泵站远程监控系统设计

（2011届）本科毕业设计（论文）资料题 目 名 称： 泵站远程监控系统设计 学 院（部）： 电气与信息工程学院 专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 最终评定成绩： 湖南工业大学教务处 目 录第一部分 过程管理资料一、2010届毕业设计（论文）课题任务书(1)二、湖南工业大学本科毕业设计（论文）开题报告(3)三、本科毕业设计（论文）中期报告(7)四、毕业设计（论文）指导教师评阅表(8)五、毕业设计（论文）评阅教师评阅表(9)六、毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表(10)第二部分 毕业论文七、毕业论文(11)2011届本科毕业设计（论文）资料第一部分 过程管理资料2011 届毕业设计（论文）课题任务书院(系)： 电气与信息工程学院 专业： 指导教师 学生姓名 课题名称泵站远程监控系统内容及任务污水泵站的日常运行及维护由很大工作量，目前国内很多企业仍然采用人工巡查的办法，具有工作量大、效率低、反应慢的特点，因此这种模式应逐渐向远程监控发展。本课题是采用基于VPN的分布式计算机监控系统（SCADA）技术，通过网络系统对远程泵站实施监控和控制，可以实现无人值守、远程集中控制，节省大量的人力、物力、财力和提高管理水平和工作效率，以及提高信息化和自动化、网络化水平。 拟达到的要求或技术指标了解泵站远程监控系统的工艺情况及控制要求总体方案设计控制系统硬件设计 控制系统软件设计系统调试进度安排起止日期工作内容 查阅相关资料，写出开题报告。 生产实习，了解和熟悉课题相关内容。 课题设计，写出初步设计书，并开发相应软件。 毕业设计定稿、完善、答辩及总结。主要参考资料1 丘传忻，泵站.中国水利水电出版社M.20042 翟海生,IP VPN隧道协议及其应用J.通信世界，2001(34)3何宝宏,IP虚拟专用网络技术M.北京:人民邮电出版社,2002.4 高海英,VPN技术M.北京:机械工业出版社,2004.45 孙为清，赵轶群.VPN隧道技术J.计算机应用研究，2000(08)6 张大陆，户现锋.VPN核心技术的研究J.计算机工程，2000,26(03)7 王涛，周琦.污水提升泵站无人值守的改造J. 中国给水排水, 2010, 26(10)8 魏广科,VPN技术及其应用的研究J. 计算机工程与设计, 20059杨启尧，项国云.基于VPN污水泵站远程监控系统设计与实现J.浙江水利水电专科学校学报.2009(1)10 柴瑞娟，陈海霞. 西门子PLC编程技术及工程应用M.北京：机械工业出版社，200711 吴作明,工控组态软件与PLC应用技术M. 北京：北京航空航天大学出版社, 2007 教研室意见签名：年 月 日院(系)主管领导意见签名：年 月 日湖 南 工 业 大 学本科毕业设计（论文）开题报告 （2011届）学 院（部）： 电气与信息工程学院 专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 2011年 1 月 日题目：1. 结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写15002000字左右的文献综述污水泵站的日常运行及维护有很大的工作量，目前国内许多企业仍然采用人工巡视检查的办法，具有工作量大、效率低、反应慢的缺点，这种管理办法与城市发展的要求越来越不相适应。因此部分企业逐渐开始采用远程监控系统.远程监控是指利用计算机通过网络系统实现对远程工业生产过程控制系统的监视和控制，能够实现远程监控的计算机软件系统称为远程监控系统。而中小型污水泵站计算机远程监控系统中，绝大部分采用Internet或Irtranet的结构，这些传统网络需要建立自己的物理专用线路，使用昂贵的长途拨号以及长途专线业务，在使用中存在功能单一、安全机制差、界面复杂等缺点，因此决定采用虚拟专用网（Virtual Private Network,VPN）来设计远程监控系统。虚拟专用网络是专用网络的延伸，它包含了类似Internet的共享和公共网络链接。VPN被定义为一个公用网络（通常是因特网）建立一个临时的、安全的连结，是一条穿过混乱的功用网络的安全、稳定的隧道。通过VPN可以以模拟点对点专用链接的方式通过共享或公共网络在两台计算机之间发送数据。它具有降低成本、易于扩展、保证安全等优点。泵站与监控中心采用VPN网连接，在每个污水泵站内均设置一个工业以太网泵站交换机，泵站交换机接入VPN网，泵站内的所有网络设备（PLC、视频服务器等）与泵站交换机连接。同样监控中心的中控室交换机也接入该网络，监控中心内的各计算机系统（工况监控计算机系统、图像监控计算机系统等）接入中控室交换机。这样，各污水泵站内的PLC控制系统与监控中心内的工况监控计算机系统形成一个虚拟局域网。采用虚拟专用网一方面大大降低了成本，另一方面节约了开发的时间。污水泵站工业控制系统由下位机（由西门子公司实现的PLC控制系统）和上位机（工况监控计算机，采用WINCC软件设计的上位机监控系统）及网络系统等构成。下位机通过采集仪表系统的测量参数、各工艺设备的状态参数和接受触摸屏及上位机的控制命令，根据编制的泵站控制程序，来实现对各工艺设备的自动控制和远程遥控，将各信号上传至监控中心的工况监控计算机上。上位机可接收下位机传送上来的各仪表测量信号和设备状态信号及操作员的控制命令，通过设定的程序运行，向下位机发送各控制命令。网络系统将各污水泵站的下位机（PLC系统）和上位机连接起来，下位机可以通过该网络向上位机传送信号，同时上位机通过该网络向下位机发送传送命令。污水泵站内的仪表系统主要由出水池内的液位检测仪表、出水总管上的压力检测仪表和配电系统中的各电量参数检测仪表等构成。出水池内的液位检测仪表主要用于检测出水池内的液位，该液位是整个泵站中最关键的工艺参数。直接关系的泵站安全运行。出水总管压力检测主要用于检测泵站出水管的管压力，该参数也是泵站系统运行的一个重要工艺参数。借助该参数可以间接的判断出潜水泵是否运行正常、管道是否出现故障等情况。配电系统检测仪表主要用于对泵站系统内的电力参数测量，测量参数主要包含泵站内低压系统的各电压、电流、电度量及功率因素等。是对泵站进行能耗分析、运行效率衡量的一个重要依据。这3个参数是关系到泵站正常运行的关键，因此必须进行准确的测量。工业监控计算机对该公司所辖泵站实现工况监控、远程调度指挥等功能；数据服务器实现对各泵站运行数据的存储和处理，供该公司值班人员及管理人员对泵站的各项数据（工艺参数、电力参数、设备状态等）进行查询和打印。各泵站安装的摄像头拍摄的视频信号通过网络视频服务器传送到监控中心的图像服务器上，各图像监控计算机通过网络访问图像服务器，对各泵站的图像信号进行显示。2.选题依据、主要研究内容、研究思路及方案(1)选题依据我国城市污水处理事业是在80年代初逐步发展起来的，经过几十年的发展已经初具规模，但是，与国外同期的城市污水处理厂相比，我国的污水处理事业则呈现出效率低、自动化程度低、能耗高且运行费用高等缺点。随着全球水资源供应的紧张和对自动化要求的增加，我国的污水处理厂无疑向着高度自动化和无人职守的方向发展。(2)本设计主要研究内容及任务：污水泵站的日常运行及维护有很大工作量，目前国内很多企业仍然采用人工巡查的办法，具有工作量大、效率低、反应慢的特点，因此这种模式应逐渐向远程监控发展。本课题是采用基于VPN的分布式计算机监控系统（SCADA）技术，通过网络系统对远程泵站实施监控和控制，可以实现无人值守、远程集中控制，节省大量的人力、物力、财力和提高管理水平和工作效率，以及提高信息化和自动化、网络化水平。3.工作进度及具体安排2010.12-2011.1 查阅相关资料，写出开题报告。2011.3-2011.4 生产实习，了解和熟悉课题相关内容2011.4-2011.6 课题设计，写出初步设计书，并开发相应软件2011.6-2011.7 毕业设计定稿、完善。答辩及总结。4.指导教师意见指导教师： 年 月 日说明：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师审查后签署意见生效。本科毕业设计（论文）中期报告 填表日期： 2011 年 05 月 日学院(部)电气与信息工程学院班级 学生姓名 课题名称：泵站远程监控系统课题主要任务：本课题是采用基于VPN的分布式计算机监控系统（SCADA）技术，通过网络系统对远程泵站实施监控和控制，可以实现无人值守、远程集中控制，节省大量的人力、物力、财力和提高管理水平和工作效率，以及提高信息化和自动化、网络化水平。1、简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果 对所采用的VPN技术进行了一次比较全面的了解，对污水泵站处理的过程有了认识，以及对于所要进行的监控技术的全面设计进行了前期的工作，查阅了相关的资料，了解和熟悉课题的相关内容。2、下一步的主要研究任务，具体设想与安排 下一步就是进行系统的开发和对论文的安排，认真的了解所要进行的工作任务，设计课题，写出相关的课题设计书，并开发相应的软件和硬件。在四至六月份的时候进行初步的课题设计和相关的软件，在六至七月份的时候进行设计书的完善工作。3、存在的具体问题 在操作WINCC软件实际过程中可能存在的具体问题，在系统与系统的衔接方面会有错觉，对于PLC的一些相关问题，可能自己不能够全面掌握并具体应用。4、指导教师对该生前期研究工作的评价指导教师签名：日 期： 毕业设计（论文）指导教师评阅表学院（部）（公章）： 学生姓名 学 号 班 级 专 业 专业方向 指导教师姓 名 课题名称泵站远程监控系统评阅项目标准满分得分业务能力与水平有收集、综合和正确利用各种信息并获取新知识的能力。能应用所学的基础理论与专业知识，独立分析和解决实际问题，完成了任务书规定的任务，所得结论具有应用或参考价值，工作中有创新意识。30论文质量条理清晰，结构严谨；文笔流畅，语言通顺；方法正确，分析、论证充分；设计、计算正确，工艺可行，设计图纸质量高，标准使用规范；专业名词术语准确。30规 范 化技术材料齐全，论文撰写符合本科毕业设计（论文）撰写规范的要求。20外语水平英文摘要写作水平高。10工作态度严肃认真，刻苦勤奋，善于与他人合作。10综合评价：是否同意参加答辩： 同意按期答辩 延期答辩 不同意答辩指导教师评定成绩分值：指导教师签字： 年 月 日毕业设计（论文）评阅教师评阅表学院（部）（公章）： 学生姓名 学 号 班 级 专 业 专业方向 课题名称泵站远程监控系统评审项目指 标满分得分选 题体现专业内容；具有实际或理论意义；难易程度合适。10工 作 量完成任务书规定的内容，工作量饱满。 10业务能力与水平有收集、综合和正确利用各种信息并获取新知识的能力。能应用所学的基础理论与专业知识，分析和解决实际问题，完成了任务书规定的任务，所得结论具有应用或参考价值，工作中有创新意识。30论文质量条理清晰，结构严谨；文笔流畅，语言通顺；方法正确，分析、论证充分；设计、计算正确，工艺可行，设计图纸质量高，标准使用规范；专业名词术语准确。30规 范 化技术材料齐全，论文撰写符合规范要求。10外语水平英文摘要写作水平高。10针对论文提问：1、2、3、评 分：是否同意参加答辩 同意按期答辩 延期答辩 不同意答辩评阅人签名： 年 月 日 毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表学院（部）（公章）： 学生姓名 学号 班 级 答辩日期 课题名称泵站远程监控系统指导教师 成 绩 评 定分值评 定教师1教师2教师3教师4教师5小计课题介绍思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。30答辩表现思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确、深入,知识面宽。70合 计100答 辩 评 分分值：答辩小组长签名：答辩成绩a： 40指导教师评分分值：指导教师评定成绩b： 30评阅教师评分分值：评阅教师评定成绩c： 30最终评定成绩： 分数： 等级：答辩委员会主任签名： 年 月 日说明：最终评定成绩a+b+c，三个成绩的百分比由各学院（部）自己确定。2011届本科毕业设计（论文）资料第二部分 毕业设计（论文）（2011届）本科毕业设计（论文）泵站远程监控系统学 院（部）： 电气与信息工程学院 专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 最终评定成绩 2011 年 月 湖南工业大学本科毕业设计（论文）泵站远程监控系统学 院（部）：电气与信息工程 专 业： 学 号： 学 生 姓 名： 指导教师姓名： 2011年 月湖南工业大学本科毕业设计（论文）摘 要近年来，随着信息技术的不断发展，生产过程的远程监控己经成为可能。本文以泵站自动化改造项目为背景，提出了基于VPN技术的远程监控系统的解决方案，开发了基于VPN的远程监控系统。该文首先综述了远程监控的国内外现状，由于网络安全越来越受到人们的重视，本文设计了基于PPTP的VPN网络并应用于远程监控系统。VPN能够在公共网络上建立安全的网络通道，为系统安全、可靠的运行提供良好的基础服务。特别是针对无人值守的特点，监控系统能够自动诊断各种通讯异常和错误，并主动恢复或自动保护，保证设备的正常运行，其次详细设计并实现了视频监控系统和数据监视系统，提高实时监视的可靠性。通过对泵站远程监控系统的分析和研究，实现了基于VPN的污水泵站远程监控系统。能够显著提高这些领域的计算机控制与管理水平，降低运行成本，具有十分重要的理论意义和工程应用价值。关键词： 泵站、PLC、VPN、WINCCABSTRACTIn recent years, with the continuous development of information technology, it is possible for remote supervisory and control of production 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. 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. 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 operations 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 research 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 extremely important theory significance and engineering application values.KEY WORDS: PUMPING STATION, PLC, VPN, WINCCII湖南工业大学本科毕业设计（论文）目 录第1章 绪论11.1 课题背景11.2 国内外远程监控系统的发展状态11.3 VPN技术的发展背景及现状31.4研究内容和意义4第2章 系统的设计需求与总体设计方案52.1 泵站工艺简介52.2 泵站功能简介52.2.1污水泵与格栅的自动控制52.2.2 主要运行参数的测量及采集62.2.3 远程数据传输功能72.2.4 中央监控及管理调度功能72.2.5 监控信息多画面82.3系统设计原则82.4总体设计方案8第3章 VPN的研究与分析103.1 VPN基础103.1.1 VPN定义103.1.2 VPN的工作原理103.1.3 VPN的特点113.2 VPN的实现技术123.2.1隧道技术123.2.2安全协议123.2.3 PPTP协议的通信过程153.2.4用户认证技术173.2.5访问控制技术173.2.6 QoS技术183.3 VPN的实现18第4章 系统硬件和软件的设计204.1数据传输带宽的确定204.2 硬件系统的设计与实现214.2.1 PLC的介绍214.2.2 PLC的工作原理224.2.3 PLC的特点224.2.4 PLC输入输出点数统计224.2.5 PLC设备选型及配置清单254.2.6 PLC程序设计264.3 监控软件的设计(WINCC)284.3.1 监控软件介绍284.3.2 监控软件设计304.3.3 登录界面314.3.4 主界面334.3.5 报警汇总界面344.3.6 实时趋势界面35总结37参考文献38致谢39毕业设计诚信声明141第1章 绪论1.1 课题背景从上个世纪90年代以来，随着科学技术的迅速发展，人们的生产行为、生活方式都发生了重大的变化，作为生活生产中非常重要的一项技术即监控技术的重要性正在逐渐被人们所认识和重视。远程监控是指利用计算机通过网络系统实现对远程工业生产过程控制系统的监视和控制，能够实现远程监控的计算机软件系统称为远程监控系统。监控系统的演变，是一个从集中监控向网络监控的发展历史。早期的监控系统，采用大型仪表集中对各个重要设备的状态进行监视，并通过操作盘来进行集中式操作。而计算机监控系统是以监测控制计算机为主体，加上检测装置、执行机构与被监测控制的对象（生产过程）共同构成的整体。在该系统中，计算机实现了生产过程的检测、监督和控制功能。在现代企业的生产和管理中，大量的物理量、环境参数、工艺数据、特性参数需要进行实时检测、监督管理和自动控制。由于工业生产过程控制要求的高环境适应性、高实时性、和高可靠性等特点，自动控制与检测技术一直沿着自己的道路发展，测控领域所使用的通信技术都自成体系，许多通信协议不开放，而且大多数系统都是面向单台，或单一类型的设备。随着生产力的进步，设备的分布越来越离散。单一的，各自独立的监测系统已不能适应工业化的需求，于是便产生了分布式系统。这种系统以计算机网络为基础，使系统资源分配趋于合理。但是由于目前运行的绝大多数分布式监测系统还只是在局域网上，通常的测控仅局限于同一地点，所以具有一定的地域局限性。Internet能实现资源的共享，从而使人们有能力解决以前在极有限的资源下很难解决的问题，为远程监控系统的发展提供了有利的条件。远程监控是本地计算机通过网络系统如Internet/Intranet，对远端进行监视和控制，完成对分散控制网络的状态监控及设备的诊断维护等功能。我们通常把能够实现远程监控的通信媒体、计算机软件、硬件系统称为远程监控系统。在现场设备分布广泛或数据不易采集的场合，要能够及时地监视设备的运行状态并进行有效控制，这就是远程监控技术在工业生产上的需求。1.2 国内外远程监控系统的发展状态远程监控是国内外研究的前沿课题，国内外都展开了积极的研究。1997年1月，首届基于Internet的远程监控诊断工作会议由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办，有来自30个公司和研究机构的50多位代表到会。会议主要讨论了有关远程监控系统开放式体系、诊断信息规程、传输协议及对用户的合法限制等，并对未来技术发展作了展望由斯坦福大学和麻省理工学院合作开发基于Internet的下一代远程监控诊断示范系统，这项工作同时也得到了制造业、计算机业和仪器仪表业的Sun、HP、Boeing、Intel、Ford等12家大公司的热情支持和通力配合。之后，由这些公司共同推出了一个实验性的系统Testbed。Testbed用嵌入式Web组网、用实时JAVA和Bayesian Net初步形成在Internet范围内的信息监控和诊断推理。另外，许多国际组织，如MIMOSA(Machine Information Management Open System Alliance)、SMFPT (Society for Machinery Failure Prevention Technology)、COMADEM (Condition Monition an Engineering Management)等，也纷纷通过网络进行设备监控与故障诊断咨询和技术推广工作，并制定了一些信息交换格式和标准。许多大公司也在他们的产品中加入了Internet的功能，如Bentley公司的计算机在线设备运行监测系统DataManager200可以通过网络动态数据交换(NetDDE)的方式向远程终端发送设备运行状态信息；著名的National Instruments公司也在它的产品LabWindows/CVI以及LabVIEW中加入了网络通讯处理模块，因而可以通过WWW、FTP、E2mail方式在网络范围内进行监控数据的传送至法国ALARM。研究组对生产过程的智能报警和监控系统进行了长期研究，并在多个项目中进行了应用。国内对于远程监控技术也开展了积极的研究。基于Internet控制网络方面的研究刚刚起步。在实际应用方面，东大阿尔派公司为自己的CT产品开发了远程维修诊断系统，借助Internet网络，实现对分布在各地的CT机的远程诊断和维修。在国家科委的863计划中，设立了机器人网络通信与远程诊断、维修技术专题;上海科技网把基于Internet的远程诊断等纳入自己未来的发展目标。清华大学机械系设计一套基于硬件的网络控制实验，这套网络实验采用目前流行的Java、MATLAB、流媒体技术和网络集成，将算法嵌入到服务器中，其3-D测量的实验就证明网络实验比传统实验的优越性。同济大学以上海大众汽车冲压生产线为研究对象，初步实现了一个面向制造企业的工业现场远程监控诊断系统。北京理工大学、南京航空航天大学等也在开展基于Internet的FMS(柔性加工系统)远程故障诊断的研究。华北电力大学等进行变电站的在线监测系统。国内浙江大学开发的基于Internet的实时控制实验室，有液位控制、加热炉微机控制、温度显示、步进电机控制、连续搅拌反应釜流量控制等几种实验设备。目前，对设备的远程监控已成为当今设备监控与诊断技术的一个研究热点。融合安全、可靠的网络技术（VPN）使得远程控制更具有其可行性，远程监控技术的不断发展将使得企业生产管理向着更加现代化、智能化、集成化和无人化方向发展。1.3 VPN技术的发展背景及现状随着Internet和电子商务的蓬勃发展，越来越多的用户认识到，经济全球化的最佳和最快捷途径是发展基于Internet的商务应用。随着商务活动的日益频繁，各企业开始允许其伙伴、供应商、服务提供商也能够访问本企业的局域网，从而大大简化信息交流的途径，增加信息交换速度。这些合作和联系是动态的，并依靠网络来维持和加强，于是各企业发现，这样的信息交流不但带来了网络的复杂性，还带来了管理和安全性的问题，如何寻找一个合适的通信解决方案，来解决这一系列突出的矛盾就变成了企业当前最紧要的任务。用户的需求正是VPN技术诞生的直接原因。VPN虚拟专网是虚拟私有网络( Virtual Private Network)的简称，它是一种利用公共网络来构建的私有专用网络。所谓虚拟，是指用户不再需要拥有实际的长途数据线路，而是使用Internet公众数据网络的数据线路。所谓专用网络，是指用户可以为自己制定一个最符合自己需求的网络。在国外，VPN早从1997年开始己经迅速发展起来，2001年全球VPN市场近120亿美元，预计到2005年将达到29亿美金(Infonet Research, 2002)。在国内，据国内权威机构赛迪网顾问调查显示:2002年上半年中国VPN市场销售额为3300万美元，较2001年同期销售额增长幅度达57.14%，超过网络安全产品市场增长率的40.91%。与此同时，VPN产品在网络安全产品市场的比重由原来的3.18%增长到现在的3.55%。据预计，到2005年中国的VPN类产品及服务将从2001年的0.56亿美元增长到5.43亿美元，复合增长率将达到76.5% 。根据不同需要，可以构造不同类型的VPN，不同商业环境对VPN的要求和VPN所起的作用是不一样的。下面分三种情况说明VPN的用途：1.内部网VPN (Intranet VPN )是通过公共网络将一个企业各分支机构的LAN连接而成的网络。它是企业内部网络的扩展。当一个数据传输通道的两个端点被认为是可信的时候，企业可以选择“内部网VPN”，解决方案，安全性主要在于加强两个VPN服务器之间的加密和认证手段上。 2.外部网VPN ( Extranet VPN ):类似于Intranet VPN，主要为公司合作伙伴、顾客、供应商、投资者之间建立VPN。一个可行的外部网VPN方案应能适用于各种操作平台、协议、各种不同的认证方案及加密算法。3.远程访问VPN ( Remote Access VPN ):在公司总部和远地出差员工之间建立VPN.典型的远程访问VPN是通过本地的信息服务提供商(ISP)登录到Internet上，并在办公室和公司内部网之间建立一条加密信道。VPN代表了当今网络发展演化的最高形式，它综合了传统数据网络的性能优点一安全和QoS ( Quality of Service )，和共享数据网络结构的优点(简单和低成本)，必将成为未来传输完全汇聚业务的主要工具。1.4研究内容和意义污水泵站的日常运行需要很大的工作量，传统的污水泵站管理办法是在各主要的泵站安排值班人员对附近的小泵站每天进行巡检，通过电话和泵站管理所调度人员，而这种方法具有工作量大、效率低、反应慢的缺点，传统的管理办法与迅速发展的城市的要求越来越不适应。随着科技的进步，远程监控系统可以解决传统方法所具有的上述缺点，所以受到了许多企业的青睐。远程监控系统是借助于远程监控可以将企业内部的信息网(Intranet)与控制网有效地连接起来，实现对生产、运营情况的随时掌握，把生产运营状况同企业的经营管理策略紧密结合，从而实现企业的综合自动化，可以建立网络范围内的监控数据和网上知识资源库。通过远程监控可以实现现场运行数据的实时采集和快速集中，获得现场监控数据，为远程故障诊断技术提供了物质基础；通过远程监控，技术人员无须亲临现场或恶劣的环境就可以监视并控制生产系统和现场设备的运行状态及各种参数，使受过专业训练的人员虚拟地出现在许多监控地点，方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程对象进行高级过程控制，以维护设备的正常运营，从而减少值守工作人员，最终实现远端的无人或少人值守，达到减员增效的目的。 其实，远程监控对于企业和商人来说，起优点远远大于上述功效，最关键的实现异地直播的功能，即把自己的厂房、设备、产品样品直接“搬到”谈判桌面，让您的客户在未了解您企业实力之前就“先声夺人”地起到一个“定心丸”的作用，以便于后期与您的深层次合作。而中小型污水泵站计算机远程监控系统中，绝大部分采用Internet或Intranet结构。这些传统网络需要建立自己的物理专用线路，使用昂贵的长途拨号以及长途专线业务，在使用中存在功能单一、安全机制差、界面复杂等特点。而针对实际工业生产中存在的缺陷和需求，设计并开发出一套专门用于泵站监控的自动化系统，使之尽可能的代替人工完成现场数据的监测与处理，甚至拥有对现场电气设备的远程自动控制能力，显得尤为重要。这也是过程控制自动化产业中近年来较为流行的SCADA ( Supervisory Control and Data Acquisition，监视控制和数据采集)系统。本文拟定研制出一套专门用于泵站的SCADA系统，以解决工业现场生产能力的不足，提高生产效率，带来最大生产价值。目前，越来越多的企业集团呈跨地域的发展趋势，利用网络技术实现远程监控，对企业降低生产成本，提高劳动生产率，提高企业产品的科技含量，以及增强企业的综合竞争实力等方面都具有十分重要的意义。第2章 系统的设计需求与总体设计方案2.1 泵站工艺简介污水从进水口流到进水闸门，进水闸门根据泵坑液位自动调节闸门开度，控制进水量，使液位保持在正常允许的范围内。然后污水经过有粗格栅机的集水井。格栅机在前后液位差或时间间隔达到了设定值后自动启动打捞污水中的垃圾。初步除脏后，污水再经过除砂系统除砂后流入泵坑。提升泵由泵坑的液位控制自动运行，通过水泵提升后，污水经出水流向有细格栅机的集水井，再进行污水的进一步处理。所有设备除按特定条件自动运行外，均能根据具体情况，在中央控制室对其进行远程开停机操作，所有相关的工艺参数和设备的状态均能够得到远程监控。2.2 泵站功能简介2.2.1污水泵与格栅的自动控制污水泵站工业控制系统由西门子公司的PLC控制系统与计算机监控系统（SCADA）组成，SCADA系统采用WINCC软件设计的监控软件及VPN网等构成。PLC控制系统通过采集各工艺设备的状态参数。仪表系统的测量参数和触摸屏及工况监控计算机的命令，根据泵站编制的控制程序，实现对各个工艺设备的远程遥控和自动控制，将各数据上传至监控中心。工况监控计算机可接收PLC控制系统上传送的各仪表测量数据和设备状态以及操作员的控制命令，通过设定的程序向PLC控制系统发送各控制命令。网络系统将各污水泵站的PLC控制系统和工况监控计算机连接起来， PLC控制系统可以通过该网络向工况监控计算机传送信号，同时，工况监控计算机通过该网络向PLC控制系统发送控制命令。污水泵电动机保护控制应根据水泵驱动电机工作电流、工作电压，实现对驱动电机的过载、堵转、相序、缺相不平衡、欠压、过压保护功能，防止驱动电动机故障损坏。污水泵联锁保护控制除污水泵电动机保护控制外，水泵的运行尚需在相关工艺条件允许的情况下，因此应将污水泵运行控制与相关工艺条件之间进行联锁，防止误操作而造成设备损坏。主要联锁保护控制如下:当泵房液位低于超低液位下限时，停止所有污水泵并禁止污水泵启动。防止水泵干行造成水泵气蚀。当水泵前检修闸阀关闭时，停止与该闸阀对应的污水泵并禁止该污水泵启动。为了防止水泵机组发生启停振荡，单水泵连续两次启动之间的时间间隔不应小于设定时间值。为了防止多台水泵同时启动对供电网络造成冲击，任意两台水泵启动之间的时间间隔不应小于设定时间值。污水泵根据液位自动启停控制污水泵根据泵房集水井内的液位，自动确定开启水泵台数，水位高时多开水泵，水位低时少开或者不开泵。污水泵自动轮换控制为提高泵站可靠性，泵站设有备用泵1台，以便在其他水泵发生故障后投入运行，但是如果固定一台水泵作为备用泵，长期不投入使用，其发生锈蚀故障的可能性将大大增加，因此应在自动控制模式下对所有水泵实现自动轮换控制，遵循先开先停，轮回启动以及故障自动补位的原则对水泵进行自动开停。即累计运行时间最长的水泵优先考虑停止，累计运行时间最短的水泵优先考虑开泵，当某台水泵故障时自动切换备用水泵投入运行。以便在运行一段时间后，泵坑中所有水泵都有相近的累计运行时间，极大地保证泵站地可靠运行。格栅的自动控制格栅除污机采用定时控制，即格栅除污机根据时间间隔参数自动定时启动，运行固定时间间隔后停止。2.2.2 主要运行参数的测量及采集泵站自控系统需实时采集泵站主要运行参数，根据实时运行参数进行设备自动控制、触发报警事件，并对实时运行参数进行上传及存储管理。泵站内需采集与测量的主要工艺参数如下:1污水泵运行电流、电压、功率、功率因数等主要电力参数，用于水泵电机保护控制运行状况分析，为管理维护运行调度提供分析数据。2.闸门、格栅、提升泵的设备工作状态，主要包括:手/自动状态、运行/停止状态、故障状态，闸门开闭状态。主要用于污水泵联锁保护控制、设备控制、维护以及故障报警。3.泵站集水井液位值。主要用于控制水泵启停，并触发高低液位报警。4.每台污水泵的瞬时以及累计流量测量。5.泵房底层硫化氢气体浓度，用于泵站有害气体浓度报警。6.泵站电力设备运行状态及供电电源电流、电压、功率因数等主要电力参数。用于泵站管理维护，运行状况分析，为运行调度分析提供数据。2.2.3 远程数据传输功能为了实现污水管网泵站远程监控系统的集中管理调度，需选择合适的远程数据传输系统，实现泵站现场与监控中心之间可靠的实时数据传输。2.2.4 中央监控及管理调度功能传统泵站管理模式中，泵站安排值班人员，工作人员每天对泵站内的设备情况以及泵房水位进行巡检，然后通过电话与调度人员互相联系，根据调度人员的指令手动启停泵房设备。泵站远程监控系统通过现代化的计算机技术进行实时数据采集，可以实现在监控中心快速、准确、有效的监控调度污水管网中所有泵站，实现集中高效的管理，主要功能要求如下:1实时数据采集远程监控系统通过数据远程传输系统实时对下位各泵站主要运行参数及设备状况进行采集、存储和管理。2实时显示运行画面根据实时数据信息，通过直观的图形化界面显示污水管网各泵站生产情况，显示泵站生产模拟画面，绘制重要参数变化趋势图，便于监控中心调度人员监控调度各泵站运行。3设备远程控制监控中心调度人员可根据权限远程控制各泵站主要设备启停，调度泵站设备运行状态。4运行参数远程设定监控中心调度人员可根据权限远程调节各泵站运行控制参数，调节泵站运行状态。5事故报警功能当各泵站生产过程中出现主要运行参数超标或设备故障等事件时，系统能根据要求触发报警程序，按照预案处理报警事件，并及时显示报警信息，提醒调度人员处理报警信息，并形成记录文件，自动存储报警数据。6历史数据存储、管理及查询功能系统需建立完善的历史数据库，记录各泵站运行参数以及设备运行情况，方便查询和分析，为优化生产、提高管理水平提供分析数据。7生产报表自动生成功能可根据历史数据自动生成各主要监控参数的日报表、月报表以及统计报表。2.2.5 监控信息多画面为了方便监控中心调度人员可以同时观察多个泵站以及多种监控画面如主界面、视频监控画面、报警画面等，需要通过屏幕显示及信号处理技术实现对多种显示信号的屏幕混合显示。2.3系统设计原则实用性和经济性系统设计应面向应用、注重实效，坚持经济实用的原则。先进性和成熟性系统设计既要采用先进的技术和方法，又要注意系统结构以及设备的相对成熟。仅体现先进水平，保证在未来若干年内不淘汰，采用相对成熟的技术及产品，确保系统的可行性及可靠性。开放性和标准性为了满足系统所选用的各种设备的兼容性以及系统功能不断扩展的需求，系统设计与选型应采用通用化、标准化的产品，注重系统的开放性和标准性。可靠性和稳定性考虑技术先进和开放的同时，还应从系统结构、技术措施、设备性能、系统管理、厂商技术支持及维修能力等方面入手，确保系统运行的可靠性和稳定性。可扩展性和易维护性为了适应管网系统不断变化的要求，系统设计应便于日后扩展，目标体系结构清晰，易于日常维护管理。2.4总体设计方案根据前面的介绍及分析，整个远程监控系统采用分散控制、集中管理的集散型控制系统体系。整个远程监控系统由泵站现场自动控制系统、远程数据传输系统、远程视频系统和中央监控系统四部分组成。其中泵站现场自动控制系统负责泵站就地自动控制以及数据采集。监控中心中央监控系统负责对各个泵站运行数据进行实时的采集，并集中监控、管理以及调度。远程数据传输系统则是泵站实时数据以及泵站实时视频画面数据传送至监控中心的数据通道。另外，视频远程监视系统负责对泵站现场工作状况进行实时视频监视。泵站现场自动控制系统为现场控制层，以工业PLC为控制核心，泵站现场设置现场监控计算机，负责采集PLC上的实时数据进行现场存储管理并与监控中心进行实时数据交换，并作为现场人机界面，显示该泵站的运行状态。中央监控系统为中央监控层，位于排水运行管理中心，配备工控机作SCADA服务器，安装二套King IO Server软件，互为冗余系统，通过数据传输系统采用PPTP协议与现场各泵站监控计算机或者现场PLC的实时数据进行交换，采集泵站现场实时数据。另外监控中心配备两台监控计算机，并安装该WINCC组态软件，作为监控中心监控终端，在监控中心实现整个系统的实时监控，数据汇总，打印等功能。中央监控层平常不参与泵站的自动控制，只在远程监视各泵站工作情况，统计分析各站点设备、工艺参数数据;在需要的情况下，可通过远程数据传输系统对下层泵站设备进行直接远程控制调度。而在通讯发生故障时，现场控制层，不需要依赖中央监控层，能独立地完成泵站就地控制功能。第3章 VPN的研究与分析3.1 VPN基础3.1.1 VPN定义IETF(Internet Engineering Task Force,互联网工程任务组)，草案理解基于IP的VPN为“使用IP机制仿真出的一个私有的广域网”是通过私有的隧道技术在公共数据网络上仿真一条点对点的专线技术。所谓虚拟，是指用户不再需要拥有实际的长途数据线路，而是使用因特网公众数据网络的长途数据线路。所谓专用网络，是指用户可以为自己制定一个最符合自己需求的网络。3.1.2 VPN的工作原理通过VPN的定义可知，VPN就是通过共享即公用网络在两台机器或两个网络之间建立的专用连接。即在公共网络上建立虚信道。把因特网用作专用广域网，就要克服两个主要障碍。首先，网络经常使用多种协议如IPX和NetBEUI进行通信，但因特网只能处理IP流量。所以，VPN就需要提供一种方法，将非IP协议从一个网络传送到另一个网络。其次，网上传输的数据包以明文格式传输，因而，只要看得到因特网流量，就能读取包内所含数据。如果公司希望利用因特网传输重要的商业机密信息，这显然就是一个问题。VPN克服这些障碍的方法就是采用了隧道技术：数据包不是公开在网上传输，而是首先进行加密以确保安全，然后由VPN封装成IP包的形式，通过隧道在网上传输。如图3-1：图3-1VPN的隧道技术源网络上的VPN隧道发起器与目标网络上的VPN隧道终结器进行通信。两者就加密方案达成一致，然后隧道发起器对包进行加密，确保安全。最后，VPN发起器将整个加密包封装成IP包。现在不管原先传输的事何种协议，它都能在纯IP因特网上传输，又因为包进行了加密，谁也无法读取原始数据。在目标这头VPN隧道终结器收到包后去掉IP信息，然后根据达成一致的加密方案对包进行解密，将随后获得的包发给远程接入服务器