泵站遠程監(jiān)控系統設計

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1、 （2011屆） 本科畢業(yè)設計（論文）資料 題 目 名 稱： 泵站遠程監(jiān)控系統設計 學 院（部）： 電氣與信息工程學院 專 業(yè)： 學 生 姓 名： 班 級： 學號

2、 指導教師姓名： 職稱 最終評定成績： 湖南工業(yè)大學教務處  目 錄 第一部分 過程管理資料 一、2010屆畢業(yè)設計（論文）課題任務書…………………………………(1) 二、湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文）開題報告………………………(3) 三、本科畢業(yè)設計（論文）中期報告………………………………………(7) 四、畢業(yè)設計（論文）指導教師評閱表……………………………………(8) 五、畢

3、業(yè)設計（論文）評閱教師評閱表……………………………………(9) 六、畢業(yè)設計（論文）答辯及最終成績評定表……………………………(10) 第二部分 畢業(yè)論文 七、畢業(yè)論文……………………………………………(11) 2011屆 本科畢業(yè)設計（論文）資料 第一部分 過程管理資料 2011 屆畢業(yè)設計（論文）課題任務書 院(系)： 電氣與信息工程學院 專業(yè)： 指導教師 學生姓名 課題名

4、稱 泵站遠程監(jiān)控系統 內 容 及 任 務 污水泵站的日常運行及維護由很大工作量，目前國內很多企業(yè)仍然采用人工巡查的辦法，具有工作量大、效率低、反應慢的特點，因此這種模式應逐漸向遠程監(jiān)控發(fā)展。本課題是采用基于VPN的分布式計算機監(jiān)控系統（SCADA）技術，通過網絡系統對遠程泵站實施監(jiān)控和控制，可以實現無人值守、遠程集中控制，節(jié)省大量的人力、物力、財力和提高管理水平和工作效率，以及提高信息化和自動化、網絡化水平。 擬 達 到 的 要 求 或 技 術 指 標 了解泵站遠程監(jiān)控系統的工藝情況及控制要求 總體方案

5、設計 控制系統硬件設計 控制系統軟件設計 系統調試 進 度 安 排 起止日期 工作內容 查閱相關資料，寫出開題報告。 生產實習，了解和熟悉課題相關內容。 課題設計，寫出初步設計書，并開發(fā)相應軟件。 畢業(yè)設計定稿、完善、答辯及總結。 主 要 參 考 資 料 [1] 丘傳忻，泵站.中國水利水電出版社[M].2004 [2] 翟海生,IP VPN隧道協議及其應用[J].通信世界，2001(34) [3]何寶宏,IP虛擬專用網絡技術[M]

6、.北京:人民郵電出版社,2002. [4] 高海英,VPN技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.4 [5] 孫為清，趙軼群.VPN隧道技術[J].計算機應用研究，2000(08) [6] 張大陸，戶現鋒.VPN核心技術的研究[J].計算機工程，2000,26(03) [7] 王濤，周琦.污水提升泵站無人值守的改造[J]. 中國給水排水, 2010, 26(10) [8] 魏廣科,VPN技術及其應用的研究[J]. 計算機工程與設計, 2005 [9]楊啟堯，項國云.基于VPN污水泵站遠程監(jiān)控系統設計與實現[J].浙江水利水電專科學校學報.2009(1) [10] 柴瑞娟，陳海

7、霞. 西門子PLC編程技術及工程應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007 [11] 吳作明,工控組態(tài)軟件與PLC應用技術[M]. 北京：北京航空航天大學出版社, 2007 教研室 意見 簽名： 年 月 日 院(系)主管領導意見 簽名： 年 月 日 湖 南 工 業(yè) 大 學 本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 （2011屆） 學 院（部）： 電氣與信息工程學院 專

8、 業(yè)： 學 生 姓 名： 班 級： 學號 指導教師姓名： 職稱 2011年 1 月 日 題目： 1. 結合課題任務情況，查閱文獻資料，撰寫1500～2000字左右的文獻綜述 污水泵站的日常運行及維護有很大的工作量，目前國內許

9、多企業(yè)仍然采用人工巡視檢查的辦法，具有工作量大、效率低、反應慢的缺點，這種管理辦法與城市發(fā)展的要求越來越不相適應。因此部分企業(yè)逐漸開始采用遠程監(jiān)控系統.遠程監(jiān)控是指利用計算機通過網絡系統實現對遠程工業(yè)生產過程控制系統的監(jiān)視和控制，能夠實現遠程監(jiān)控的計算機軟件系統稱為遠程監(jiān)控系統。而中小型污水泵站計算機遠程監(jiān)控系統中，絕大部分采用Internet或Irtranet的結構，這些傳統網絡需要建立自己的物理專用線路，使用昂貴的長途撥號以及長途專線業(yè)務，在使用中存在功能單一、安全機制差、界面復雜等缺點，因此決定采用虛擬專用網（Virtual Private Network,VPN）來設計遠程監(jiān)控系統。

10、 虛擬專用網絡是專用網絡的延伸，它包含了類似Internet的共享和公共網絡鏈接。VPN被定義為一個公用網絡（通常是因特網）建立一個臨時的、安全的連結，是一條穿過混亂的功用網絡的安全、穩(wěn)定的隧道。通過VPN可以以模擬點對點專用鏈接的方式通過共享或公共網絡在兩臺計算機之間發(fā)送數據。它具有降低成本、易于擴展、保證安全等優(yōu)點。 泵站與監(jiān)控中心采用VPN網連接，在每個污水泵站內均設置一個工業(yè)以太網泵站交換機，泵站交換機接入VPN網，泵站內的所有網絡設備（PLC、視頻服務器等）與泵站交換機連接。同樣監(jiān)控中心的中控室交換機也接入該網絡，監(jiān)控中心內的各計算機系統（工況監(jiān)控計算機系統、圖像監(jiān)控計算機系統等）

11、接入中控室交換機。這樣，各污水泵站內的PLC控制系統與監(jiān)控中心內的工況監(jiān)控計算機系統形成一個虛擬局域網。采用虛擬專用網一方面大大降低了成本，另一方面節(jié)約了開發(fā)的時間。 污水泵站工業(yè)控制系統由下位機（由西門子公司實現的PLC控制系統）和上位機（工況監(jiān)控計算機，采用WINCC軟件設計的上位機監(jiān)控系統）及網絡系統等構成。 下位機通過采集儀表系統的測量參數、各工藝設備的狀態(tài)參數和接受觸摸屏及上位機的控制命令，根據編制的泵站控制程序，來實現對各工藝設備的自動控制和遠程遙控，將各信號上傳至監(jiān)控中心的工況監(jiān)控計算機上。 上位機可接收下位機傳送上來的各儀表測量信號和設備狀態(tài)信號及操作員的控制命令，通過設

12、定的程序運行，向下位機發(fā)送各控制命令。 網絡系統將各污水泵站的下位機（PLC系統）和上位機連接起來，下位機可以通過該網絡向上位機傳送信號，同時上位機通過該網絡向下位機發(fā)送傳送命令。 污水泵站內的儀表系統主要由出水池內的液位檢測儀表、出水總管上的壓力檢測儀表和配電系統中的各電量參數檢測儀表等構成。 出水池內的液位檢測儀表主要用于檢測出水池內的液位，該液位是整個泵站中最關鍵的工藝參數。直接關系的泵站安全運行。出水總管壓力檢測主要用于檢測泵站出水管的管壓力，該參數也是泵站系統運行的一個重要工藝參數。借助該參數可以間接的判斷出潛水泵是否運行正常、管道是否出現故障等情況。 配電系統檢測儀表主要用

13、于對泵站系統內的電力參數測量，測量參數主要包含泵站內低壓系統的各電壓、電流、電度量及功率因素等。是對泵站進行能耗分析、運行效率衡量的一個重要依據。這3個參數是關系到泵站正常運行的關鍵，因此必須進行準確的測量。 工業(yè)監(jiān)控計算機對該公司所轄泵站實現工況監(jiān)控、遠程調度指揮等功能；數據服務器實現對各泵站運行數據的存儲和處理，供該公司值班人員及管理人員對泵站的各項數據（工藝參數、電力參數、設備狀態(tài)等）進行查詢和打印。 各泵站安裝的攝像頭拍攝的視頻信號通過網絡視頻服務器傳送到監(jiān)控中心的圖像服務器上，各圖像監(jiān)控計算機通過網絡訪問圖像服務器，對各泵站的圖像信號進行顯示。 2.選題依據、主要研究內容、研究

14、思路及方案 (1)選題依據 我國城市污水處理事業(yè)是在80年代初逐步發(fā)展起來的，經過幾十年的發(fā)展已經初具規(guī)模，但是，與國外同期的城市污水處理廠相比，我國的污水處理事業(yè)則呈現出效率低、自動化程度低、能耗高且運行費用高等缺點。隨著全球水資源供應的緊張和對自動化要求的增加，我國的污水處理廠無疑向著高度自動化和無人職守的方向發(fā)展。 (2)本設計主要研究內容及任務： 污水泵站的日常運行及維護有很大工作量，目前國內很多企業(yè)仍然采用人工巡查的辦法，具有工作量大、效率低、反應慢的特點，因此這種模式應逐漸向遠程監(jiān)控發(fā)展。本課題是采用基于VPN的分布式計算機監(jiān)控系統（SCADA）技術，通過網絡系統對遠程泵站

15、實施監(jiān)控和控制，可以實現無人值守、遠程集中控制，節(jié)省大量的人力、物力、財力和提高管理水平和工作效率，以及提高信息化和自動化、網絡化水平。 3.工作進度及具體安排 2010.12-2011.1 查閱相關資料，寫出開題報告。 2011.3-2011.4 生產實習，了解和熟悉課題相關內容 2011.4-2011.6 課題設計，寫出初步設計書，并開發(fā)相應軟件 2011.6-2011.7 畢業(yè)設計定稿、完善。答辯及總結。 4.指導教師意見 指導教師：

16、 年 月 日 說明：開題報告作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一，此報告應在導師指導下，由學生填寫，將作為畢業(yè)設計（論文）成績考查的重要依據，經導師審查后簽署意見生效。 本科畢業(yè)設計（論文）中期報告 填表日期： 2011 年 05 月 日 學院(部) 電氣與信息工程學院 班級 學生姓名 課題名稱：泵站遠程監(jiān)控系統 課題主要任務： 本課題是采用基于VPN的分布式計算機監(jiān)控系統（SCADA）技術，通過網絡系統對遠程泵站實施監(jiān)控和控制，可

17、以實現無人值守、遠程集中控制，節(jié)省大量的人力、物力、財力和提高管理水平和工作效率，以及提高信息化和自動化、網絡化水平。 1、簡述開題以來所做的具體工作和取得的進展或成果 對所采用的VPN技術進行了一次比較全面的了解，對污水泵站處理的過程有了認識，以及對于所要進行的監(jiān)控技術的全面設計進行了前期的工作，查閱了相關的資料，了解和熟悉課題的相關內容。 2、下一步的主要研究任務，具體設想與安排 下一步就是進行系統的開發(fā)和對論文的安排，認真的了解所要進行的工作任務，設計課題，寫出相關的課題設計書，并開發(fā)相應的軟件和硬件。在四至六月份的時候進行初步的課題設計和相關的軟件，在

18、六至七月份的時候進行設計書的完善工作。 3、存在的具體問題 在操作WINCC軟件實際過程中可能存在的具體問題，在系統與系統的銜接方面會有錯覺，對于PLC的一些相關問題，可能自己不能夠全面掌握并具體應用。 4、指導教師對該生前期研究工作的評價 指導教師簽名： 日 期： 畢業(yè)設計（論文）指導教師評閱表 學院（部）（公章）： 學生姓名 學 號 班 級 專 業(yè) 專業(yè)方向

19、指導教師 姓 名 課題名稱 泵站遠程監(jiān)控系統 評閱項目 標準 滿分 得分 業(yè)務能力 與水平 有收集、綜合和正確利用各種信息并獲取新知識的能力。能應用所學的基礎理論與專業(yè)知識，獨立分析和解決實際問題，完成了任務書規(guī)定的任務，所得結論具有應用或參考價值，工作中有創(chuàng)新意識。 30 論文質量 條理清晰，結構嚴謹；文筆流暢，語言通順；方法正確，分析、論證充分；設計、計算正確，工藝可行，設計圖紙質量高，標準使用規(guī)范；專業(yè)名詞術語準確。 30 規(guī) 范 化 技術材料齊全，論文撰寫符合《本科畢業(yè)設計（論文）撰寫規(guī)范》的要求。 20 外語水平 英文摘要寫作

20、水平高。 10 工作態(tài)度 嚴肅認真，刻苦勤奮，善于與他人合作。 10 綜合評價： 是否同意參加答辯： 同意按期答辯 延期答辯 不同意答辯 指導教師評定成績 分值： 指導教師簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）評閱教師評閱表 學院（部）（公章）： 學生姓名 學 號 班

21、級 專 業(yè) 專業(yè)方向 課題名稱 泵站遠程監(jiān)控系統 評審項目 指 標 滿分 得分 選 題 體現專業(yè)內容；具有實際或理論意義；難易程度合適。 10 工 作 量 完成任務書規(guī)定的內容，工作量飽滿。 10 業(yè)務能力 與水平 有收集、綜合和正確利用各種信息并獲取新知識的能力。能應用所學的基礎理論與專業(yè)知識，分析和解決實際問題，完成了任務書規(guī)定的任務，所得結論具有應用或參考價值，工作中有創(chuàng)新意識。 30 論文質量 條理清晰，結構嚴謹；文筆流暢，語言通順；方法正確，分析、論證充分；設計、計算正確，工藝可行，設計圖紙質

22、量高，標準使用規(guī)范；專業(yè)名詞術語準確。 30 規(guī) 范 化 技術材料齊全，論文撰寫符合規(guī)范要求。 10 外語水平 英文摘要寫作水平高。 10 針對論文提問： 1、 2、 3、 評 分： 是否同意參加答辯 同意按期答辯 延期答辯 不同意答辯 評閱人簽名： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）答辯及最終成績評定表 學院（部）（公章）：

23、 學生姓名 學號 班 級 答辯 日期 課題名稱 泵站遠程監(jiān)控系統 指導 教師 成 績 評 定 分值 評 定 教師 1 教師 2 教師 3 教師 4 教師 5 小計 課題介紹 思路清晰，語言表達準確，概念清楚，論點正確，實驗方法科學，分析歸納合理，結論嚴謹，設計（論文）有應用價值。 30 答辯 表現 思維敏捷,回答問題有理論根據，基本概念清楚，主要問題回答準確、深入,知識面寬。 70 合 計 100

24、 答 辯 評 分 分值： 答辯小組長簽名： 答辯成績a： 40％＝ 指導教師評分 分值： 指導教師評定成績b： 30％＝ 評閱教師評分 分值： 評閱教師評定成績c： 30％＝ 最終評定成績： 分數： 等級： 答辯委員會主任簽名： 年 月 日 說明：最終評定成績＝a+b+c，三個成績的百分比由各學院（部）自己確定。

25、 2011屆 本科畢業(yè)設計（論文）資料 第二部分 畢業(yè)設計（論文） （2011屆） 本科畢業(yè)設計（論文） 泵站遠程監(jiān)控系統 學 院（部）： 電氣與信息工程學院 專 業(yè)： 學 生 姓 名： 班 級： 學號

26、 指導教師姓名： 職稱 最終評定成績 2011 年 月 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 泵站遠程監(jiān)控系統 學 院（部）： 電氣與信息工程 專 業(yè)： 學 號： 學 生 姓 名： 指導教師姓名： 2011年

27、 月 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 摘 要 近年來，隨著信息技術的不斷發(fā)展，生產過程的遠程監(jiān)控己經成為可能。本文以泵站自動化改造項目為背景，提出了基于VPN技術的遠程監(jiān)控系統的解決方案，開發(fā)了基于VPN的遠程監(jiān)控系統。 該文首先綜述了遠程監(jiān)控的國內外現狀，由于網絡安全越來越受到人們的重視，本文設計了基于PPTP的VPN網絡并應用于遠程監(jiān)控系統。VPN能夠在公共網絡上建立安全的網絡通道，為系統安全、可靠的運行提供良好的基礎服務。特別是針對無人值守的特點，監(jiān)控系統能夠自動診斷各種通訊異常和錯誤，并主動恢復或自動保護，保證設備的正常運行，其次詳細設計并實現了視頻監(jiān)控系統和數據監(jiān)

28、視系統，提高實時監(jiān)視的可靠性。 通過對泵站遠程監(jiān)控系統的分析和研究，實現了基于VPN的污水泵站遠程監(jiān)控系統。能夠顯著提高這些領域的計算機控制與管理水平，降低運行成本，具有十分重要的理論意義和工程應用價值。 關鍵詞： 泵站、PLC、VPN、WINCC ABSTRACT In recent years, with the continuous development of information technology, it is possible for remote supervisory and control of produ

29、ction process. Based on the project for the reconstruction of hydro power station automation, a scheme for the remote supervisory and control based on VPN technology is proposed. Firstly, recent research on the remote supervisory and control in domestic and foreign country is introduced in brief.

30、Because network security is taken into account by more and more people, VPN based on PPTP is designed on heterogeneous platform and applied to remote supervisory and control system. VPN can create private network connections over public networks, provide secure and reliable Internet accesses service

31、. Aiming at the characteristics that small hydroelectric power stations mostly are set up in remote areas and no people are on duty, Remote supervisory system can automatically diagnose all kinds of communication abnormities and errors, and initiatively restore or automatically protect_the normal o

32、perations of device. Secondly, video supervisory subsystem and data supervisory subsystem are designed and realization in detail. In term of the features of small network bandwidth, optimization designs are used to enhance the reliability of real-time supervisory. According to the analysis and res

33、earch of the sewage pumping stations remote monitor system, the system which based on VPN has been successfully realized. supervisory, city management and so on. Moreover, The system can remarkably improve the level of control and management in these domains and reduce the operation cost. It has the

34、 extremely important theory significance and engineering application values. KEY WORDS: PUMPING STATION, PLC, VPN, WINCC II 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 目 錄 第1章 緒論 1 1.1 課題背景 1 1.2 國內外遠程監(jiān)控系統的發(fā)展狀態(tài) 1 1.3 VPN技術的發(fā)展背景及現狀 3 1.4研究內容和意義 4 第2章 系統的設計需求與總體設計方案 5 2.1 泵站工藝簡介 5 2.2 泵站功能簡介 5 2.2.1污水泵與格

35、柵的自動控制 5 2.2.2 主要運行參數的測量及采集 6 2.2.3 遠程數據傳輸功能 7 2.2.4 中央監(jiān)控及管理調度功能 7 2.2.5 監(jiān)控信息多畫面 8 2.3系統設計原則 8 2.4總體設計方案 8 第3章 VPN的研究與分析 10 3.1 VPN基礎 10 3.1.1 VPN定義 10 3.1.2 VPN的工作原理 10 3.1.3 VPN的特點 11 3.2 VPN的實現技術 12 3.2.1隧道技術 12 3.2.2安全協議 12 3.2.3 PPTP協議的通信過程 15 3.2.4用戶認證技術 17 3.2.5訪問控制技術 17 3.2

36、.6 QoS技術 18 3.3 VPN的實現 18 第4章 系統硬件和軟件的設計 20 4.1數據傳輸帶寬的確定 20 4.2 硬件系統的設計與實現 21 4.2.1 PLC的介紹 21 4.2.2 PLC的工作原理 22 4.2.3 PLC的特點 22 4.2.4 PLC輸入輸出點數統計 22 4.2.5 PLC設備選型及配置清單 25 4.2.6 PLC程序設計 26 4.3 監(jiān)控軟件的設計(WINCC) 28 4.3.1 監(jiān)控軟件介紹 28 4.3.2 監(jiān)控軟件設計 30 4.3.3 登錄界面 31 4.3.4 主界面 33 4.3.5 報警匯總界面 34

37、 4.3.6 實時趨勢界面 35 總結 37 參考文獻 38 致謝 39 畢業(yè)設計誠信聲明 1 41 第1章 緒論 1.1 課題背景 從上個世紀90年代以來，隨著科學技術的迅速發(fā)展，人們的生產行為、生活方式都發(fā)生了重大的變化，作為生活生產中非常重要的一項技術即監(jiān)控技術的重要性正在逐漸被人們所認識和重視。遠程監(jiān)控是指利用計算機通過網絡系統實現對遠程工業(yè)生產過程控制系統的監(jiān)視和控制，能夠實現遠程監(jiān)控的計算機軟件系統稱為遠程監(jiān)控系統。 監(jiān)控系統的演變，是一個從集中監(jiān)控向網絡監(jiān)控的發(fā)展歷史。早期的監(jiān)控系統，采用大型儀表集中對各個重要設備的狀態(tài)進行監(jiān)視，并通過操作盤來

38、進行集中式操作。而計算機監(jiān)控系統是以監(jiān)測控制計算機為主體，加上檢測裝置、執(zhí)行機構與被監(jiān)測控制的對象（生產過程）共同構成的整體。在該系統中，計算機實現了生產過程的檢測、監(jiān)督和控制功能。在現代企業(yè)的生產和管理中，大量的物理量、環(huán)境參數、工藝數據、特性參數需要進行實時檢測、監(jiān)督管理和自動控制。由于工業(yè)生產過程控制要求的高環(huán)境適應性、高實時性、和高可靠性等特點，自動控制與檢測技術一直沿著自己的道路發(fā)展，測控領域所使用的通信技術都自成體系，許多通信協議不開放，而且大多數系統都是面向單臺，或單一類型的設備。 隨著生產力的進步，設備的分布越來越離散。單一的，各自獨立的監(jiān)測系統已不能適應工業(yè)化的需求，于是便

39、產生了分布式系統。這種系統以計算機網絡為基礎，使系統資源分配趨于合理。但是由于目前運行的絕大多數分布式監(jiān)測系統還只是在局域網上，通常的測控僅局限于同一地點，所以具有一定的地域局限性。Internet能實現資源的共享，從而使人們有能力解決以前在極有限的資源下很難解決的問題，為遠程監(jiān)控系統的發(fā)展提供了有利的條件。遠程監(jiān)控是本地計算機通過網絡系統如Internet/Intranet，對遠端進行監(jiān)視和控制，完成對分散控制網絡的狀態(tài)監(jiān)控及設備的診斷維護等功能。我們通常把能夠實現遠程監(jiān)控的通信媒體、計算機軟件、硬件系統稱為遠程監(jiān)控系統。在現場設備分布廣泛或數據不易采集的場合，要能夠及時地監(jiān)視設備的運行狀態(tài)

40、并進行有效控制，這就是遠程監(jiān)控技術在工業(yè)生產上的需求。 1.2 國內外遠程監(jiān)控系統的發(fā)展狀態(tài) 遠程監(jiān)控是國內外研究的前沿課題，國內外都展開了積極的研究。1997年1月，首屆基于Internet的遠程監(jiān)控診斷工作會議由斯坦福大學和麻省理工學院聯合主辦，有來自30個公司和研究機構的50多位代表到會。會議主要討論了有關遠程監(jiān)控系統開放式體系、診斷信息規(guī)程、傳輸協議及對用戶的合法限制等，并對未來技術發(fā)展作了展望由斯坦福大學和麻省理工學院合作開發(fā)基于Internet的下一代遠程監(jiān)控診斷示范系統，這項工作同時也得到了制造業(yè)、計算機業(yè)和儀器儀表業(yè)的Sun、HP、Boeing、Intel、Ford等12家

41、大公司的熱情支持和通力配合。之后，由這些公司共同推出了一個實驗性的系統Testbed。Testbed用嵌入式Web組網、用實時JAVA和Bayesian Net初步形成在Internet范圍內的信息監(jiān)控和診斷推理。另外，許多國際組織，如MIMOSA(Machine Information Management Open System Alliance)、SMFPT (Society for Machinery Failure Prevention Technology)、COMADEM (Condition Monition an Engineering Management)等，也紛紛通過網

42、絡進行設備監(jiān)控與故障診斷咨詢和技術推廣工作，并制定了一些信息交換格式和標準。許多大公司也在他們的產品中加入了Internet的功能，如Bentley公司的計算機在線設備運行監(jiān)測系統DataManager200可以通過網絡動態(tài)數據交換(NetDDE)的方式向遠程終端發(fā)送設備運行狀態(tài)信息；著名的National Instruments公司也在它的產品LabWindows/CVI以及LabVIEW中加入了網絡通訊處理模塊，因而可以通過WWW、FTP、E2mail方式在網絡范圍內進行監(jiān)控數據的傳送至法國ALARM。研究組對生產過程的智能報警和監(jiān)控系統進行了長期研究，并在多個項目中進行了應用。 國內對

43、于遠程監(jiān)控技術也開展了積極的研究?；贗nternet控制網絡方面的研究剛剛起步。在實際應用方面，東大阿爾派公司為自己的CT產品開發(fā)了遠程維修診斷系統，借助Internet網絡，實現對分布在各地的CT機的遠程診斷和維修。在國家科委的863計劃中，設立了機器人網絡通信與遠程診斷、維修技術專題;上海科技網把基于Internet的遠程診斷等納入自己未來的發(fā)展目標。清華大學機械系設計一套基于硬件的網絡控制實驗，這套網絡實驗采用目前流行的Java、MATLAB、流媒體技術和網絡集成，將算法嵌入到服務器中，其3-D測量的實驗就證明網絡實驗比傳統實驗的優(yōu)越性。同濟大學以上海大眾汽車沖壓生產線為研究對象，初步

44、實現了一個面向制造企業(yè)的工業(yè)現場遠程監(jiān)控診斷系統。北京理工大學、南京航空航天大學等也在開展基于Internet的FMS(柔性加工系統)遠程故障診斷的研究。華北電力大學等進行變電站的在線監(jiān)測系統。國內浙江大學開發(fā)的基于Internet的實時控制實驗室，有液位控制、加熱爐微機控制、溫度顯示、步進電機控制、連續(xù)攪拌反應釜流量控制等幾種實驗設備。 目前，對設備的遠程監(jiān)控已成為當今設備監(jiān)控與診斷技術的一個研究熱點。融合安全、可靠的網絡技術（VPN）使得遠程控制更具有其可行性，遠程監(jiān)控技術的不斷發(fā)展將使得企業(yè)生產管理向著更加現代化、智能化、集成化和無人化方向發(fā)展。 1.3 VPN技術的發(fā)展背景及現狀

45、 隨著Internet和電子商務的蓬勃發(fā)展，越來越多的用戶認識到，經濟全球化的最佳和最快捷途徑是發(fā)展基于Internet的商務應用。隨著商務活動的日益頻繁，各企業(yè)開始允許其伙伴、供應商、服務提供商也能夠訪問本企業(yè)的局域網，從而大大簡化信息交流的途徑，增加信息交換速度。這些合作和聯系是動態(tài)的，并依靠網絡來維持和加強，于是各企業(yè)發(fā)現，這樣的信息交流不但帶來了網絡的復雜性，還帶來了管理和安全性的問題，如何尋找一個合適的通信解決方案，來解決這一系列突出的矛盾就變成了企業(yè)當前最緊要的任務。 用戶的需求正是VPN技術誕生的直接原因。VPN虛擬專網是虛擬私有網絡( Virtual Private Netw

46、ork)的簡稱，它是一種利用公共網絡來構建的私有專用網絡。所謂虛擬，是指用戶不再需要擁有實際的長途數據線路，而是使用Internet公眾數據網絡的數據線路。所謂專用網絡，是指用戶可以為自己制定一個最符合自己需求的網絡。 在國外，VPN早從1997年開始己經迅速發(fā)展起來，2001年全球VPN市場近120億美元，預計到2005年將達到29億美金(Infonet Research, 2002)。在國內，據國內權威機構《賽迪網》顧問調查顯示:2002年上半年中國VPN市場銷售額為3300萬美元，較2001年同期銷售額增長幅度達57.14%，超過網絡安全產品市場增長率的40.91%。與此同時，VPN產

47、品在網絡安全產品市場的比重由原來的3.18%增長到現在的3.55%。據預計，到2005年中國的VPN類產品及服務將從2001年的0.56億美元增長到5.43億美元，復合增長率將達到76.5% 。 根據不同需要，可以構造不同類型的VPN，不同商業(yè)環(huán)境對VPN的要求和VPN所起的作用是不一樣的。下面分三種情況說明VPN的用途： 1.內部網VPN (Intranet VPN )是通過公共網絡將一個企業(yè)各分支機構的LAN連接而成的網絡。它是企業(yè)內部網絡的擴展。當一個數據傳輸通道的兩個端點被認為是可信的時候，企業(yè)可以選擇“內部網VPN”，解決方案，安全性主要在于加強兩個VPN服務器之間的加密和認證手

48、段上。 2.外部網VPN ( Extranet VPN ):類似于Intranet VPN，主要為公司合作伙伴、顧客、供應商、投資者之間建立VPN。一個可行的外部網VPN方案應能適用于各種操作平臺、協議、各種不同的認證方案及加密算法。 3.遠程訪問VPN ( Remote Access VPN ):在公司總部和遠地出差員工之間建立VPN.典型的遠程訪問VPN是通過本地的信息服務提供商(ISP)登錄到Internet上，并在辦公室和公司內部網之間建立一條加密信道。 VPN代表了當今網絡發(fā)展演化的最高形式，它綜合了傳統數據網絡的性能優(yōu)點一安全和QoS ( Quality of Servi

49、ce )，和共享數據網絡結構的優(yōu)點(簡單和低成本)，必將成為未來傳輸完全匯聚業(yè)務的主要工具。 1.4研究內容和意義 污水泵站的日常運行需要很大的工作量，傳統的污水泵站管理辦法是在各主要的泵站安排值班人員對附近的小泵站每天進行巡檢，通過電話和泵站管理所調度人員，而這種方法具有工作量大、效率低、反應慢的缺點，傳統的管理辦法與迅速發(fā)展的城市的要求越來越不適應。 隨著科技的進步，遠程監(jiān)控系統可以解決傳統方法所具有的上述缺點，所以受到了許多企業(yè)的青睞。遠程監(jiān)控系統是借助于遠程監(jiān)控可以將企業(yè)內部的信息網(Intranet)與控制網有效地連接起來，實現對生產、運營情況的隨時掌握，把生產運營狀況同企業(yè)的

50、經營管理策略緊密結合，從而實現企業(yè)的綜合自動化，可以建立網絡范圍內的監(jiān)控數據和網上知識資源庫。通過遠程監(jiān)控可以實現現場運行數據的實時采集和快速集中，獲得現場監(jiān)控數據，為遠程故障診斷技術提供了物質基礎；通過遠程監(jiān)控，技術人員無須親臨現場或惡劣的環(huán)境就可以監(jiān)視并控制生產系統和現場設備的運行狀態(tài)及各種參數，使受過專業(yè)訓練的人員虛擬地出現在許多監(jiān)控地點，方便地利用本地豐富的軟硬件資源對遠程對象進行高級過程控制，以維護設備的正常運營，從而減少值守工作人員，最終實現遠端的無人或少人值守，達到減員增效的目的。 其實，遠程監(jiān)控對于企業(yè)和商人來說，起優(yōu)點遠遠大于上述功效，最關鍵的實現異地直播的功能，即把自

51、己的廠房、設備、產品樣品直接“搬到”談判桌面，讓您的客戶在未了解您企業(yè)實力之前就“先聲奪人”地起到一個“定心丸”的作用，以便于后期與您的深層次合作。 而中小型污水泵站計算機遠程監(jiān)控系統中，絕大部分采用Internet或Intranet結構。這些傳統網絡需要建立自己的物理專用線路，使用昂貴的長途撥號以及長途專線業(yè)務，在使用中存在功能單一、安全機制差、界面復雜等特點。而針對實際工業(yè)生產中存在的缺陷和需求，設計并開發(fā)出一套專門用于泵站監(jiān)控的自動化系統，使之盡可能的代替人工完成現場數據的監(jiān)測與處理，甚至擁有對現場電氣設備的遠程自動控制能力，顯得尤為重要。這也是過程控制自動化產業(yè)中近年來較為流行的SC

52、ADA ( Supervisory Control and Data Acquisition，監(jiān)視控制和數據采集)系統。本文擬定研制出一套專門用于泵站的SCADA系統，以解決工業(yè)現場生產能力的不足，提高生產效率，帶來最大生產價值。 目前，越來越多的企業(yè)集團呈跨地域的發(fā)展趨勢，利用網絡技術實現遠程監(jiān)控，對企業(yè)降低生產成本，提高勞動生產率，提高企業(yè)產品的科技含量，以及增強企業(yè)的綜合競爭實力等方面都具有十分重要的意義。 第2章 系統的設計需求與總體設計方案 2.1 泵站工藝簡介 污水從

53、進水口流到進水閘門，進水閘門根據泵坑液位自動調節(jié)閘門開度，控制進水量，使液位保持在正常允許的范圍內。然后污水經過有粗格柵機的集水井。格柵機在前后液位差或時間間隔達到了設定值后自動啟動打撈污水中的垃圾。初步除臟后，污水再經過除砂系統除砂后流入泵坑。提升泵由泵坑的液位控制自動運行，通過水泵提升后，污水經出水流向有細格柵機的集水井，再進行污水的進一步處理。所有設備除按特定條件自動運行外，均能根據具體情況，在中央控制室對其進行遠程開停機操作，所有相關的工藝參數和設備的狀態(tài)均能夠得到遠程監(jiān)控。 2.2 泵站功能簡介 2.2.1污水泵與格柵的自動控制 污水泵站工業(yè)控制系統由西門子公司的PLC控制系統

54、與計算機監(jiān)控系統（SCADA）組成，SCADA系統采用WINCC軟件設計的監(jiān)控軟件及VPN網等構成。PLC控制系統通過采集各工藝設備的狀態(tài)參數。儀表系統的測量參數和觸摸屏及工況監(jiān)控計算機的命令，根據泵站編制的控制程序，實現對各個工藝設備的遠程遙控和自動控制，將各數據上傳至監(jiān)控中心。 工況監(jiān)控計算機可接收PLC控制系統上傳送的各儀表測量數據和設備狀態(tài)以及操作員的控制命令，通過設定的程序向PLC控制系統發(fā)送各控制命令。網絡系統將各污水泵站的PLC控制系統和工況監(jiān)控計算機連接起來， PLC控制系統可以通過該網絡向工況監(jiān)控計算機傳送信號，同時，工況監(jiān)控計算機通過該網絡向PLC控制系統發(fā)送控制命令。

55、 污水泵電動機保護控制 應根據水泵驅動電機工作電流、工作電壓，實現對驅動電機的過載、堵轉、相序、缺相不平衡、欠壓、過壓保護功能，防止驅動電動機故障損壞。 污水泵聯鎖保護控制 除污水泵電動機保護控制外，水泵的運行尚需在相關工藝條件允許的情況下，因此應將污水泵運行控制與相關工藝條件之間進行聯鎖，防止誤操作而造成設備損壞。主要聯鎖保護控制如下: 當泵房液位低于超低液位下限時，停止所有污水泵并禁止污水泵啟動。防止水泵干行造成水泵氣蝕。 當水泵前檢修閘閥關閉時，停止與該閘閥對應的污水泵并禁止該污水泵啟動。 為了防止水泵機組發(fā)生啟停振蕩，單水泵連續(xù)兩次啟動之間的時間間隔不應小于設定時間值。

56、為了防止多臺水泵同時啟動對供電網絡造成沖擊，任意兩臺水泵啟動之間的時間間隔不應小于設定時間值。 污水泵根據液位自動啟?？刂? 污水泵根據泵房集水井內的液位，自動確定開啟水泵臺數，水位高時多開水泵，水位低時少開或者不開泵。 污水泵自動輪換控制 為提高泵站可靠性，泵站設有備用泵1臺，以便在其他水泵發(fā)生故障后投入運行，但是如果固定一臺水泵作為備用泵，長期不投入使用，其發(fā)生銹蝕故障的可能性將大大增加，因此應在自動控制模式下對所有水泵實現自動輪換控制，遵循先開先停，輪回啟動以及故障自動補位的原則對水泵進行自動開停。即累計運行時間最長的水泵優(yōu)先考慮停止，累計運行時間最短的水泵優(yōu)先考慮開泵，當某臺水泵

57、故障時自動切換備用水泵投入運行。以便在運行一段時間后，泵坑中所有水泵都有相近的累計運行時間，極大地保證泵站地可靠運行。 格柵的自動控制 格柵除污機采用定時控制，即格柵除污機根據時間間隔參數自動定時啟動，運行固定時間間隔后停止。 2.2.2 主要運行參數的測量及采集 泵站自控系統需實時采集泵站主要運行參數，根據實時運行參數進行設備自動控制、觸發(fā)報警事件，并對實時運行參數進行上傳及存儲管理。泵站內需采集與測量的主要工藝參數如下: 1．污水泵運行電流、電壓、功率、功率因數等主要電力參數，用于水泵電機保護控制運行狀況分析，為管理維護運行調度提供分析數據。 2.閘門、格柵、提升泵的設備工作狀

58、態(tài)，主要包括:手/自動狀態(tài)、運行/停止狀態(tài)、故障狀態(tài)，閘門開閉狀態(tài)。主要用于污水泵聯鎖保護控制、設備控制、維護以及故障報警。 3.泵站集水井液位值。主要用于控制水泵啟停，并觸發(fā)高低液位報警。 4.每臺污水泵的瞬時以及累計流量測量。 5.泵房底層硫化氫氣體濃度，用于泵站有害氣體濃度報警。 6.泵站電力設備運行狀態(tài)及供電電源電流、電壓、功率因數等主要電力參數。用于泵站管理維護，運行狀況分析，為運行調度分析提供數據。 2.2.3 遠程數據傳輸功能 為了實現污水管網泵站遠程監(jiān)控系統的集中管理調度，需選擇合適的遠程數據傳輸系統，實現泵站現場與監(jiān)控中心之間可靠的實時數據傳輸。 2.2.4 中

59、央監(jiān)控及管理調度功能 傳統泵站管理模式中，泵站安排值班人員，工作人員每天對泵站內的設備情況以及泵房水位進行巡檢，然后通過電話與調度人員互相聯系，根據調度人員的指令手動啟停泵房設備。泵站遠程監(jiān)控系統通過現代化的計算機技術進行實時數據采集，可以實現在監(jiān)控中心快速、準確、有效的監(jiān)控調度污水管網中所有泵站，實現集中高效的管理，主要功能要求如下: 1．實時數據采集 遠程監(jiān)控系統通過數據遠程傳輸系統實時對下位各泵站主要運行參數及設備狀況進行采集、存儲和管理。 2．實時顯示運行畫面 根據實時數據信息，通過直觀的圖形化界面顯示污水管網各泵站生產情況，顯示泵站生產模擬畫面，繪制重要參數變化趨勢圖，便于

60、監(jiān)控中心調度人員監(jiān)控調度各泵站運行。 3．設備遠程控制 監(jiān)控中心調度人員可根據權限遠程控制各泵站主要設備啟停，調度泵站設備運行狀態(tài)。 4．運行參數遠程設定 監(jiān)控中心調度人員可根據權限遠程調節(jié)各泵站運行控制參數，調節(jié)泵站運行狀態(tài)。 5．事故報警功能 當各泵站生產過程中出現主要運行參數超標或設備故障等事件時，系統能根據要求觸發(fā)報警程序，按照預案處理報警事件，并及時顯示報警信息，提醒調度人員處理報警信息，并形成記錄文件，自動存儲報警數據。 6．歷史數據存儲、管理及查詢功能 系統需建立完善的歷史數據庫，記錄各泵站運行參數以及設備運行情況，方便查詢和分析，為優(yōu)化生產、提高管理水平提供分析

61、數據。 7．生產報表自動生成功能 可根據歷史數據自動生成各主要監(jiān)控參數的日報表、月報表以及統計報表。 2.2.5 監(jiān)控信息多畫面 為了方便監(jiān)控中心調度人員可以同時觀察多個泵站以及多種監(jiān)控畫面如主界面、視頻監(jiān)控畫面、報警畫面等，需要通過屏幕顯示及信號處理技術實現對多種顯示信號的屏幕混合顯示。 2.3系統設計原則 實用性和經濟性 系統設計應面向應用、注重實效，堅持經濟實用的原則。 先進性和成熟性 系統設計既要采用先進的技術和方法，又要注意系統結構以及設備的相對成熟。僅體現先進水平，保證在未來若干年內不淘汰，采用相對成熟的技術及產品，確保系統的可行性及可靠性。 開放性和標準性

62、為了滿足系統所選用的各種設備的兼容性以及系統功能不斷擴展的需求，系統設計與選型應采用通用化、標準化的產品，注重系統的開放性和標準性。 可靠性和穩(wěn)定性 考慮技術先進和開放的同時，還應從系統結構、技術措施、設備性能、系統管理、廠商技術支持及維修能力等方面入手，確保系統運行的可靠性和穩(wěn)定性。 可擴展性和易維護性 為了適應管網系統不斷變化的要求，系統設計應便于日后擴展，目標體系結構清晰，易于日常維護管理。 2.4總體設計方案 根據前面的介紹及分析，整個遠程監(jiān)控系統采用分散控制、集中管理的集散型控制系統體系。 整個遠程監(jiān)控系統由泵站現場自動控制系統、遠程數據傳輸系統、遠程視頻系統和中央監(jiān)控

63、系統四部分組成。 其中泵站現場自動控制系統負責泵站就地自動控制以及數據采集。監(jiān)控中心中央監(jiān)控系統負責對各個泵站運行數據進行實時的采集，并集中監(jiān)控、管理以及調度。遠程數據傳輸系統則是泵站實時數據以及泵站實時視頻畫面數據傳送至監(jiān)控中心的數據通道。另外，視頻遠程監(jiān)視系統負責對泵站現場工作狀況進行實時視頻監(jiān)視。 泵站現場自動控制系統為現場控制層，以工業(yè)PLC為控制核心，泵站現場設置現場監(jiān)控計算機，負責采集PLC上的實時數據進行現場存儲管理并與監(jiān)控中心進行實時數據交換，并作為現場人機界面，顯示該泵站的運行狀態(tài)。 中央監(jiān)控系統為中央監(jiān)控層，位于排水運行管理中心，配備工控機作SCADA服務器，安裝二套

64、King IO Server軟件，互為冗余系統，通過數據傳輸系統采用PPTP協議與現場各泵站監(jiān)控計算機或者現場PLC的實時數據進行交換，采集泵站現場實時數據。另外監(jiān)控中心配備兩臺監(jiān)控計算機，并安裝該WINCC組態(tài)軟件，作為監(jiān)控中心監(jiān)控終端，在監(jiān)控中心實現整個系統的實時監(jiān)控，數據匯總，打印等功能。 中央監(jiān)控層平常不參與泵站的自動控制，只在遠程監(jiān)視各泵站工作情況，統計分析各站點設備、工藝參數數據;在需要的情況下，可通過遠程數據傳輸系統對下層泵站設備進行直接遠程控制調度。而在通訊發(fā)生故障時，現場控制層，不需要依賴中央監(jiān)控層，能獨立地完成泵站就地控制功能。

65、第3章 VPN的研究與分析 3.1 VPN基礎 3.1.1 VPN定義 IETF(Internet Engineering Task Force,互聯網工程任務組)，草案理解基于IP的VPN為“使用IP機制仿真出的一個私有的廣域網”是通過私有的隧道技術在公共數據網絡上仿真一條點對點的專線技術。所謂虛擬，是指用戶不再需要擁有實際的長途數據線路，而是使用因特網公眾數據網絡的長途數據線路。所謂專用網絡，是指用戶可以為自己制定一個最符合自己需求的網絡。 3.1.2 VPN的工作原理 通過VPN的定義可知，VPN就是通過共享即公用網絡在兩臺機器或兩個網絡之間建立的專用連接。即在公共網絡上建立虛

66、信道。 把因特網用作專用廣域網，就要克服兩個主要障礙。首先，網絡經常使用多種協議如IPX和NetBEUI進行通信，但因特網只能處理IP流量。所以，VPN就需要提供一種方法，將非IP協議從一個網絡傳送到另一個網絡。其次，網上傳輸的數據包以明文格式傳輸，因而，只要看得到因特網流量，就能讀取包內所含數據。如果公司希望利用因特網傳輸重要的商業(yè)機密信息，這顯然就是一個問題。 VPN克服這些障礙的方法就是采用了隧道技術：數據包不是公開在網上傳輸，而是首先進行加密以確保安全，然后由VPN封裝成IP包的形式，通過隧道在網上傳輸。如圖3-1： 圖3-1VPN的隧道技術 源網絡上的VPN隧道發(fā)起器與目標網絡上的VPN隧道終結器進行通信。兩者就加密方案達成一致，然后隧道發(fā)起器對包進行加密，確保安全。最后，VPN發(fā)起器將整個加密包封裝成IP包?，F在不管原先傳輸的事何種協議，它都能在純IP因特網上傳輸，又因為包進行了加密，誰也無法讀取原始數據。在目標這頭VPN隧道終結器收到包后去掉IP信息，然后根據達成一致的加密方案對包進行解密，將隨后獲得的包發(fā)給遠程接入服務器