计与开发步骤流程图2.2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，本系统结构如图2.7所示。89 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系统结构图从上图中可知，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；第三个部分数据通信网络，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。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。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）生产调度工作站：负责进行生产调度管理，确保系统正常运行；89 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）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；（2）WEB服务器：提供网上信息浏览服务；（3）数据库系统：保存历史数据、实时数据的服务器；（4）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。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主站软件管理系统包括8个管理子系统，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主站软件管理系统框图（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，以实现对当前系统的工作情况、生产调度情况的实时监控。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、查询和比较相关数据信息，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89 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。（1）管网数据管理子系统数据管理子系统主要负责完成数据信息的采集、传输、显示、分析、打印等功能。数据采集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。（2）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。（3）管网事故处理子系统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制定出有效的处理方案，排除故障。（4）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。（5）管网通讯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，供其他系统使用。（6）管网生产调度子系统生产调度子系统利用数学模型优化管网控制系统，合理调度各个水泵站的水泵组，以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历史数据。89 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2.2.3SCADA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。图2.9现场控制系统PLC控制分站设计流程框图本系统的现场控制系统设计框图如图2.10所示。如图2.10现场控制系统设计框图89 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究在设计现场控制级时，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控制分站的设置以及选型非常重要。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生产工艺流程以及实际情况选用合适的通信系统。由于该供水公司需要监控的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；现场控制站点需要测试数据信息数量多、控制设备种类多，则采用现场总线通信方式；控制中心采用以太网；控制中心与现场控制站点之间采用有线通信方式。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还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，它从属于现场控制系统，在系统中起着重要作用，一般由各智能节点所组成，它的功能是采集测控点相关数据、直接控制现场设备或生产过程。远程终端装置RTU（RemoteTerminalUnit)，是构成企业综合自动化系统（SAS/SCADA）的核心专置；通常RTU是由信号输入/出模块、微处理器、有线/无线通讯设备、电源及外壳等组成，RTU本身是由微处理器控制的，它能够根据主计算机系统的请求，通过通讯介质向主计算机系统发送或接收信号、查询和控制,RTU的操作（其中包括数据库修改、调整参数、全面的远程诊断等）,RTU支持网络系统，也可以在正常执行其他任务的情况下，充当网络节点；它通过自身的软件（或智能软件）系统，可较好地实现企业中央监控与调度系统对生产现场一次仪表的遥测、遥控、遥信和遥调等功能。随着科技的进步，功能强大、性能稳定的智能仪表和RTU在远程终端系统中的应用越来越广泛，本系统也大量采用了这类远程终端设备。89 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2.3本章小结89 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的SCADA系统是否能够稳定、可靠、有效地运行，最基础的条件是要保证系统具有稳定、可靠的硬件设施，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，购置性价比最为合理的硬件设备。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、生产调度工作站、监控工作站、实时数据库服务器、历史数据库服务器、WEB服务器，系统主站结构如图3.1所示。图3.1系统主站结构图下面，我们将介绍本主站系统各硬件部分的选择原则以及配置情况。3.1.1通讯前置系统[4]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，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。其主要参数如表3.1所示：表3.1研华UDO-2170通用网络控制器主要参数序号研华UDO-2170通用网络控制器参数89 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板上集成CeleronM1GHz,512MBDDRDRAM2提供512KB电池备份SRAM3支持ECCDDRDRAM（仅为CeleronM1GHz处理器）4支持LM传感器,可获取CPU和板卡温度,用于监测52个RS-232和2个RS-232/422/485端口，带自动数据流控制62个10/100Base-TRJ-45端口72个USB和1个TypeI/IIPC卡82个可选PC/104扩展9WindowsCE.5.0和WindowsXPEmbedded解决方案10支持Windows2000/XP和Linux驱动程序11带写保护（EWF）的WindowsXP（SP2）Embedded即用平台3.1.2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，因此硬件要求具备较强图像处理能力，它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台计算机组成，它们之间可以相互通讯，其硬件配置参数如表3.2所示。表3.2系统工程师工作站硬件配置参数基本参数型号扬天A6880FC2DE75002G500RH(XP)Q类型台式商用机处理器IntelCore2DuoE75002.93G处理器类型酷睿2双核处理器频率2930MHz处理器接口LGA775二级缓存3072KB操作系统WindowsXPHome主板/内存主板/芯片组IntelG41总线频率1066MHz内存类型DDR3内存大小2GB存储设备硬件类型SATA2硬盘硬件参数7200转硬件容量500GB光驱DVD+RW视频音频显示器宽屏液晶,19WLCD尺寸19寸显示器描述分辨率1440×900显卡ATIHD5450显卡类型独立显卡显存容量512M显卡性能PCI-EX16接口标准声卡板载声卡其他网卡板载10-100-1000M网卡鼠标/键盘USB光电鼠标/USB浮岛式键盘外部接口2×USB2.0,耳机端口,麦克风/输入端口3.1.3生产调度工作站生产调度中心负责监控整个供水管网，实时通报生产及管网运行情况，并89 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。因此生产调度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。本系统生产调度站由2台计算机构成，它们之间可以实现互相通讯，其硬件配置参数如表3.3所示。表3.3系统生产调度工作站硬件配置参数基本参数型号扬天A4600KPDCE55002G500DH(W7B)类型台式商用机处理器IntelPentiumE55002.8G处理器类型奔腾E双核处理器频率2800MHz处理器接口LGA775二级缓存2048KB操作系统WindowsXPHome主板/内存主板/芯片组IntelB43总线频率800MHz内存类型DDR3内存大小2GB存储设备硬件类型SATA2硬盘硬件参数7200转硬件容量500GB光驱DVD视频音频显示器宽屏液晶,19WLCD尺寸19寸显示器描述分辨率1440×900显卡集成显卡显卡类型集成显卡显存容量512M显卡性能PCI-EX16接口标准声卡板载声卡其他网卡板载10-100-1000M网卡鼠标/键盘USB光电鼠标/USB浮岛式键盘外部接口2×USB2.0,耳机端口,麦克风/输入端口3.1.4监控工作站监控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个显示屏组成，服务器负责接收生产调度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，服务器硬件配置参数如表3.4所示。表3.4监控工作站硬件配置参数基本参数型号ThinkStationE204222DC2类型服务器处理器IntelCorei3-5302.93G内存容量2GB内存类型DDR3-1333ECC最大内存容量16G89 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究存储硬盘容量500G硬盘类型7200转光驱DVDBurner/CD-RWRambo83.1.5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地查询功能，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应具备较大的内存容量和较快的存储速度。因此本系统配置硬件时优先考虑以上因素，尽量选取性价比较高的硬件设备，以保证系统的正常运行。实时数据库服务器硬件配置参数如表3.5所示：表3.5实时数据库服务器硬件配置参数基本参数型号D20415538C类型大客户机型处理器2×英特尔至强四核处理器E55042.0G内存容量4096M内存类型DDR31066最大内存容量49152主板参数Intel5520存储硬盘容量500G硬盘类型7200转光驱DVD刻录3.1.6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其有价值，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，本系统的硬件配置参数如表3.6所示。表3.6历史数据库服务器硬件配置参数基本参数型号D20415538C类型大客户机型处理器2×英特尔至强四核处理器E55042.0G内存容量4096M内存类型DDR31066最大内存容量4915289 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究主板参数Intel5520存储硬盘容量500G硬盘类型7200转光驱DVD刻录3.1.5WEB服务器WEB服务器用于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服务器硬件配置参数如表3.7所示。表3.7WEB服务器硬件配置参数基本参数型号ThinkStationE204220A17类型服务器处理器IntelCorei5-6603.33GHz内存容量2GB内存类型DDR3-1333最大内存容量16G主板参数Intel3450存储硬盘容量500G硬盘类型7200转光驱DVDBurner/CD-RWRambo8通讯网卡集成千兆网卡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.NETVisualBasic.NET是Microsoft公司推出的VisualBasic最新版本，它继承了VisualBasic6.0简单、易学、易用的特性，同时增加了新的组件、修改了以前的集成开发环境界面、增强了面向对象的特性，给开发人员带来更多新鲜、有用的东西，它不仅将本机的各种功能应用程序、服务放在桌面上供选取、参照，而且可以通过网络的连接，将局域网（LAN）甚至是广域网上的各台机器、各项服务带到用户面前。所有的操作以一致而亲切的方式呈现，使开发应用程序时，所有的资讯随手可得。VisualBasic.NET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++、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。VisualBasic.NET以其独特的优势占据了软件开发市场。VisualBasic.NET开发平台的最低系统需求：（1）系统：Windows2000、WindowsXP、WindowsNT4.0；（2）处理器：奔腾Ⅱ450MHz以上；89 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）内存：128MB；（4）硬盘：可用空间4G以上；（5）IE：InternetExploer5.5以上版本；（6）后台数据库：SQL7.0或Access2000以上版本。2.SQLServer2008SQLServer2008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，数据可以存储在各类设备上。3.2.2系统软件的构建与实现1.系统总体结构现根据供水公司的需求，构建一个实用的SCADA软件系统的总体结构，如图2.所示。浏览器1PC1浏览器n浏览器2PCnPC2历史数据库SCADA管理子系统实时数据库生产调度GIS系统WEB服务器数据服务器管网压力实时监测子系统PLC实时监测子系统图3.2系统总体结构图2.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。在该软件系统中将采用按钮菜单与标准下拉菜单相结合的“混合型菜单”控制结构，对于常用的实时数据相关模块，采用按钮菜单结构，其操作效率比标准下拉菜单高一倍，对于不常用的历史数据和设备管理、统计分析管理、系统管理则采用标准的下拉菜单，其优点是主界面简洁。根据供水公司各部门的功能需求，SCADA管理系统将分为两级菜单。系统的89 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究一级菜单结构框图如图2.所示。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管理系统生产调度GIS图3.3系统一级菜单框图在一级菜单中，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，没有用户界面和用户菜单。实时数据管理用按钮启动，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。3.2.3系统模块功能的实现系统功能有：（1）数据采集和通讯功能该功能模块负责采集和接收各管网测压点的水压信息，系统通过管网测压点的RTU以5分钟为一个周期测量管网水压，每15分向主站系统服务器传送一次水压数据；管网压力低水压突变的默认延续时间为3分钟，该时间从压力下降沿的产生开始计时，若出现水压突变，系统自动报警；厂区各种生产数据采集的默认控制时钟周期为3分钟，以上所有的测量周期均单独可调。（2）设备维护管理功能该功能模块负责管理和维护各管网测压点RTU设备及送水泵机组，通过该模块用户可以新增、修改、浏览测压点的RTU信息和水压数据信息等，若设备出现问题，系统自动为用户提供设备故障信息，待故障排除后由用户输入故障处理结果，系统89 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究建立设备维护档案，为日后查询设备运行及维护情况提供历史数据依据。该管理系统模块的二级菜单框图如图2.所示。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（3）历史数据管理功能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图3.5历史数据管理菜单框图89 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）生产数据管理功能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（5）报警事件管理功能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89 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（6）生产统计报表功能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（7）系统维护管理功能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报警事件管理菜单框图89 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究系统界面设计与功能说明玉林市自来水供水调度SCADA系统主界面如图2.所示。图3.10软件主界面上图中，主界面的左上部直接显示原水总流量、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；界面的中上部显示送水泵机组的三相电流、功率、电耗、温度、启/停状态；界面中部的表格显示30个管网测压点水压情况，水压正常时，界面背景呈蓝色，水压异常时，界面背景呈黄色；界面下半部分显示某测压点水压日变动态势图。89 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3.119号测压点（琴鸟厂）水压变动态势图界面图3.11为9号测压点（琴鸟厂）水压变动态势图界面，在该界面中，可以监测到琴鸟厂测压点24小时水压变化情况，水压变动态势图的纵坐标为测点水压值，横坐标为测压时间，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。89 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3.12“城北水厂测点档案信息”管理界面图3.12为“测点档案信息”管理界面，管理人员可以通过该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。该管理信息属于设备管理系统，管理人员有权增加新测压点、输入或修改管网测压点信息。89 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3.13供水管网测压点全貌图图3.界面以地图形式直接为用户呈现管网测压点的全貌，在该界面中可以监测到所有管网测压点的水压情况。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制定出有效的处理方案，排除故障。89 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89 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3.3SCADA系统软件的上层应用SCADA系统在软件上层运用“优化供配水系统数学模型”合理调度水资源，该模型不仅提供城镇供水系统中不同水泵的供水范围，而且还可明显的反映出城镇供水系统地下管网可能发生的瓶颈现象，模型同时还可提供各种供配水方案的直观模拟演示，这就为系统操作者进行实时在线优化供配水提供了有利条件。在城镇供配水系统管理方面，由于有了“优化供配水系统数学模型”，对城市因其发展而需要进行管网扩展，模型提供了有力的数据支持，从而保证了城市供配水系统的优化管理，用户也得到了高质量的服务。“优化供配水系统数学模型”的建模过程如图3.所示。通常在建立数学模型前，必须进行前期的各种数据的准备工作，如管网数据的确定、需水量数据的确定、现场测试数据等，用于建模的数据正确性是需要加以测定的。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89 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.“优化供配水系统数学模型”的建模过程供水系统管网宏观模型的建模思想主要是：利用获取的几类重要的管网参数（如管网测压点压力、泵站出口水压力、泵站出口水流量、水池水位及管网系统用水量等），以统计分析理论为基础，建立系统网络的（结构性）分析模型，其数学表达式为：qp(t)=fp(x(t),v(t),g(t),h(t))hp(t)=gp(x(t),v(t),g(t),h(t))hj(t)=gj(x(t),v(t),g(t),h(t))（3.1）式（3.1）中：qr(t)——水库流量向量qp(t)——泵站出口水流向量hp(t)——泵站出口压力向量hj(t)——管网测压点压力向量t——调度时段x(t)——调节水池蓄水量向量v(t)——系统中阀门控制向量g(t)——系统节点流量向量h(t)——系统节点水头向量式（3.1）中的右端函数，一般表现为多项式形式，v(t)属于可以选择项，我们通过回归分析方法，可以确定该函数的具体表达形式；该方法的特点是，建模过程中所需数据量少，建模快，计算效率高，但缺点是适用范围有一定限制，当管网系统用水量及其它各已知参数变化幅度较大时，可能产生明显的误差。供水系统管网微观模型的建模思想主要是：从供水管网的拓朴关系出发，依据管道管径、管长、管材及节点用水量等主要参数，构造出拓朴结构模型，该模型的基本数学方程包括质量平衡方程和能量平衡方程两大部分，即：质量平衡方程：(3.2)能量平衡方程：∑hi,j-△Hk=0(3.3)89 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究式（3.2），（3.3）中：n,m——节点编号qi,j——连接在节点i的各管段流量Qi——i节点的流量hi,j——属于基本环k的管段水头损失△Hk——基环k的闭合差或减压装置产生的水压差上述供水管网拓朴结构模型又称为“供水管网系统微观模型”，它的具体求解方法有：节点水头法、环流量法和管段流量法等。与供水系统管网宏观模型相比，微观模型对系统的变化及节点用水量分布的变化适应性较强；例如当某水池或主干管中断使用时，将管网拓朴关系校正后，仍可使用（3.2）和（3.3）式进行系统工况模拟；而宏观模型就需要重新获取原始数据，进行回归分析，校正回归曲线，建立新的模型形式；但供水系统管网微观模型的缺点也是非常明显的，这就是建模过程中需要大量的数据，模型的校验工作量大，计算耗费打量机时。为了克服供水系统管网微观模型的缺点，近年来提出了“供水系统管网集结模型”，该模型是建立在“微观模型”基础之上的；所谓“管网集结”，其实就是一种简化网络结构的近似方法，它把整个配水系统管网划分成P个区域，使管网中每个节点必须且仅属于一个区域；通常划分区域的原则是：同区域内的各节点压力大致相等，用水规律相仿；我们将每个区域内的所有节点“集结”在一起，形成一个“虚拟”节点，区域（即用“虚拟”节点组成的）之间的关联用一条“虚拟”管道表示；这样原来的管网模型（微观模型），就简化成一个新的管网模型，我们称之为“集结模型”；集结模型在计算上，大大节约了机时，在建模上更科学合理。3.4本章小结89 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，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（简化）4.1.1STEP7编程软件简介STEP7软件是一种用于对SIMATIC可编程逻辑控制器进行组态和编程的标准软件包，它是SIMATIC工业软件的一部分，主要应用在SIMATICS7-300/S7-400、SIMATICM7-300/M7-400以及SIMATICC7上。设置硬件的组态及参数；PLC编程、测试、监控与维护；组态连接；使用通讯功能块进行事件驱动数据传送、全局数据通讯。STEP7软件89 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究可以在Windows系统下运行，它具有友好的界面系统，与其他的Windows应用软件一样容易操作。STEP7标准软件包为用户创建自动化项目提供一系列的应用程序(工具)：SIMATIC管理器：用于管理一个自动化项目中的所有数据，而无论其设计用于何种类型的可编程控制系统(S7/M7/C7)，编辑数据所需的工具由SIMATIC管理器自动启动。符号编辑器：用于管理所有共享符号，其功能包括：符号的排序；从其它Windows程序中将符号导入/导出到其它Windows程序；给过程信号(输入/输出)、位存储器以及块设置符号名称和注释。硬件诊断：用于浏览可编程控制器的状态，指示各个模块是否发生故障，如双击故障模块可显示关于故障的详细信息，例如显示模块的常规信息(如订货号、版本、名称)以及模块状态(例如，故障状态)、I/O和DP从站的模块故障(例如，通道故障)、显示来自诊断缓冲区的消息。对于CPU，则显示以下附加信息：处理用户程序期间发生故障的原因、显示周期持续时间(最长、最短以及最后一个周期)、MPI通讯概率和负载、显示性能数据(输入/输出、位存储器、计数器、计时器和块的可能数目)。硬件配置：用于对自动化项目的硬件进行配置并分配参数。编程语言：S7-300的编程语言梯形图、语句表和功能块图是标准软件包的一个重要组成部分。梯形图(或LAD)是STEP7编程语言的图形表示，其指令语法与传统的梯形图相似；语句表(或STL)是STEP7编程语言的文本表示，与机器代码相似，如果用语句表书写程序，则每条指令都与CPU执行程序的步骤相对应，为便于编程，语句表已经扩展包括一些高级语言结构(如结构化数据访问和块参数)；功能块图(FBD)是STEP7编程语言的图形表示，使用布尔代数惯用的逻辑框表示逻辑功能，复杂功能(如算术功能)可直接结合逻辑框表示。其它编程语言则作为选件包提供。89 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NetPro(网络配置)：用于定义经由MPI连接的自动化组件之间数据的传送，该数据具有时间中断性以及周期性，或用于定义经由FROFIBUS、MPI、工业以太网的中断性数据的传输。4.1.2“KingView组态王”软件简介“KingView组态王”软件是北京亚控公司开发的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。该软件开发界面如图4.所示。图4.“KingView组态王”软件开发界面“KingView组态王”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，能够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，软件内嵌画面开发系统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，并负责交换数据库与I/O服务程序间的数据信息，通过实时数据库管理可以采集到一组工业控制对象的各种数据信息，并能够把数据的变化用以动画方式形象地展现出来，并具有报警、历史记录及趋势曲线等监视功能，且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。89 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4.1.3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的更高可用性，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。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各。根据玉林市供水公司的需求以及投入预算，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，滤池分站采用S7-300系列PLC。4.2PLC控制站功能的实现4.2.1供水管网PLC控制站系统供水管网PLC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分站构成。如图4.2所示。图4.2供水管网现场控制级结构图89 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.取水泵房分站该供水公司的取水泵房内有4台低压水泵、4台高压水泵及两台排污泵，根据取水泵房的实际情况，系统可将取水泵房PLC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。取水泵房控制分站需要的检测参数是：源水水位、出厂水压，水泵电量、高低压水泵的工作状态、高低压配电系统情况等。其详细结构框图4.3所示。图4.3供水管网取水泵房控制分站结构框取水泵房控制分站的控制功能包括：一，选用“本地”控制方式时，只能够由现场工作人员手动控制取水泵的开关，工作人员可根据液位高低情况选择开启/增加/减少取水泵；二，选用“远程”控制方式，由PLC自动运行内部设定的PID变频恒压控制程序，控制取水泵的起停和变频运行。由于取水泵房距离水厂远，因此该控制站点的通讯方式与其他站点有所区别，需要采用有线和无线通讯方式：站点采用无线通讯方式将取水泵站的各项数据信息传送给主站系统，或者接收主站系统发出的调度指令，取水泵站的监控系统采用光纤通讯方式对现场设备进行监控。2.加矾间分站本系统的加矾间分站的系统监控界面如图4.4所示，该分站包括配矾自动控制部分和加矾自动控制部分。89 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4.4加矾间分站监控界面示意图（1）配矾自动控制部分供水公司内设置了两个矾池，如图4.4所示，均用于配置矾液，若其中一个处于工作状态时，则称它为工作池，另一个则称为备用池，它们能够各自独立工作。每个矾池内均含有一个加浓矾阀，用于加入浓矾，一个进水阀，用于稀释浓矾，一个出矾液阀，用于将配置好的矾液引入储蓄池，最后通过计量泵将储蓄池内的矾液投入沉淀池中。为了保证能够持续供应矾液，当工作池的矾液低于最低液位设定值时，停止投加并切换至备用池，工作池与备用池的切换是由工作池的配矾最低液位控制的。以上工作及矾液的配比计算、相应故障诊断报警均由配矾自动控制部分完成。PLC进行矾液的配比计算实际是计算出加浓矾深度和配矾深度，配矾是在矾池原矾液基础上，配加一定浓度的高浓度矾液和水，使矾液浓度达到投加要求，以保证加药质量，如图4.5所示。图4.5原矾池液深度控制示意图图中，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89 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（式4.1）其中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（式4.2）（式4.3）当操作人员设定好原矾浓度、配矾浓度、配矾深度和矾池切换液位，PLC将自动计算浓矾深度和水深度，自动开启进矾阀，待矾池内液位上升到进水液位后，PLC再自动开启进水阀同时关闭进矾阀；待液位再上升到设定的最大配矾深度后，关闭进水阀停止进水，开始开启搅拌机，搅拌一定时间便完成了配矾过程，配矾过程控制如图4.6所示。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配矾控制部分的检测参数是：矾液池液位、储蓄池液位、各阀门工作状态。（1）加矾自动控制部分89 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，如图4.7所示。图4.7加矾控制系统的开环控制框图由图中可知，流量计、浊度仪分别测出源水流量、源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根据源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、源水流量带入公式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。但是要的到最终的加矾量，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。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。矾耗系数则取决于水厂加矾的经验知识，一般将其绘制成一条或数条浊度-矾耗曲线，俗称加矾曲线。该曲线可以根据供水公司的加矾量历史统计数据和经验值、或现场设定值来绘制。一般情况下根据季节的变化设定4条加矾曲线，在不同的季节分别设定不同的加矾投加曲线。图4.8是一条加矾曲线示意图。89 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加矾曲线示意图上图中纵坐标表示矾液的投加量，横坐标表示原水浊度。曲线点的数值表示某一浊度下的投加矾量。用户可以用鼠标上下左右拖动蓝色的设定点。通过此窗口，用户可以将实际经验值设定至PLC，使系统能够根据此经验值自动投加矾。加矾自动控制部分的检测参数是：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。3．滤池分站PLC控制分站中以滤池分站最为复杂，它包含22组滤池，系统需要对过滤及反冲洗过程进行监控。图4.9为滤池的过滤监控界面。图4.9滤池的过滤监控界面如图所示，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。（1）过滤过程89 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究自来水过滤是根据滤池中水位的变化来调节出水阀的开启度，最终实现等速恒水位过滤的过程。当监控系统接收到的水位信号高于设定的恒水位时，系统会自动调大出水阀的开启度；当监控系统接收到的水位信号低于设下的恒水位时，系统则自动调小出水阀的开启度；当监控系统接收到的水位信号等于或处于允许恒水位变化范围时则保持出水阀的开启度。实际上，滤池的水位控制是一个典型的PID闭环控制系统，如图4.10所示，其控制过程是：PLC采用具有参数可调的PID方程，根据设定值和过程变量之间的差值，经PID运算后把输出信号传送给输出附加处理程序，再输出给控制阀，对整个过程进行控制，即实际水位比设定水位的值大得越多，输出的开度就越大。开度增大的数值是由一定累积时间内水位上升的速度及实际水位和设定水位的差值共同决定的。反映为进水流速越快，清水出水阀开度越大，反之亦然。PID方程计算的目标是把受控的过程变量保持在设定值。输出附加处理程序是把PID方程的运算输出按一定的规律输出给出水阀，控制阀门的开度大小。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控制框图此过程中，滤池分站的检测参数是：滤池水位、进水阀状态、出水阀的开启度。控制设备：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的条件则需要进行反冲洗，以清洁滤料中间的污物。系统根据工艺要求，自动控制相关阀门及电控设备来实现的，按要求每次只有一格滤池反冲，当多格滤池同时要求反冲时系统自动按照先进先出的原则排队进行。反冲洗自动控制过程如图4.11所示。1）关进水阀2）调节出水阀的开启度至最大，继续过滤排出滤池内部的存留水3）当滤池的水位降至设定的反冲洗水位时，关闭出水阀4）打开排水阀5）打开气冲阀89 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6）启动风机，进行气冲7）启动反冲洗泵8）打开水冲泵，进行气水混冲。9）关闭气冲阀10）打开排气阀，进行水冲11）关闭水冲阀12）打开进水阀13）关闭排水阀、排气阀流程冲洗完毕。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。反冲洗过程中的检测参数是：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。反冲洗过程中的控制设备是：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．加氯分站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+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通过余氯分析仪监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方程计算出单位投加量后，再根据进水量来计算出加氯量，从而控制加氯机阀门的开启度进行投加。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。加氯系统原理图如图4.12所示。89 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加氯系统原理图该控制系统的简化框图如图4.13所示。图4.13加氯系统简化控制框图其中WM(s)为前馈控制器；Wf(s)为过程扰动通道传递函数；W0(s)为过程控制通道传递函数，主要是指清水池投加点到检测点的管道；f(t)为可测不可控扰动，这里指清水池进水量；y(t)为被控参数，是指清水池入口处的余氯值。滤池分站监控界面示意图如图4.14所示。89 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4.14滤池分站监控界面示意图5.送水泵房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，并根据管网压力信号控制送水泵的启停、各阀门的开关。送水泵房分站监控界面示意图如图4.15所示。图4.15送水泵房分站监控界面示意图检测参数：清水池余氯、清水池水位、出厂水压力、出厂水瞬时流量、累计流量、送水泵电量等。89 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究控制要求：由“管网压力信号（RTU测管网水压→中心控制室服务器→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，PLC自动降低水泵转速，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，PLC将自动提升水泵转速，或者增开水泵台数，以增大供水压力和增加供水量。4.2.2取水泵房控制分站站的设计与实现4.2.2.1取水泵房控制分站的控制要求图4.16取水泵房控制系统示意图89 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4.16取水泵房控制分站系统结构图4.2.2.2取水泵房控制分站的I/O设计表4.1低压泵房1#PLC的I/O地址分配表表4.2低压配电房2#PLC的I/O地址分配表89 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4.3高压配电房3#PLC的I/O地址分配表表4.4高压泵房4#PLC的I/O地址分配表表4.5高压泵房5#PLC的I/O地址分配表89 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4.2.2.3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控制站点该站点的PLC模块布局如图5.所示，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。M5M0M2M3M4M1M2M5图4.17高压配电房3#PLC控制站点模块布局图高压配电房3#PLC硬件接线图如图4.18和图4.19所示。图4.18高压配电房3#PLC硬件接线图（一）89 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）（2）高压泵房4#PLC控制站点该站点的PLC模块布局如图4.20所示，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。M0M2M3M4M1M2图4.20高压泵房4#PLC控制站点模块布局图高压泵房4#PLC硬件接线图如图4.21和图4.22所示。89 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4.21高压泵房4#PLC硬件接线图（一）图4.22高压泵房4#PLC硬件接线图（二）89 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4.2.2.4取水泵房控制分站的组态软件界面及功能（1）取水泵房PLC控制站点监控系统主界面及功能图4.23取水泵房分站监控系统主界面图（2）登录界面图4.24取水泵房分站监控系统登录界面图89 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）高压配电房监控界面及功能图4.25取水泵房分站监控系统高压配电房监控界面图（8）历史报警界面图4.26取水泵房分站监控系统历史报警界面图为了控制及维护的方便，该分站采用西门子S7-300系列的PLC作为滤池分站中的总站点，其余22个滤池为分站点，分站点则采用S7-200系列的PLC，其性能可以满足控制要求。89 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PLC1控制站需要实现的功能：实时监测送水泵房水泵机组（3#至8#水泵）的电流、电压、温度以及清水池的水压、水位，并将以上数据信息传输给中心控制室，中心控制室对相关数据信息进行分析处理，科学控制水泵机组的启/停。现场控制站可自动/手动控制，自动控制状态下：PLC1根据清水池液位和出水量自动控制水泵的启/停；如液位计测出清水池水位处于最低液位值，PLC1自动停泵，实现泵的干运转保护。水泵房PLC控制站硬件连接图如图所示。4.3模块化编程模块化的基本思想最先出现在高级语言编程的应用中，但随着工业自动化的高速发展，目前对自动化编程的要求也越来越高，为消除以往的编程由于个性化、随意性带来的弊端，在PLC的编程开发中引入了模块化的编程方法。该方法是根据控制要求把PLC需要完成的控制任务划分为几个较小功能块，然后对每个功能块分别进行编程，这样各模块之间相对独立、功能单一，具有清晰的结构，这就大大降低了编程难度，避免了重复劳动，同时获得了较高的程序质量。模块化编程通常采用自上向下、逐步分解方式进行，一般将PLC中一个控制任务划分2个部分，即控制部分和执行部分，控制部分主要完成条件联锁、定时联动等工作，执行部分主要完成设备的执行工作，如图所示。由控制部分专门完成各种信号条件下的动作，执行部分发出信号，根据发来的信号进行设计好的动作，两者互不干扰，易于排错。两个部分可以单独的进行设计、调试和管理，在开发阶段，就可以通过仿真模拟，对单独的模块进行调试，在现场进行在线调试时，通过对每个模块的监视，可以及时发现存在的问题，能够方便的进行修改，大大缩减投运的时间。当工艺要求逐渐复杂时，在程序中加入模块即可，例如控制要求增加时，只需在控制部分中加入相应的处理模块，而不必改动执行部分，这有利于整个控制系统的开发和调试。模块化编程让程序结构良好，具有很好的可读性，易于后期的维护，且具有良好的可移植性，只要稍加修改，就可以应用到同类型的控制中。89 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4.5本章小结89 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究第五章供水管网SCADA通讯系统的实现在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。而各管网测压点位置分散，因此远程终端设备（RTU）与监控中心服务器之间采用无线通信方式。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。89 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5.1.2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。5.1.2.1过程现场总线Profibus的优点（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：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。5.1.2.2其硬件接线图详见附表。5.1.3Internet网络技术5.2无线系统的实现目前，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，如果采用有线通讯方式，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，无线通讯方式具有施工快捷、造价低廉、维护简单等优势，因此本系统选用无线通讯方式进行远程终端数据采集和监控较为合理。89 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5.2.1通讯方式的分类及选择SCADA系统使用的无线通讯方式有无线电台、800MHz无线集群、GSM、CDMA、GPRS，其通讯方式的特点如下：（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：GSM也简称为“全球通”，是欧洲开发的数字移动电话网络标准，该标准开发目的是让全球各地共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。（4）CDMA：CDMA即码分多址传输技术，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。。系统在选用无线通讯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数传电台方式；（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无线通讯方式实现远程终端设备与89 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无线通讯方式5.2.2.1GPRS数据通讯原理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。如图所示，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。SCADA系统中的GPRS无线通讯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及GPRS通讯模块）等。该系统的GPRS网络拓扑结构如图所示：89 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的通讯模块中插入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。5.2.2.2GPRS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，则无法通讯。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89 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，主机是固定的公网IP地址，终端设备是GPRS网内的动态IP地址。通讯时，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，则可以实现双向通讯。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。通讯时，先由终端设备采用域名的寻址方式来连接DNS服务器，再由DNS服务器寻找到主机的公网动态IP，然后建立连接。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。其通讯过程类似于公网固定IP方式，不同之处在于通讯过程与公网无关，仅发生在GPRS网内。其优点是：通讯快捷、数据安全性好、通讯质量稳定；其缺点是：系统的初期建设成本较高，适合应用在实时性和安全性要求较高的场合。（4）GPRS动态IP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。终端设备先使用域名寻址方式连接GPRS内网DNS服务器，接着由DNS服务器寻找到主机的动态IP地址，建立连接。用户需先联系移动DNS服务商以开通移动动态域名，然后在监控中心内建立GPRS模块（数据终端）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89 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，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，它的通讯过程类似于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，且性价比合理。上述组网方式中，实时性和安全性方面的性能最好的是专线方式，绑定IP地址方式次之，而动态IP方式的通讯速率较低。在实际应用中究竟采用哪种组网方式比较经济实用，则要根据实际需求来确定。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。5.2.2.3GPRS的特点GPRS相较于其他无线通讯方式，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；（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。89 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。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5.3.3Modbus通信协议5.4本章小结89 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究第六章供水管网SCADA系统远程终端单元的实现6.1远程信号远程信号也称为遥信，主要是指运用通讯技术远程监视设备的状态信息，例如开关位置、阀门位置或告警状态等。在本系统中的远程信号参数如表6.1所示。远程信号参数（1）取水泵房源水进水阀开度、源水进水阀超限位报警、源水进水阀限位开关、源水进水阀故障报警（2）加药间计量泵开停、稀释水阀开关状态；进/出液阀开关状态；（3）加氯现场氯瓶称重、氯气投加量、漏氯报警、加氯机开/停状态；加氯机手/自动、加氯机故障、氯路切换及电动球阀工作状态；空瓶信号检测；（4）反应沉淀池沉淀池分管进水阀开关位置限位、沉淀池分管进水阀开关状态；排泥机运行/停止状态、排泥机前进/后退、排泥阀开关状态、真空泵开/停、排泥机行程头尾极限限位、排泥机行程分段限位（5）滤池浑水阀、清水阀、反冲洗阀、排污阀、反冲气阀、排气阀等设备工作状态；清水阀阀门开度、开关限位、超开/超关状态报警（6）反冲洗现场反冲洗水泵开停、；出口阀开关状态；反冲洗鼓风机开停（7）送水泵房出厂水阀开度、超开/超关限位、报警、出厂水阀开关限位（8）供水管网中途加压站出厂水阀超开/超关限位、报警、出厂水阀开关限位表6.1远程信号参数以上各工艺流程中的远程信号将按照系统现场控制级的五个现场控制站点的功能进行分类，并根据远程信号的类型及通信方式接入各站点的PLC输入端，为监控现场设备提供可靠信息。6.2远程测量远程测量也称为遥测，即对被测量的参数值进行远距离测量的方式，是一门涵盖通信、传感、信号处理的综合性技术。它主要用于监测一些难以实测的被测参量，例如被测参量所处的工作环境恶劣、距离遥远或者处于高速运行状态。远程测量按照信号的传输方式可分为无线和有线两种形式，其系统组成框图如图6.1所示。传感器（1…n）多路组合调制器发射器接收器多路组合调制器记录、处理器显示器89 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6.1远程测量系统组成框图由上图可知，远程测量系统一般由三部分组成：一是输入部分，它包括传感器及变换器，传感器负责将被测参数变换成电信号，变换器负责将电信号变成适于多路传输设备的输入端能接收的信号；二是传输设备，它可以传输数字信号或模拟信号，传输方式采用有线或无线均可，是一种多路通信设备，负责将输入设备接收到的信号不失真地传输到终端；三是终端设备，负责记录、处理和显示接收到的信号，最终获取测量结果。远程测量系统的性能主要取决于采用的传感器的响应速度、精度、可靠性，以及通讯系统的抗干扰能力和传输速率。在供水管网的SCADA系统中运用远程测量技术可以集中监测水位、浊度、PH值、机组电量等被测参量，以提高供水调度的效率，最终实现生产效益的提高。本系统需要采集的远程测量参数如表6.2所示。远程测量参数（1）取水泵房源水pH、流量、温度、浊度、前加氯余氯（2）加药间溶解池液位连续检测、高低位、超高位报警（3）反应沉淀池沉淀池水位、沉淀后浊度（4）滤池每个滤池的水位连续检测及显示（5）反冲洗现场反冲洗水泵电流、有功功率（7）送水泵房清水池pH、液位、浊度、余氯；水泵电机电压、电流、温度（8）水厂配电室变电所总电流、有功功率、电压、总电路开关；分路电流、有功功率、分路开关运行状态；时间记录（9）供水管网测压点压力、浊度、余氯及压力下限报警（10）供水管网中途加压站清水池pH、液位、浊度、余氯；水泵电机电压、电流、温度（11）水源井源水流量、压力、源水液位、水泵故障报警、源水压力高限、故障报警表6.2远程测量参数测量不同的被测参量时，需要选用不同的远程测量系统，最简单的是直接采用传感器进行检测，但是随着科技的发展，在传感器和通讯技术的基础上开发出来的智能型检测仪表及RTU具有强大的功能和通讯能力，为系统的监测带来更多的便利，因此越来越多的供水公司采用智能仪表和RTU监测现场。下面将介绍一些在供水系统中常用的传感器、检测仪表、RTU的结构及其工作原理等，并介绍本供水管网的SCADA系统中所采用的远程测量系统。6.2.1传感器【5】传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，也称为检测器、敏感元件、转换器等。传感器的输出信号基本上是电量，如电流、电压、电阻、电容等，其形式由传感器的原理确定，电量形式利于显示、传输、处理、89 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究转换等。一般传感器的组成如图6.2所示。敏感元件转换元件信号转换电路辅助电源被测量图6.2传感器组成框图传感器一般由敏感元件及转换元件所组成。其中的敏感元件指传感器中能直接地感受或影响被测参量的部分；转换元件指传感器中能把敏感元件感受或响应的被测参量转换成适于测量或传输的电信号部分。一般传感器输出信号都很微弱，因此需要对信号进行放大、运算调制等，信号转换电路具有这些功能，此外还有辅助电源提供能源。传感器一般有两种分类方法，一是按照被测参量分类，如温度、压力、位移、速度等；另一类是按照传感器的工作原理进行分类，如应变式、电容式、压电式、磁电式等。在工程应用中，应根据被测参量类型、精度要求、工作环境等原则合理选用传感器。供水管网的SCADA系统可以运用传感器测量水泵温度、水压、液位、浊度等。6.2.2检测仪表检测仪表是水生产过程的“眼睛”，在供水管网的SCADA系统中，管理人员可以借助检测仪表直接监测现场的生产情况，并以此为依据来控制现场设备的起停，以确保自来水生产过程的顺利进行。而随着科学技术的进步，检测仪表也逐步向智能化、在线化、多功能性方向发展，这类先进的仪表能够更准确地为自动控制系统提供所需要的数据信息，因此，越来越多的供水公司采用智能化仪表监测生产现场。智能化仪表包括传感器、变送器、显示器三部分，即远程测量系统。在自来水生产过程中，经常用到的检测仪表有液位计、浊度计、PH计、余氯计、流量计等。下面将详细介绍本系统中所采用的检测仪表的类型、功能及其应用场合。（1）余氯分析仪在我国，供水公司多采用氯气进行消毒。其消毒原理是：当氯气溶于水中后，经过化学反应会变成次氯酸根离子或次氯酸，次氯酸具有较强的氧化能力，可以杀死自来水中的细菌等微生物，而消耗之后余下的则为余氯。若自来水中含有余氯，当自来水流经供水管网时，则可以抑制细菌等微生物的滋生，但是如果出厂水余氯不够，则会使管网内的细菌等微生物大量繁殖，最终造成管网水质不达标。因此，必须保证在供水管网中89 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究含有一定余氯量，其含量标准可参照《生活饮用水卫生标准》：氯与水接触30分钟之后，余氯应不低于0.3mg/L；若是集中式给水，除了出厂水应符合上述要求之外，管网末梢水应不低于0.05mg/L。近年来，大部分供水公司均采用在线余氯分析仪监测出厂水的余氯含量。在线余氯分析仪是一种能够在线连续监测余氯的智能化仪表，除监测余氯外可同时监测水温度和PH值，一般由传感器及二次表组成。目前余氯分析仪大部分采用隔膜式传感器，其结构及测量原理是：这类传感器一般由金制的阳极和银制的阴极所组成，电解质溶液和隔膜将阴阳两极与被测介质相隔离，由于在一定的水温和PH值下，余氯、CLO等之间存在一定的固定关系，当测量时，阴阳两级之间加入一定的电压，唯一能够透过隔膜的化学物是游离氯，而能在电极上产生反应的只有余氯，通过测量其电流强度则可以得出余氯浓度。测量过程中两电极反应的化学式如下：阳极：2H+2e+CLO→H2O+CL阴极：Ag+CL-→e-+AgCL实际应用中，选择余氯分析仪时根据实际情况应考虑该仪表的工作条件、测量范围、精度、最低监测限、稳定性、误差等。根据该供水公司的制水工艺流程可知，供水管网系统需要监测清水池和出厂水的余氯值，因此需要在清水池和出水口安装在线余氯分析仪，待仪表测得余氯值后直接传送给PLC控制站，为管理人员控制加氯量提供依据。本系统采用的是美国哈希公司生产的9184sc余氯分析仪，该仪表采用的是隔膜式传感器，其性能指标如表6.3所示：仪表型号美国哈希9184sc在线余氯分析仪适用范围适用于在线监测工业过程水、饮用水消毒工艺的次氯酸（HOCL）/余氯浓度，尤其适用于监测反渗透等膜处理工艺进水的余氯仪表特点（1）量程很宽且精确（2）带PH和温度补偿（3）采用选择性膜电极（4）内置流量控制装置（5）即插即用的数字化技术（6）维护量小:校正一次/2月；更换电解液和膜/6个月技术指标（1）测量范围：  0.005-20ppm(mg/L) HOCl（2）最小检出限：5ppbor0.05mg/L HOCl（3）准确度： 2%or±10ppb HOCl,（4)响应时间： 90%少于90秒（5）样品流速： 200to250mL/min自动可调（6）存储温度： -20to60℃89 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（7）操作温度： 0to45℃（8）样品温度： 0to45℃（9）校正方法： 实验室比对法；（10）校正间隔： 一次/2个月（11）维护间隔： 一般每六个月更换一次膜和电解液；（12）进样连接： 1/4-in.O.D.（13）排放连接： 1/2-in.I.D.（14）防护等级： IP-66/NEMA4X（15）分析仪尺寸：270×250mm(10.63×9.84in.)表6.3美国哈希9184sc在线余氯分析仪的性能指标（2）浊度仪浊度是指水的浑浊程度，源于水中含有微量的胶体物质、不容性悬浮物质，根据水的用途，水浊度的标准也不同，饮用水的浊度应小于5度。供水公司可采用在线浊度分析仪监测水浊度，其测量原理是：由浊度仪中的传感器光源发出光线，光线遇到样品中的悬浮颗粒后产生散射光，浸在水中的光电检测器检测到与入射光呈90度的散射光后，即可分析出水浊度。本供水管网系统需要监测原水、出厂水的浊度，因此要在取水泵房、送水泵房安装在线浊度仪。本系统采用由美国哈希公司生产的1720E型在线浊度仪，其性能指标如表6.4所示。仪表型号美国哈希1720E低量程在线浊度仪适用范围窗体顶端自来水厂：滤前、滤后、沉淀和出厂水的浊度监测；市政管网水质监测；工业过程水质监测，循环冷却水、活性碳过滤器出水、膜过滤出水等窗体底端仪表特点（1）内置专利的气泡消除系统窗体底端（2）测量单位：NTU；同时有多种辅助测量单位显示：FTU,TE/F,mg/L（3）采用0与20NTU两点校正法-推荐校正的方法（4）重现性好，不受样品流速和压力的影响（5）也可以通过对比做单点校准：（1-40NTU范围内任选一点）（6）清洗维护非常简单；三个月校正一次技术指标窗体顶端（1）量   程：0.0001-9.9999；10.000-99.999NTU；自动选择量程窗体底端（2）准确 度：10～40NTU时，读数的±2%或±0.02,取大者40～100NTU时，读数的±5%（3）重现性：优于读数的±1.0%或±0.002，取大者（4）响应时间：步进响应，初始响应为1分钟，间隔响应15秒（5）信号平均：6，30，60，90秒用户可选；用户默认值为30秒（6）样品流速：200～750mL/min（7）工作温度：对于单传感器系统为0～50℃,对于双传感器系统为0～40℃（8）样品温度：0～50℃（9）模拟输出：0/4～20mA可选。在0～100NTU范围内可编程（10）继电器： 3只SPDT，230VAC，5A；可设定点警报（11)电源要求：100～230VAC,50/60Hz，自动选择；40VA（12）进水管道：1/4"NPT内螺纹，1/4"压缩配件（提供）89 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（13）排水管道：1/2"NPT内螺纹，1/2"软管（提供）（14）数字通讯：MODBUS/RS485,MODBUS/RS232,LonWorks协议（可选）（15）标准方法：标准方法2130B，USEPA180.1，HACH方法8195窗体底端窗体顶端（16）外  壳：NEMA-4X/IP66控制器窗体底端（17）尺  寸：浊度仪：25.4×30.5×40.6cm表6.4美国哈希1720E低量程在线浊度仪的性能指标（3）流量计流量是自来水生产中的一个重要参数，对取水及供水的流量进行测量，可以为水处理系统的诊断以及成本核算提供依据。在水生产过程中需要测量水瞬时流量和累计流量，瞬时流量即单位时间内流经管道某一截面的流体数量，累计流量即在某一时间段内流经管道某一截面的流体数量。目前工业生产中均采用流量计来测量流量，由于被测流体性质各式各样，因此测量流量的方法、原理及仪表也种类繁多，测量原理有电学原理、力学原理、光学原理、热学原理等，常用的流量计有电磁流量计、差压式流量计、容量式流量计、涡轮流量计、浮子流量计等，用户可以针对实际情况选择适用的流量计检测流量。电磁流量计由流量传感器和变送器所组成，它采用著名的法拉第电磁感应原理来测量流体的流速，即在测量管道的两侧加一个磁场，当被测流体流过管道时会切割磁力线，而在两个检测电极上产生感应电动势，其大小与流体流速成正比，最终达到测量流体流速的目的。由于电磁流量计管内无阻流部件及无可动部件，因此，测量时几乎无附加压力损失，测量结果也不会受到流体温度、密度、压力等物理参数的影响，且具有较强的防腐、防水、防雷击、抗干扰能力，特别适用于水生产及处理过程。虽然电磁流量计具有诸多优势，但是如果选用不当也难以达到预期效果，因此选用前应事先收集相关数据，例如被测流体类型、最高工作压力、流量和温度的界限等。安装使用时，要严格遵从安装使用说明，例如仪表对工作环境温度、湿度、是否应避开磁场等。本供水管网需要监测原水、出厂水的流量，因此在取水泵房、送水泵房分别安装流量计。本系统选用天津流量仪表公司生产的LD智能型电磁流量计，其产品性能如表6.所示，流量范围选择如表6.5所示。产品特点1高清晰度背光LCD显示，全中文菜单操作，使用方便，操作简单，易学易懂2具有RS485、RS232、Hart和Modbus等数字通讯信号输出3超低EMI开关电源，使用电源电压变化范围大，抗EMC好4在现场可根据用户实际需要在线修改量程，具有自检功能5全数字量的处理，抗干扰能力强，测量可靠，精度高，流量测量范围可达150:189 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6内部具有三个积算器可分别显示正向累计量及差值积算量，内部设有不掉电时钟，可记录16次掉电时间7采用16位嵌入式微处理器，运算速度快，精度高，可编程频率低频矩形波励磁，提高了流测量的稳定性，功耗低技术参数1流动方向：正，反净流量；量程比：150：1；重复性误差：测量值的±0.1%2精度等级：管道式：0.5级，1.0级3被测介质温度：（1）普通橡胶衬里：-20~+60℃（2）高温橡胶衬里：-20~+90℃（3）聚四氟乙烯衬里：-30~+100℃（4）高温型乙烯衬里：-30~+180℃4额定工作压力：管道式：DN10—DN65：≤2.5Mpa；DN80—DN150：≤1.6Mpa；DN200—DN1200：≤1.0Mpa5流量测量范围：流量测量范围对流速度范围是0.3—15m/s表6.5LD智能型电磁流量计性能流量范围的选择内径（mm）1015202532405065Qmin(m3/h)0.08480.19080.33910.52990.86811.35652.11953.582Qmax(m3/h)3.397.6313.5621.234.7354.2684.78143.28内径（mm）80100125150200250300350Qmin(m3/h)5.42598.47813.246919.075533.91252.987576.302103.8555Qmax(m3/h)217.04339.12529.88763.021356.482119.53o52.084154.22内径（mm）400450500550600700800900Qmin(m3/h)135.468171.6795211.95256.46305.208415.422542.592686.718Qmax(m3/h)5425.966867.18848710258.3812208.2216616.8821703.6827468.82内径（mm）10001100120014001600180020002200Qmin(m3/h)847.81025.8381220.8321660.6882170.3682746.8723391.24103.352Qmax(m3/h)3391241033.5248833.2866467.5286814.72109874.88135648164134.08表6.6流量范围选择（4）液位计液位计是通过物位传感器测量出被测液体的高度，根据其传感器原理，可以将液位计分为磁浮子液位计、投入式液位计、超声波液位计等。本供水管网系统采用的是投入式静压液位计，下面将介绍该类型的液位计的工作原理、特性等。投入式静压液位计是基于所测液体静压与该液体的高度变化成正比例的原理制造而成的，也称为投入式静压液位变送器。其工作原理是：利用压差或压力传感器来测量静压的大小，即当传感器投入到被测液体中某一深度时，通过以下公式测算出液体静压：P=Hgρ+P。89 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H-液位计投入液体中的深度g–当地重力加速度ρ–被测液体的密度P。-液面上空大气压然后再将静压转换为电流信号，经过线性修正及温度补偿后，转化为标准的电流信号（4～20mA/1～5VDC），并用显示屏显示液位值或传输给PLC。投入式静压液位计结构简单、经济耐用、安装方便、工作稳定性较好，且内部含有限流保护和反向保护电路，因此在安装时若不慎反接正负极，也不会损坏变送器，若发生异常，变送器会自动限流在35mA以内。本系统采用昆仑海岸生产的投入式静压变送器，其技术参数如表6.7所示。技术参数量程0～1000m内各量程最小量程0.5m介质温度-20℃～70℃环境温度-10℃～60℃供电电压DC24V（12V～32V）负载特性电流输出型≤500Ω（DC24V供电时）绝缘电阻电压输出型：输出阻抗≤250Ω＞100MΩ测量精度±0.5%F·S响应时间≤100ms最大工作电压2倍量程电器连接电缆连接测量介质水、油及其他与316不锈钢兼容介质表6.7投入式静压变送器技术参数（5）PH计PH计也称为酸度计，是测定液体介质酸碱度的仪器，具有较高的精密度。PH计一般由参比电极、玻璃电极、电流计三部分组成。使用时把两个电极插入被测溶液中，由于被测溶液的氢离子浓度不同，而在两极之间产生电位差，直流放大器将电位差放大，送至显示器，最终以指针偏转角度形式或数字形式将被测溶液的PH值显示出来。本供水管网需要监测原水、出厂水的PH值，因为取水泵房内安装的在线余氯分析仪中含有PH值测试功能，因此只需要在取水泵房安装PH计即可。本系统采用重庆尚捷公司生产的在线PH计，其技术参数如表6.8所示。产品特点（1）LCD中文菜单式、中文记事（2）防水防尘设计、防护等级IP65，适宜户外使用89 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）双高阻输入电路，稳定性好、响应快、抗干扰强（4）微处理器触摸式按键、无复杂功能调节（5）自动温度补偿、带温度显示（6）错误标定自动判别功能（7）挂壁型或挖孔式安装（8）上、下限报警继电器输出(220V/5A)（9）隔离的电流输出和RS485通讯接口（10）电流对应pH值的输出上、下限可任意设定（11）仪表具有自动清洗功能，配外置水源实现探头的定时清洗技术参数（1）测量范围：pH:0.00-14.00pH；mV:-1999~+1999mV；Temp:0~100℃；（2）精确度：pH:±0.01pH±0.05%；mV:±0.5mV±0.05%；Temp:±0.3℃；（3）温度补偿：PT100自动温度补偿(使用带PT100传感器)；（4）显   示：PH值与温度值LCD同屏数字显示；（5）密码管理：参数设置和维护均有密码保护；（6）历史曲线：连续记录一个月数据，五分钟一个点；（7）自动清洗：清洗周期0-48小时可程式，清洗时间0-180秒可程式；（8）警报输出：上、下限继电器输出(220V/5A)；（9）电流输出：隔离式DC4~20mA输出或软件设定0~10mA；（10）温度输出：温度显示且隔离式DC4~20mA(选配)；（11）通讯接口：隔离RS485(选配)；（12）环境温度：0~65℃；（13）湿   度：≤95%；（14）防护等级：IP65；（15）供电电源：AC110/220V±10%，50/60Hz；或DC24V；（16）安装方式：壁挂安装或138×138mm挖孔式。表6.8从轻尚捷在线PH计技术参数6.2.3RTU远程终端设备RTU（RemoteTerminalUnit）是一种远程智能测控设备，具有数据采集、控制及通信的功能。它是构成SCADA系统的基本组成单元，具有承上启下的作用。在构建供水管网SCADA系统时，针对管网测控点分布分散、无需控制的特性，可以采用RTU对全市自来水管网的压力变化过程进行实时监测，另外还可以监测浊度、流量和余氯3个数据信息。89 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RTU包括电源模块、CPU模块、I/O（输入/输出）模块、通信单元等，它执行的任务主要取决于CPU中的程序，工程师可根据实际需要编写相应程序并下载至CPU。其工作原理是，RTU先将远程工作站的信号或状态转换成可在通信介质中传输的数据格式，再将数据通过通信网络传送给控制中心服务器，以实现控制中心对远程工作站的监测功能，反之，控制中心也可以通过通信网络将命令传送给RTU，由RTU独立完成PID、前馈控制、反馈控制、连锁控制等控制调节功能，RTU采集的数据在有线网络和无线网络中均可传输。由于RTU具有传输信号可靠、主机负担轻、电缆用量少、安装费用低等优点，现已普遍采用于电力、水处理等工业控制领域。RTU具有较完善功能，因此在SCADA系统中得到普遍应用，其特性如下：（1）可提供多种通信端口及通信协议设备生产厂商在设计RTU时就预设了多个通信端口，如串口和以太网（RS-485/RS-232），这些端口既可满足远程通信要求，也可满足本地通信要求。兼容多种通信协议，如ModbusTCP/IP、ModbusRTU、ModbusASCⅡ等标准协议；（2）适用于恶劣工作环境普通RTU可以在-40℃～60℃的环境下工作，有些特殊的RTU可以在海上平台、船舶等潮湿环境下工作。（3）模块化的设计结构更加紧凑高集成度的模块化设计结构使RTU具有紧凑性、小型化、低功耗、高可靠性能，适用于无人值守远程工作站点。（4）具有大容量程序及数据存储空间RTU可以提供1～32MB的大容量存储空间，在遇到通信中断时，RTU可就地记录数据，并可在恢复通信后补传及恢复数据。（5）具有强大的软件支持以及多种编程方式在RTU中，输入不同类型的控制程序，可形成管网压力监测器、管网中途加压站控制器、水源井控制器、水厂监控分站控制器等不同类型的RTU。（6）可独立完成多种控制调节功能RTU可独立完成PID、前馈控制、反馈控制、连锁控制等控制调节功能本系统采用的北京安控公司生产的SuperERTU功能齐全、性能稳定,它主要面向小型的数据采集和监控系统，既可以单独使用，还可以现场显示和控制，且可以实现网络化管理，采用它来组成SCADA系统很方便，已经广泛应用于水、电力、石油等领域。供水管网的SCADA系统将通过该RTU监测供水管网水压信息，每15分钟RTU测试管网水压一次，并将检测信息通过GPRS无线通信网络传送给监控中心服务器，同时还具有水位报警功能等。89 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6.2远程命令远程测量参数（1）取水泵房根据出厂水位用PLC变频恒压控制取水泵。（2）加药间根据后浊度控制进液阀、稀释水阀、搅拌机的开关。（3）加氯现场根据余氯控制加氯机。（4）反应沉淀池根据生产需要启用/停用沉淀池。根据污泥浓度开关或时间周期进行排泥控制（5）滤池滤池的恒水位控制，滤池的反冲及运行。（6）反冲洗现场1、水泵的开/停。2、鼓风机开/停。（7）送水泵房根据出厂水流量用PLC变频恒压控制送水泵；接触池余氯值去控制后加氯机。（8）水厂配电室人工合闸或自动合闸/分闸（9）水源井根据源水流量控制原水泵启停。6.4本章小结第七章总结及展望7.1总结7.2展望89 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究参考文献[1]王振明.SCADA（监控与数据采集）软件系统的设计与开发.机械工业出版社.2009.1[2]王华忠.监控与数据采集（SCADA）系统及其应用.电子工业出版社.2010.1[3]张朝升.张立秋.小城镇饮用水处理技术.中国建筑工业出版社.2008[4]李玉华.孙燕.电力系统嵌入式通信前置机的架构及其应用.世界仪表与自动化.2006[5]郁有文.常健.程继红.传感器原理及工程应用（第二版）.西安电子科技大学出版社.2007.2[6]徐谡.VisualBasic应用与开发案例教程[M].北京：清华大学出版社，2005[7]曹青，邱李华，郭志强.VisualBasic程序设计教程[M].北京：机械工业出版社，2000[8]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：89 广西大学工程硕士学位论文基于PLC的供水管网SCADA系统的研究日期：日期：89 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89 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：　　　　　89 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89 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89 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：89 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：89 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。89 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。89 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。89 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。89 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。89'