水厂运行数据实时检测和处理系统的设计与实施

作者：曹磊，连小琴，段正刚，张晓丽，王海珍，北京工商大学计算与信息工程学院

出自于：2013第九届智能信息隐藏与多媒体信号处理国际会议

摘 要

随着人们的用水量变得越来越大，人们开始期望高要求的水质。但是，一些水厂的监测系统不能自动检测和处理水质参数和系统操作状态。因此，工作人员需要手动抄表。本文首先讨论了整个系统的设计，包括服务器端和客户端侧。然后继续讨论，在服务器端，如何实现 OPC服务器和OPC客户端之间的通信技术。最后，本文重点关注用户界面设计为导出的客户端 ，自动报告并绘制图形。运行结果显示软件可以实时检测和处理参数，界面友好，可靠性好，可以满足客户的要求。

关键词： RSLinx;通讯；数据库；自动报告;

I.引言

近年来，随着中国经济的快速发展发展，提高人民生活水平日复一日，生活用水量逐渐减少增加。同时，人们对水的要求质量越来越高。因此，自来水获得高品质水的处理成为关键点的水工程的发展。由于速度快发展科技，自动化已经不断改善各行各业；自动控制技术也已广泛应用于各个方面社会特别是在工厂的大规模生产，因为它可以显着减少工作人员的工作量。该设计专注于将原水转化为纯化水，监测水的质量和数量，以及自动形成所需的报告。

II。一般设计

水厂控制系统包括一个中央控制站（CCR），三个系统监控点和八个PLC控制器。从PLC1到PLC6控制器位于净化车间.PLC7和PLC8控制器位于氯化室和氨室以监测装置。系统的总体设计是 如图1所示。
A.在服务器端，服务器有两个功能，一个是与之通信，计算机在CCR中获取原始数据由PLC监控，并将其放入本地数据库。其他是处理那些原始数据，即计算我们需要的结果。因此服务器是整个系统的核心部分。

B.在客户端，用户可以查询实时和历史参数等作，并知道是否水质通过客户软件达到要求的标准。客户端软件还有一些其他功能，作为手动数据输入和用户管理 方便操作员输入一些需要的参数。更重要的是，操作员可以导出当前或历史报告以及查看图表。

III。通信的设计和实施 系统

A. OPC服务器 。RSLinx是OPC服务器中的核心软件。它是一个完整的通信服务器提供工厂车间设备，连接各种Rockwell软件应用程序，如RSLogix 5，RSLogix 5000和RSSql。此外，为第三方提供了几个开放接口 HMI，数据收集和分析包或自定义客户端的应用程序软件。 RSLinx是一个符合OPC标准的的数据服务器并且支持OPCData Access 2.05规范。OPC是工厂楼层通信的标准 数据服务器和客户端应用程序。RSLinx提供用于C / C 客户端和OPC的OPC自定义接口 VB / VBA客户端的自动化接口。

B.通信系统实施机制。水厂通信系统使用OPC客户端/ 服务器模式，通过读取本地OPC服务器来实现数据通讯。中心控制室有三个操作员站，它们PLC之间的通信是通过由RSLinx实现的控制网软件。因此所有操作员站配备 RSLinx软件。通讯图如图所示 图2。

C.开发OPC客户端

OPC客户端程序提供了一种读取数据的方法OPC服务器，使所有现场设备中的数据都可以访问成功。OPC客户端与其之间的通信步骤是：

bull;连接OPC服务器

bull;添加OPC组

bull;添加数据项

bull;同时读写数据

bull;断开OPC服务器

bull;读取项目的值

用于实现从中读取数据的代码OPC服务器到OPC客户端如下。

4）同时读写数据：OPC有两个数据访问方法，同步和异步。的异步方式需要结合使用事件;它是复杂和缓慢但高精度。比较以异步方式，同步方式非常样品可以直接使用OPC-Item方法。如果你只读数据，可以使用Data Change事件；的事件将在控制器中的数据触发时触发变化。客户端程序流程图如图3所示。

D.数据库设计

我们选择SQL Server数据库和实现一些功能，如数据输入，数据查询和报告生成通过ADO.NET的技术。根据水质，水量，水位，给药操作，报告为分类。 OPC客户端读取原始数据并存储到原报告。服务器读取这些原始数据，计算一些我们想要的新数据，并把它们放进去相应报告。使用SQL Server中的union查询，查询和数据导出的功能已经实现。

E.数据处理

1）数据预处理：

如氯化铁液位，液体聚合物液位，和石灰泵配量体积是一些通过通信获得的原始数据量与PLC，这些数据不能反映指标水处理。所以我们需要通过预处理这些数据一些公式由水厂提供，然后得到参数在水质。

2）数据的计算方法

a）每日报告：每日报告由小时值计算前，流程图如图所示图4。每日报告也可以帮助我们计算一些相关参数在月度报告和年度报告。
b）月度报告：不同的月度报告 不同的计算形式。当一个计数 参数，我们需要提出九个值的不同 从而方便工作人员检查。这九个值 参数将保存到报表并制定记录。 c）年度报告：累计月份结果 报告，年度值。

IV。客户的设计和实现 软件

A介绍 客户端软件包括以下功能： 实时查询，手动输入，历史查询，用户管理，日志，帮助和退出。其功能模块 如图5所示。
1）查询功能： 工作人员可以通过查询功能查询数据。在实时查询中，您可以查询每个参数的类型 小时，包括水质监测，运行过程 生产，水位，药物和动力 消费。清楚地检查数据真的很方便 并在视觉上发现错误。在历史查询中，工作人员可以 按日，月和年查看历史数据。图6是a 水质检测历史查询日报。
2）手动输入功能： 一些参数需要手动输入，如 密度，浓度，浊度和百分比 泵冲程，泵速设定量等。进入后 一个特定的值，数据被存储到数据库中 参数可以计算出来。工作人员也可以查询 当前手动输入值。 3）用户管理和日志记录 用户管理和日志记录主要用于 帮助工作人员管理和维护此软件。当用户登录，此软件将基于用户管理记录显示不同内容的选项 在当前记录的人员的水平。高级 用户可以添加，删除项目并有权限手动输入
3）用户管理和日志记录 用户管理和日志记录主要用于帮助工作人员管理和维护此软件。当用户登录，此软件将基于用户管理 记录显示不同内容的选项 在当前记录的人员的水平。高级 用户可以添加，删除项目并具有手动输入数据的权限。普通用户只能查看数据并修改它们自己的密码。日志是软件操作的记录，包括用户名，内容和操作时间。

B
数据。普通用户只能查看数据并修改它们自己的密码。日志是软件操作的记录， 包括用户名，内容和操作时间。

基于OPC技术的建筑物能量检测系统的应用

作者：王长涛，任静雅，韩中华，马兵

出自于：2012年6月24日至26日，中国武汉模型识别与控制国际会议论文集

摘 要

随着开发和整合能源消耗检测系统变得越来越困难，OPC技术可以用于简化这样的系统。通过OPC标准接口，系统的整合可以被大大改进并且开发工作减少。首先，这论文介绍了OPC技术的相关知识，然后在沈阳市大规模的建筑中实现了能源的硬件和软件开发。通过采用OPC技术，简化了集成环境，实现在高层间的信息共享和交换。
关键字：OPC；能源检测系统；软件和硬件；服务器/客户端

1、引言

在我们城市的总能耗中，建筑物能源消耗占很大比重。在建筑能耗方面，国家机关办公楼消费大型公共建筑造成的高能耗的问题特别突出。因此，国家住房和城市部的目标是建立能耗检测平台，可以动态测试建筑物的能耗，从而促进能源统计，能源消费审计，能耗公共展示和节能改造。

由于有各种类型的传感器装置可以测试所有建筑能耗参数并且有很多厂家生产他们同时生产大型检测系统。为了解决上述问题，在分析研究目前建筑能耗监测系统的情况的基础上，基于OPC技术的实现建筑能耗数据的采集系统的方案已经提出。这种模式可以保证收集数据的质量而且不依赖底层传感器的驱动程序，这极大地方便了整个系统的集成。

OPC的全称是对象链接和嵌入（OLE）用于过程控制，即基于对象链接嵌入式技术在过程控制。其第一版是由OPC基金会在1996年创建的硬件和软件的接口标准。OLE / COM机制是OPC应用的通信标准。OLE / COM是一个客户端/服务器模型，具有独立于语言，代码重用，易集成等优点。OPC 规范具有规范化的接口函数，因此客户可以以统一的方式访问，而不管设备存在的形式，从而确保了透明度。该软件使用户能够完全从低水平的开发中解放出来。OPC现在成为行业互连的默认项目系统并为工业控制编程带来方便，因此用户没有遇到通信协议问题的困扰。任何自动化软件解决方案提供商，如果不能全面支持OPC，必然被历史所消除。

在本文中，通过对OPC规范的深入研究，基于OPC技术能量检测系统的集成模型已经提出。依靠沈阳大型公共建筑能源检测系统作为硬件平台的基础，本系统研究OPC服务器和能耗检测传感器。该模型提供了能量消费检测系统OPC服务接口的基本数据，并且实现了OPC服务调用，灵活地整合了每个建筑能耗子系统。

II COM组件技术

COM（组件对象模型），即由微软提出形成标准，不仅定义了组件之间的交互程序的标准，而且还提供了组件程序必要的运行环境。在COM标准中，a 组件程序称为模块，它可以是a一个动态链接库（DLL），称为进程内组件 （过程中组件）;它也可以是可执行程序（EXE程序），称为进程组件（过程外组件）。组件程序可以 包含对象的一个​​或多个组件，因为COM 是作为通信的基本单元的对象模型 程序和程序之间，以及通信 发生在组件对象之间，也称为 COM对象。组件程序是向量的 COM对象代码[15] - [16]。 COM机制很复杂，而且有很多内容，但是考虑到了OPC构建在COM基础上，因此下面简要介绍一下

COM的一些基本概念：

A.对象

类似于C 语言中的类的概念，COM 对象还包括属性（也称为状态）和方法（也称为操作）以及对象的状态反映对象的存在也不同。对象的其他元素;和方法提供了一个到外界的接口，所以客户必须通过接口获取对象。

B. Com接口

COM规范的核心内容是定义接口。从技术上讲，接口包含一个功能的数据结构 的集合，通过它客户端代码可以调用组件对象的函数。客户端程序使用指向接口数据的指针调用接口成员函数。
如图1所示，接口指针实际指向另一个指针，第二个指针指向一组函数，称为接口函数表，并且每一个接口函数表是一个4字节的函数指针，每个函数指针和具体对象实现了连接。

III OPC技术

OPC技术是基于Microsoft的COM和DCOM技术的新一代工业控制软件规范，并已成为一个全球性产业标准。OPC技术得到了过程控制设备和开发的制造商的支持。 OPC使用CLIENT /SERVER模式。硬件厂商完成驱动程序程序与硬件设备相连并提供SERVER程序具有相同的OPC接口；软件厂商根据标准来访问SERVER进程OPC并实现与硬件设备的通信。该项目提出了基于研究通过提供即插即用“软件总线”的OPC技术成为控制器层的数据集成基础和网络层的上层管理，这使每个能耗设备可以自由连接通信，然后实现从控制层到管理层无缝集成方法的研究。

由于引入了OPC规范，过程控制中的硬件和软件之间的关系已经变得非常简单，以至于硬件供应商需要开发用于OPC规范（OPC服务器）的驱动程序支持任何标准的OPC客户端。系统可以方便地升级和修改实现设备插件和使用，也增强了设备的互连性的互操作性。OPC的早期标准OPC DA和OPC DX规范是基于COM/ DCOM，但是COM/ DCOM不适合客户端通过互联网访问现场设备的数据。因此，为了更好地满足用户需求，有必要建立可以远程访问现场设备的新行业标准。数据通过互联网。

在过程控制领域，有许多公司在巨大的商业利益和竞争力压力驱动下开始承担智能遥控监控、维护、基于Web的管理、基于互联网，增强了公司高级管理人员的操作和灵活性，从而可以最大限度地满足用户的新需求。

然而，在建筑能耗测试领域，在底层设备到办公自动化系统和其他管理层，甚至扩展到互联网，扩展实时数据是特别重要的。系统集成必须推进到集成基于Web和互联网的方向。

OPC规范一直在常量中开发、升级和添加新功能。

IV OPC访问数据

由于OPC规范基于OLE / COM技术，OLE / COM扩展，远程OLE自动化等和DCOM技术支持TCP / IP等网络协议，因此我们可以在物理上将分布在网络的不同节点的OPC客户端和服务器分开。

OPC客户端可以选择同步和异步访问OPC服务器的数据。 同步访问方法也可以称为等待式调用，在OPC应用程序调用数据访问方法之后，直到OPC服务器返回数据访问结果，可以进行下一步。它将更复杂的实现异步访问，在OPC服务器接收到OPC的请求后应用程序，立即返回方法，OPC应用程序可以执行其他处理。 加工异步访问数据如图2所示。

V. 软件硬件实现基于OPC的建筑能耗消耗监测系统

基于OPC的建筑能量管理系统分为两部分 - 软件系统和硬件系统。软件系统包括应用模块，数据库，自动数据收集等。硬件系统是分布式的，它位于建筑物中的每个设备控制领域。硬件系统包括数据库服务器，应用服务器，PLC终端，智能仪表，DCS终端，等等

1. 现场控制层
   现场

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