摘要：本文主要介绍了我国目前污水处理厂及管网提升泵站存在的信息共享、统一调度和管理问题、管控一体化系统的设计思路、监测与控制的系统架构设计、数据采集及传输网络安全、数据中心设计，最后分析了污水处理厂（站）自动化系统扩展的便利性和在线扩展的技术可行性。
关键词：污水处理；管控一体化；VPN网络
一、概述
目前，国内很多污水处理系统建设过程中都存在一个问题，污水处理系统相对独立，各个污水处理系统无法实现信息共享、统一调度和管理，一些泵站具备无人值守条件的，也采用现场管控。运营或污水治理公司无法及时掌控各地污水处理系统生产过程，导致生产效率低、运营维护成本高、管理手段落后。
污水处理厂及污水管网提升泵站的信息无法实现共享，管理部门无法及时掌握各个污水处理系统的生产实时过程。另外，一些泵站在建设初期，由于考虑不周等多方面原因，一些自控系统功能也不能满足集中化调度管理的要求，需要进行适应性改造。为了解决上述这些问题，本文着重介绍建设基于VPN网络的集过程控制、自动化调度、数据分析、科学决策、管理为一体，以计算机技术为基础的管控一体化系统。
二、设计思路
污水处理厂及泵站各站点设备、控制系统各有不同，同时考虑到未来还可能有新的污水处理厂、泵站加入监控系统，所以系统设计上充分考虑系统的兼容性、扩容性、用户的二次开发能力。
自动化控制系统本着“集中管理、分散控制、数据共享”的思想，在污水处理厂和泵站进行适应性改造的基础上，通过建设数据中心及安全的网络平台达到信息采集、交换和共享的目的，从而实现对污水处理厂和泵站的监视、控制和运营综合管理。
污水处理厂及泵站的站点安装带防火墙功能交换机，实现泵站内部网与VPN网络的互联；建设一个数据中心的网络，主要包括VPN认证服务器、带防火墙的路由器、交换机等通讯设备，实现数据中心内部局域网与VPN网络的互联。
在污水处理厂和泵站服务器上安装现场数据采集软件、数据传输软件，实现工艺数据上传到数据中心。
开发数据中心核心任务是软件平台开发，主要是建立一个统一的平台，根据需求，可根据用户的需要增加新功能的插件，统一到大平台之下，在保证系统统一的前提下，实现系统的灵活扩展。主要实现：
人机界面软件实现现场数据的接受、监视和控制。
数据分析、报表实现对现场工艺数据的分类、汇总和分析，形成各类生产报表为各级管理人员提供运营数据，实现对污水运营进行科学管理。
通过数据中心的建设，对运营的污水处理厂各环节实行监控、管理和系统优化，确保污水处理系统高效、低成本的运营，提升污水治理公司管理水平。
三、系统架构设计
为体现监测与控制适当分离、最大限度的集中监测，同时考虑系统的兼容性、扩容性、用户的二次开发能力，系统架构划分为三个层次：数据中心、网络通讯和采集站。
系统架构图如下：
图1
四、数据采集
由于各污水厂和泵站的已建成或正在建成自控系统，其各自的自控系统由于提供商的原因又有所区别，所以在数据采集时必须考虑如下问题：
1.已有自控系统的稳定性，不可因为数据采集而影响已有自控系统的运行。
2.已有自控系统的改造深度，由于各个自控系统涉及多个提供商，如果数据采集过程过于复杂，需要已有自控系统做过多的修改，则不仅增加了客户的工作难度，也必定会增加客户的成本和项目进度。
3.由于后期可能还有多期工程，可能会采用更新的设备和技术，必须为后面的工作留出合理规范的数据接口。
根据以上内容，数据采集使用SCADA数据采集软件。SCADA数据采集软件不同于站点自控系统的I/0设备数据采集，它主要是通过与站点自控系统的数据接口，采集站点自控系统采集到的I/0设备数据，SCADA数据采集软件也具有一定的独立采集数据能力，具体根据需要而定。其工作模式可分为以下三种：
1.通过数据接口与站点自控系统组态软件通讯，读取站点自控系统组态软件已采集到的系统运行数据，数据可以是存储在站点自控系统数据库中的数据，也可以是站点自控系统中设置的变量，需要站点自控系统提供商提供数据库或变量的名称和权限，自控系统提供商无须修改程序。
2.通过与站点自控系统的OPC服务器通讯，读取站点OPC服务器的系统运行数据，需要自控系统提供商提供OPC服务器内变量的名称、存储位置及权限，自控系统提供商无须修改程序。
3.如果用户需要自己设计开发站点自控系统且不想使用OPC服务器，也通过SCADA数据通用采集软件提供的动态链接库（DLL）技术，用户可以直接与大部分的I/0设备，如PLC控制器、分析仪、RTU通讯。
SCADA数据通用采集软件可以安装在任何支持WINDOWS操作的PC机上，可以随自控系统组态软件启动，也可自动、手动启动，可以多台机器同时运行，负责采集安装机器上的数据。
五、网络通信
为保证污水处理厂及泵站采集到的数据准确传输到数据中心，本设计采用MPLS VPN光纤专网传输数据，每个污水处理厂及泵站设置一台VPN防火墙通过Internet 与数据中心VPN防火墙进行通讯。
数据通讯层负责将SCADA数据通用采集软件采集到的数据通过规定的数据格式传输给厂站数据中心，在传输过程中，数据以独有的方式加密，保证数据的安全性。厂站数据中心在接收到数据后，对数据进行分解，并由数据中心SCADA组态服务器进行组态并将运行数据存储在SCADA组态服务器的组态数据库中，而后根据需要有选择的将数据发送SCADA数据服务器进行存储。
各污水厂和泵站安装SCADA数据通讯软件客户端，SCADA组态服务器安装SCADA数据通讯软件服务端，所有与各污水厂和泵站的数据通讯都通过SCADA数据通讯软件完成。
组态服务器采用组态软件进行组态，向用户显示各污水厂和泵站的运行数据和画面，同时还是控制指令的发送站点，所有控制指令都会通过安装在SCADA组态服务器上的SCADA数据通讯软件传输给各污水厂和泵站的自控系统。SCADA组态服务器还负责将数据存储到SCADA数据服务器上。
六、网络传输安全设计
建立网络安全机制，全面应用网络安全技术和措施。
1.MPLS VPN。MPLS VPN提供了严格的路由隔离机制，VPN用户之间的信息传送是严格隔离的，在建立专网、使用专用的网络资源开放业务的情况下，数据面上VPN用户的信息传送有可靠的安全保障。
2.边界安全。局域网边界配置的防火墙具有访问控制列表（ACL）功能，通过ACL禁用不使用的协议和不必要的端口，可以阻止非法入侵和病毒传播。
3.病毒防范。安装防病毒软件并对病毒库及时更新，保持当前采用最新的操作系统服务包和软件补丁；封锁防火墙和服务器的所有多余端口，禁用不使用的功能（包括协议和服务）。
4.安全监控。为了确保网络是安全的，设专人进行日常监督管理与更新，定期测试和监控安全措施的状态。
七、数据中心
数据中心设置在污水治理公司数据中心室，数据中心以SCADA系统为核心建立I/O实时服务器，实现数据在线的监视、工艺操作和实时管理功能，整合计算机技术，开发污水运用综合管理系统，并对外提供标准接口，实现与外部的数据交换。
数据中心设置工程师站点和操作员站，工程师和操作员可以根据需要和权限，对厂站自控系统进行组态、二次开发、远程控制。在控制系统的组态时，根据工程站和操作员站的功能，可以把用户进行了分组，把所有的用户分成两组，即工程师组和操作员组，每个组下包含不同数量的用户，每个用户设置自己专用的密码。工程师组和操作员组具有不同的使用权限，工程师组具有系统编程及组态，添加删除操作员用户，配置系统功能等权限。每个操作员操作系统时，首先要根据自己的用户名和密码进行登录，操作员的权限只限于设备的运行操作，无权对系统组态及退出当前的运行系统。
数据存储做到SCADA在线数据存储与SCADA组态数据存储分开，分别设置了SCADA在线数据存储服务器和SCADA组态数据存储服务器，工程师站点和操作员站可以访问SCADA在线数据存储服务器和SCADA组态数据存储服务器，而外部系统及非工程师站点和操作员站的访问者则只能通过数据发布服务器访问SCADA在线数据存储服务器，这样就保证企业商业系统和控制系统之间的信息集成，控制分离，保证了系统的安全。
八、结束语
随着污水治理工作的不断推进，污水厂和泵站的数量会逐步增加，后续建设的厂站也要接入数据中心，针对这些特点，污水处理厂（站）自动化系统将在设计的各个方面实现系统扩展的便利性和在线扩展的技术可行性。设计中贯彻既能满足当前污水治理公司对污水处理系统管控的需要，又能适应污水治理公司未来污水治理管控的发展需要。
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论文作者:林日雄
论文发表刊物:《基层建设》2018年第8期
论文发表时间:2018/5/28
标签：系统论文; 组态论文; 泵站论文; 污水处理论文; 自控论文; 数据论文; 数据中心论文; 《基层建设》2018年第8期论文;