（电气工程专业论文）水厂综合信息管理系统的研究与设计.pdf

摘要 随着社会的发展和人们生活水平的不断提高，饮用水的安全问题日益受到越来越广泛地关注 与重视供承生产过程的安全是饮用水安全的前提。本课题以加强供水生产过程的监控与管理为 目标，研究设计了基于j 2 e e 的b ，s 三层结构的网络化水厂综合信息管理系统。该系统作为水厂 生产，管理的综合信息管理平台，是一个多层次、网络化。融生产监控，管理、调度和经营决策 一体化的综合信息管理系统该系统可以对整个供水生产过程的庞大数据信息，进行方便有效地 组织与管理，可以为加强供水系统工况的监测，尤其是加强水厂各个工艺环节的自动监测与控制， 提供科学准确的依据本系统将全面提升供水系统的信息化水平，有效地提高监控管理能力，为 从源头上保障饮用水的安全发挥重要作用 关键词：j 2 e e ；j s p ；水厂综合信息管理系统 a b s t r a c t t h es a f e t yo fd r i n k i n gw a t e rj sf o c u s e do nn l o r ea n dm o r ew i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h es o c i e t ya n d t h el i v i n gc o n d i t i o nb e c o m i n gb e r e ta n db e t t e r t h es a f e t yt h a tp r o d u c tc o u r s eo fs u p p l i e sw a t e ri st h e p r e m i s eo ft h ed r i n k i n gw a t e rs a f e t y t h et a r g e to ft h i st o p i ci ss t r e n g t h e nt h es u p e r v i s i o na n d m a n a g e m e n to ft h ep r o d u c t i o no d u r s cf o rs u p p l yw a t e r , t h er e s e a r c hs t u d ya n dd e s i g n e dc o m p r e h e n s i v e i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mi nw a t e rp l a n tb a s e d t h ej 2 e ea n db st h r e el a y e r su n u m m x t h e s y s t e m 0t h ep r o d u c t i o na n dm a n a g e m e n tp l a t f o r mi nw a t e rp l a n ti s - c o m p r e h e n s i v ei n f u r m a d o n m a n a g e m e n ts y s t e ma b o u td i f f e ra d m i n i s t r a t i v el e v e l sa n dn e t w o r kt h a ti n o s c u l a t ep r o d u c ts u p 竹“- ， m a n a g m e n t , a t t e m p 日a n di n c o r p o r a t em a n a g e m e n td e c i s i o n - m a k i n g t b es y s t e mmc a r r yo nt h e c o n v e n i e n c et oo r g a n i z ea v a i l a b l yw i t ht h em a n a g e m e n tf o rt h eh u g ed a t ei n f o r m a t i o na b o u tp r o d l l d c o u r s ci nw a t e rp l a n t , 锄抽o r d e r 幻s t r e n g t h e nm o n i t o ro fs u p p l yw a t e rs y s t e m sw o r kc o n d i t i o n p a r t i c u l a r l yt h ea u t o m a t i cm o n i t o ra n dc o n t r o lt h a ts 舡c n g t 慨se a c hc r a f tl i n ki nw a t e rp l a n t , p r o v i d e s c i e n c ea c c u r a t eb a s i s t h es y s t e mw i l la d v a n c et h ei n f o r m a t i v el e v e ls of a ra b o u ts u p p l yw a t e ra n d a v a i l a b l ya d v a n c et h es u p e r v i s i o nm a n a g e m e n t , t h a tw i l lb e - i m p o r t a n tf u n c t i o ni no r d e rt oc n s t l l t h e s a f e t yo fd r i n k i n gw a t e rf r o mt h eb e a d s t r e a m k e y w o r d s ：j 2 e e ；j s i ；c o m p o s i t i v ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mi nw a t e rp l a n t 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：乏7 疚 时间：- 7 1 , - ? 年占月日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：哆刃受 新签名：南a 小 、7 训” 时间：砂刀 时间： 年占月日 年月 日 中同农业大学硕十学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题背景 i i 1 我国水资源状况 水是人类最宝贵的自然资源。它是人类生活、动植物生长和工农业生产不可或缺的主要成分 之一；也是社会存在、进步和发展的物质基础尽管地球上7 0 的表面被水覆盖，总水量大约1 3 9 1 0 9 k m 3 ，但是9 7 以上为海洋咸水，只有2 5 3 为淡水，即3 5 1 0 7 k m 3 在有限的淡水资源中 人类易于利用的仅占1 1 ，即地球上全部水量的0 2 1 1 i ，因此可利用的淡水资源对人类生存和发 展起到决定作用。随着经济的发展、人口的不断增长，人们生活水平的不断提高，人类对水的需 求量会不断增大，水资源的短缺会日益明显从1 9 0 0 年到1 9 9 5 年，世界淡水需求量增长了6 倍， 是人口增长率的两倍闭水危机最开始是在一些发达国家表现出来。在2 0 世纪年代经济的快 速发展导致需水量的大量增加，同时一些水源受到污染，使得水的供应成为难题；当代世界各国 的经济都在快速发展。水的问题引起了当今世界各国的普遍关注p 一1 9 7 7 年召开的联合国。水。 会议曾向世界发出郑重警告。水，不久将成为一个深刻的社会危机，石油危机之后的下一个危机 就是水” 5 1 根据当时的经济发展状况和人口增长状况，1 9 9 7 年联合国发表了一份世界淡水赍源 综合报告，目前i 3 的世界人口生活在中度到高度缺水的国家，预计到2 0 2 5 年这个比例将达到 2 3 1 6 1 华盛顿人1 2 1 研究组织在1 9 9 7 年底发表的研究报告中指出：在未来5 0 年里，全世界至少有 1 4 的人口将会面临水资源短缺；到2 0 5 0 年时，全世界生活在缺水状态下的人可能增加至近2 0 亿 根据目前的发展趋势，2 1 世纪水危机将会成为全球绝大多数国家普遍存在的问题。我国水资 源虽然较丰富，平均水资源总量为2 8 0 0 0 多亿吨，居世界第六位，但是由于人口多，人均水资源 拥有量仅为2 1 6 0 m 3 i g ，约为世界人均水平的1 4 ，现在已经被列为贫水国家之门又由于我国 水资源时空分布不均衡，所以许多地区水资源的供需矛盾突出。极大限制了经济的发展 可见，水资源无论在世界上还是在中国，其紧张局势日益紧追 1 1 2 我国水源污染现状 我国是世界上严重缺水的国家之一，也是世界上水污染严重的国家之一我国工农业的飞速 发展与人口的快速城市化，将会使水污染与水短缺的矛盾更加尖锐。根据联合国2 0 0 3 年3 月。第 三届水资源论坛大会”召开前发表的最新世界水资源开发报告 ，在世界上1 8 0 个国家和地区 的水资源丰富状况捧名中，我国以人均每年2 2 6 0 m s 的水资源排列在第1 2 8 位。 水资源短缺是我国的国情，另外，严重的水环境污染问题也日益突出。我国自改革开放以来， 经济发展迅速，而城市污水和工业废水的治理跟不上经济发展的步伐，所以有些未经处理的污水 直接捧入水体，造成水质恶化。生态遭到破坏。 2 0 0 2 年，我国七大水系7 4 1 个重点监测断面中，2 9 1 的断面满足i - - - - - i i 类水质要求，3 0 o 的断面属i v v 类水质，4 0 9 的断面属劣v 类水质i s 国家环境保护总局发布的2 0 0 1 年中国 环境状况公报中我国七大水系污染由重到轻的顺序依次是：海河、辽河、淮河，黄河，松花江、 长江和珠江，但2 0 0 2 年这一顺序改为：海河、辽河、黄河、淮河、松花江，珠江、长江州璩江 中国农业大学硕十学位论文第一章绪论 水系的相对污染程度捧名上升。可见，我国的水资源有不断恶化的趋势，而且污染加剧的形势更 加严峻。水源水体污染的加剧会直接影响饮用水的水质，给饮用水的安全性带来了很多问题，威 胁着人们的身体健康。 1 1 3 饮用水安全性的提出 随着生活水平的不断提高，饮用水安全越来越成为大家关注的热点饮用水的水质安全性主 要分为生物安全性和化学安全性。饮用水生物安全性是人体健康所考虑的最首要的因素1 9 世纪， 欧美一些城市由于、粪便和垃圾的捧放使地表水和地下水受到污染，造成霍乱、痢疾、伤寒等水 传染疾病的多次大规模爆发和蔓延，夺去成千上万人的生命1 1 川饮用水净化技术也就针对饮用水 生物安全性问题应运而生，解决长期威胁着人类的生命和健康的问题人类在与水源污染及由此 引起的疾病所做的长期斗争中发展和完善了最早的饮用水处理工艺，主要的是过滤技术和消毒技 术2 0 世纪初，比利时开始对饮用水进行连续氯化消毒，在使用氯消毒的地方，伤寒病死亡率大 幅度下降l l ”。近年来多次爆发的大规模水介传染疾病的危害促使人们进一步关注饮用水的生物安 全性问题【”。为保证饮用水的生物安全性，人们对消毒剂的种类和消毒技术进行了大量研究 o - t s l 另一个饮用水安全性指标是饮用水化学安全性随着工业污染的加剧，污染物被大量的捧入 水体中，同时由于科技的不断发展，一些合成的难降解高污染性的有机物也被捧入水体中，导 致水体中的有机污染物种类和总量不断增加。同时，饮用水水处理工艺本身也会产生一些有害物 质，如：加氯消毒过程中产生氯化消毒副产物( d b p s ) ，会增加饮用水的致癌，致突变性，对人体 健康有长期的影响呻17 】随着流行病学研究和微量有机物富集、检测技术的发展，有毒有害物质也 不断地被发现和捡出，其中很多有机物对人体健康具有较大的危害一些微量有机污染物由于其 高致突变性或剧毒性引起了人们的关注，如内分泌干扰物1 1 8 1 藻毒素，这样的有机物对永体的化学 安全性影响大其它的一些有毒有机化合物，各个国家根据具体情况列出了检测指标在美国国 家环保局制定的1 2 9 种环境优先检测污染物中，有毒有机化学品就占1 1 4 种；在我国国家环保局 制定的醴种环境优先检测污染物中，有毒有机化学品占5 8 种我国2 0 0 0 年饮用水水质规划中 有毒有机化学品的检测指标为3 0 项1 1 9 1 ，2 0 0 1 年生活饮用水卫生规范 中有毒化学品的检测指 标为7 5 项，2 0 0 5 年6 月颁布的城市供水水质标准 中有毒化学品的检测指标为7 0 项 饮用水的水质安全是一个综合指标，化学安全性是基础，生物安全性是根本，对饮用水的水 质标准从感官性指标向微观指标发展唧 1 1 4 饮用水微生物安全性标准的发展 饮用水作为传播病原体的载体是全球性的问题，不仅仅在经济落后的地区，就连经济发达的 国家和地区也会同样发生。发达国家爆发的大规模疾病传染事件有：1 9 9 3 年美国m i l w a u k e e 发生 的隐孢子虫的事件f 2 l i ，1 9 9 4 年加拿大维多利亚市发生的弓形体病 2 2 1 。 直到p a s t e u rl o u i s 和f e r d n a n dc o h n 以及r o b e r tk o c h 发现了病原体，人们才能够将疾病与 病原相联系起来，并且认识到传染病原是可以通过水体进行传播的i 捌，1 9 世纪末期人们只是认 识到霍乱和伤寒是通过水进行传播的，随着科学技术的发展，人们发现了更多的可以通过水进行 传播的病原偿 1 - 1k 2 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 也发现很多细菌可以在水中继续生长、繁殖，如：铜绿假单胞菌、气单胞菌、军团菌、小肠 结肠炎耶尔森氏菌、肺结核分枝杆菌。对于病原的传播途径主要是通过。粪一口”，饮用水是 传播媒介之一，病原通过直接或间接摄入被粪便污染的食物、水而感染人体。 表1 - 1 以水为传染媒介的病原微生物 细菌病毒原生动物 霍乱脊荫灰质炎病毒阿米巴虫 伤寒肝炎病毒( 甲，戊)贾第鞭毛虫 副伤寒肠道病毒隐孢子虫 沙门氏菌轮状病毒弓形体虫 志贺氏菌腺病毒棘阿米巴虫 耶尔森鼠疫杆菌诺沃克病毒 空肠弯曲杆菌柯萨奇病毒 埃希氏大肠杆菌小圆病毒 细螺旋体菌 为了控制霍乱的流行，r o b e r tk o c h 建议地表水源必须经过过滤，而且细菌总数要小于 1 0 0 c f u m l ，经过几年的时间检验，采用此规定的地区霍乱和伤寒能够被控制到很低的水平，所 以在1 8 9 9 年普鲁士将细菌的规定纳入国家法律洲。随着经济的发展，水源的污染也不断加剧， 新的病原微生物被检测出来，并不断补充到国家饮用水的法律、法规文件中具有现代意义的水 质标准是1 9 1 4 年美国的的饮用水标准，规定了细菌总数，大肠杆菌菌群数。世界其它国家如法 国，德国，荷兰，加拿大等也对饮用水中的细菌作了严格的限制。我国政府也对饮用水的安全十 分重视。1 9 5 9 年制定了第一个饮用水水质标准生活饮用水卫生规程，共1 6 项水质指标；1 9 7 6 年修订的水质标准生活饮用水卫生标准将指标扩展到2 3 项，1 9 8 5 年的扩展到3 5 项，我国目 前执行的是2 0 0 5 年的标准此文对世界上执行的三大标准和我国的标准进行了比较洳表1 - 2 ) 通过表1 - 2 可以看出：我国目前所采用的饮用水微生物标准要低于国外的标准，检测指标也少于 国外的标准，标准需要提高网 表l - 2 世界主要卫生标准中微生物标准的比较 检测项目世界卫生组织 欧盟 美国中国 大肠杆菌任意1 0 0 m l 水中任意1 0 0 m l 水中任意1 0 0 m l 水中 不得检测出不得检测出不得检测出 粪大肠菌群任意1 0 0 m l 水中 不得检测出 埃希氏大肠杆菌 任意2 5 0 m l 水中 不得检测出 肠道球菌任意2 5 0 m l 水中 不得检测出 铜绿假单胞菌任意2 5 0 m l 水中 不得检测出 3 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 细菌总数( 2 2 9 c )1 0 0 c f u m l5 0 0 c f u m l 细菌总数( 3 7 d c ) 2 0 c f u m l 8 0 c f u m l 隐孢子虫 9 9 去除 兰伯氏贾第虫9 9 9 去除 军团菌0 n d 病毒9 9 9 9 去除 1 2 问题和意义 随着现代社会经济的发展，水对人民生话与生产的影响日益加强，对供水的质量与安全可靠 性的要求不断提高 整个水厂的处理工艺包括取水、加药、沉淀、过滤、清水加压等基本上，过滤就是净水处 理的晟后一道程序了，从过滤池出来的水，流入清水池积聚，保持有一定的储备量后就可以出厂 了当然，这之前还要做一些必要的检测、化验等，确保水质，并作为消毒剂等处理药剂是否需 要调整投入量的参考最后，清水由承泵从连接清水池与二级泵房的吸水井中( 小型水厂可不设吸 水井，直接从清水池中抽取) 抽入供水管道，并以一定压力供给用户水泵的启动、停止、调速是 这里的重要控制内容，必须确保能够持续可靠的向用户供水因此，只有确保每一道工序的安全 生产，才能确保水厂的供水安全。 当前我国城市信息化建设快速发展，相应地供水行业的信息化建设也尤为重要对于净水供 应生产水厂，担负着城市居民的生活饮用水供应及工业用水等重任。既要做到适应不同时期水源 水质变化，保证城市供水的水质及用水量，又要保证水厂处于优化经济运行的生产环境下，把生 产成本降到最低水平实现水厂生产信息化，不仅降低水厂物耗、能耗，节约生产成本，节省人 工费用。而且可以提高已完成自动化设备建设的水厂生产管理水平，实现社会经济效益显著提高 水厂作为城镇供水行业的一线生产单位。其信息化管理要求显得十分迫切。整个供水生产过 程的数据信息( 报警信息、模拟量信息、设备状态、控制信息) 是庞大的供水生产自动化系统所 要解决的问题不仅是通过对工艺参数的稳定控制，保证供水过程的平稳操作而且需要按照供水 过程的工艺情况、操作条件变化等信息来及时操作、调整整个生产过程的操作状况，充足地供应 洁净的水 水厂需要有一个科学、严密的、切合实际的、具有全新理念的信息化系统，水厂综合信息 管理系统目的就是为了优化管理水厂的生产、管理信息，及时采集和处理现场生产数据信息，提 高饮用水的安全性。系统可以对整个供水生产过程的庞大数据信息，进行方便有效地组织与管理， 可以为加强供水系统工况的监测，尤其是加强水厂各个工艺环节的自动监测与控制，提供科学准 确的依据。本系统将全面提升供水系统的信息化水平、有效地提高监控管理能力，为从源头上保 障饮用水的安全发挥重要作用。 水厂综合信息管理系统，是将因特网技术应用到企业内部的信息管理和交换的基础它是基 于t c p i p 通信协议，以w w w 技术为基础的信息网络，主要实现企业内部的信息流传递，以达 到整个自来水公司和所辖水厂能形成统一网络，从而实现统一管理、信息共享，形成统一的语言 格式、统一的传输协议；保护已有的软，硬件投资，不会浪费已经开发的应用；增强企业内部沟通、 4 中国农业大学硕七学位论文 第一章绪论 合作和对外的信息交流；易于系统扩展和企业重组；用户界面使明方便易于操作；最终达到整 个水厂的综合信息全面优化管理。 5 中国农业大学硕十学位论文 第二章术厂信息化现状和发展趋势 第二章水厂信息化现状与发展趋势 企业信息化是指企业利用现代信息技术、通过信息资源的深入开发和广泛利用，不断提高生 产、经营、管理、决策的效率和水平，进而提高企业经济效益和企业竞争力的过程。具体到一个 企业，企业信息化就是要实现企业生产过程的自动化、管理方式的网络化、决策支持的化和商务 运营的电子化l ”i 随着计算机、互联网等现代技术的发展，以计算技术、通信技术和自动控制技术为特征的信 息化浪潮正席卷全球，世界进入了信息时代。在( 2 0 0 6 - 2 0 2 0 年国家信息化发展战略 一文中指 出：信息化是当今世界发展的大趋势，是推动经济社会变革的重要力量大力推进信息化，是覆 盖我国现代化建设全局的战略举措，是贯彻落实科学发展观、全面建设小康社会，构建社会主义 和谐社会和建设创新型国家的迫切需要和必然选择网 由信息化带动工业化是我国企业发展的指导方针，如何借鉴发达国家企业的经验，适应信息 时代的要求。实现跨越式的发展是我国企业信息化建设需要重点思考的问题随着中国加入 w t o ，很多企业对自身素质的提高越来越重视，实现生产自动化、管理自动化、决策已经被列入 重点发展计划利用现代化的信息技术来提高企业管理效率、降低管理成本己成为企业选择的目 标依靠现代化技术手段对生产过程进行控制和管理，提高设备运行效率和可靠性，节省水、电 资源是技术发展的必然趋势之一。 水对人类而言有着非同寻常的意义，不论是日常生活，还是工农业生产都离不开水特别在 现代社会中，不仅对水的需求量与日俱增，对水质的要求也越来越高人类对水进行处理的历史 十分悠久，超过了两千年，但这是小规模、家庭型的处理，范围仅针对个人或某个家庭面向社 会兴建水厂，工业化的集中处理水的历史还不到2 0 0 年，特别是以快滤池为标志的现代东厂更是 只有1 1 0 多年历史在我国，水厂的大规模建设是从解放后开始的。时间较短，但取得了卓越的 成就目前各个城市都已兴建了自己的净化厂，基本普及了自来水而且，更加现代化的、大规 模的新型水厂也在成批的建设中。水厂和其它行业的工厂一样，自出现以来不断革新，不断现代 化，其生产能力、净化效果都不断提高日产百万吨以上优质自来水的超大型水厂也不罕见。维 持如此大规模的水厂正常运行，且要保证出厂水质，对处理工艺和自动化水平都提出了很高的要 求。水厂的处理工艺一百年来已经比较成熟，基本上是混凝沉淀、过滤和消毒混凝剂一般采用 铝盐、铁盐利用凝聚原理去除原水中的悬浮颗粒。再进行沉淀，过滤。消毒一般采用氯化法 近凡十年，随着净水理论的发展，工艺设计和处理构筑物的形式不断变化，各类反应药剂也 出现许多新的替代品，比如：以高分子化合物作为混凝剂，臭氧或二氧化氯作为消毒剂等等不 过，基本的工艺过程没有根本性改变相比之下，水厂的现代化更主要的表现在自动化和监控系 统方面。水厂的自动监控系统，是水厂现代化水平的体现，它把各个工艺环节之间有机的结合为 一个整体，为水厂节约了入力，加强了管理，对于保证出厂水质，提高水厂经济效益，有很重要 的意义。 水厂的自动控制的核心在于集成。从当前形势来看，各种功能子系统在某些局部都有相应的 计算机系统支持，这些系统都是在独立环境下开发出来的。信息化孤岛”，要使这些。孤岛”问 协调工作，必须通过信息共享，使各种功能有机地集成在一起，实现企业的整体优化。网络技术 是信息集成的基础。一个企业要实现生产的自动化，般有两个环节：一是生产自动化，即对现 6 中国农业大学硕 学位论文 第二章水厂信息化现状和发展趋势 场生产过程的实时监视控制；二是管理自动化负责处理除生产之外的环节，包括市场分析、经 营管理以及售后服务等上述这两个过程是一个不可分割的整体，必须紧密联系，统一考虑而 整个过程的实质可以看成是一个数据信息采集，传输，处理和管理的过程从企业生产过程的分 工协作和工艺流程特点来看，数据信息的采集、处理、管理，查询和分析有其固有的分布性和层 次性，而计算机网络技术的发展为适应这种特征提供了基础 一般而言生产方面的信息要求有较高的实时性，反之，和生产管理相关的职能部门，它们 的信息交互实时性要求不是很高，但是却需要一个长时闻段的历史数据而且，这两种不同的信 息并非彼此孤立，而是相互问有着密切的联系，上层管理人员往往通过对一定时期的数据进行分 析从而调整、优化生产只有实现全单位一盘棋，才能进行最有效的管理，提高经济效益这就 极大地依赖于分散在企业各个部门、各个生产过程上的各类监控设备的互联和建立在它们之上的 信息交换因此将各类计算机设备或控制系统互连在一起形成企业局域网是构成企业综合自动化 系统的重要任务之一 但是目前水厂信息化还仅停留在生产自动化阶段，实现信息化还有很大的距离水厂自动化 系统从早期的监控电脑通过采集卡控制设备，发展到以p i e 为控制主体的全厂d c s 系统但要 完成信息化还必须达到以下要求： ( 1 ) 较高的自动化程度。除了各种阀门、泵实现自动控制，变送配电控制外，水质仪表参 数、电量功率的采集也很重要，它们是自动实现实时化分析的条件水厂的各种生产要素都要包 含在这个自动化系统中，才能算真正意义上的全厂监控自动化。 ( 2 ) 数据集中必须构建统一的数据中心，它可以集中全厂各种生产要素的实时生产数据， 这才能为生产信息化打下坚实的基础。 网络是信息化管理的核心，通过网络，水厂向上连接总公司机关各处室，横向连接总公司各 个下属单位，向下连接各科室、各车间，实现信息共享，对外可以通过互联网与社会各界联系 网络技术的发展，引发了控制领域的深刻技术变革网络技术与控制技术相结合产生的d c s ， s c a d a 等系统大大促进了生产效率的提高，使自动化系统产生了飞跃开放性的监控系统随着 网络化的发展也初露倪端。而采用什么样的技术，以什么样的方式构件开放性的工业系统，则是 近年来控制领域讨论较多的问题随着i n t e m e t 的飞速发展，人们将目光投向了构建i n t e m e t 的 w e b 技术 早在9 0 年代，陈家训就指出计算机网络技术的实旌构架了信息集成的物理基础。企业综合 自动化系统的信息集成、技术集成、功能集成的实现都离不开计算机网络。企业综合自动化系统 网络的设计和实施将直接影响整个系统的功能实现。计算机和以计算机为基础的设备都具有数据 处理和计算能力，但要做到信息集成、功能集成，就要求每个计算机或设备彼此沟通信息，共享 资源，协同工作。 目前，过程控制、管理信息系统( m l s ) 、i n t e m e t 三者相结合的时机已经到来，条件也已具备。 三者相结合，m i s 是核心，也是桥梁和纽带。这种结合，将给企业注入新的活力，可以实现企业， 企业集团乃至全行业的全面、综台的自动化。企业可以和国内各界沟通，也能够和国际接轨这 种结合使得在世界上任何有i n t e r a e t 的地方对企业进行管理甚至生产控制成为可能。 2 1 供水自动控制技术发展状况 7 中国农业大学顾十学位论文第二章水厂信息化现状和发展趋势 2 1 1 国外发展状况 国外自6 0 - 7 0 年代起开始了供水系统自动监控的研究与应用工作1 4 4 1 尤其是自8 0 年代以来， 微电子等现代科技高速发展，水工业专用检测仪表与装备不断发展与完善，相应地推动供水系统 的自动监控技术有了质的飞跃。浊度、p h 值等水质关键参数的在线检测质量过关，微电脑控制 器、投加泵、调节阀等控制，执行设备性能良好1 2 0 1 加之西方发达国家雄厚的经济实力与技术基 础，供水系统的自动监控已得到普遍应用一些水厂已实现全自动运行，能对生产工艺的各个环 节连续自动地监测、调节、记录、报警等等这种高度自动化运行的模式是符合西方国情特点的 西方许多国家人力资源紧张，人工费用往往占生产成本构成的比重较大，而仪表设备费相对较低， 加之设备质量可靠，高度自动化节省了人力资源也就是获取了较高的经济效益。西方也有相当多 的水厂仅对一些影响处理水质及费用的关键工艺环节实施自动控制，而对各个工艺阶段的主要水 质与运行参数进行自动监测这是一种经济高效的自动监控方案，值得借鉴国外的水厂监控普 遍采用集散型系统对各个工艺单元进行分散控制减小了各控制环节之问的干扰。提高了工作的 可靠性：对全厂的集中监控，又保证了统一指挥，调度的灵活性 2 1 2 我国水厂技术发展状况 我国自8 0 年代中后期起，陆续有一些较大型的水厂利用外资建设，同时引进了成套的水厂 现代化监控仪表与设备；自9 0 年代中期起，在借鉴法国德利满公司的水厂自动化技术基础上， 我国自来水厂开始自主开发水厂生产自动化控制系统水厂生产工艺流程是比较庞杂的，就其处 理过程控制特点而言，可以概括为以物料平衡调度为主的连续性较强的慢处理过程现场控制设 备( 包括仪表设备) 多且配置相对分散，设备结构也相对较简单，生产过程对设备的自动化水平及 可靠性有一定依赖程度实践证明，除了少数关键工段设备外，大部分设备的。平均无故障时间” 指标无特殊要求，现场设备自动化功能的暂时丧失不会对生产处理质量造成重大影响，仍可以采 用其它控制方式因此全厂综合自动化的主要目标重点不仅仅是保证生产处理质量，而更现实的 是提高自动化控制技术水平、减轻劳动强度、方便生产管理，提高设施设备的利用率、节能降耗、 减员增效，其功能多为以。生产监视、自动控制为主，远程手动操作为辅，现场操作为备用”。 部分环节采用精确的闭环逻辑控制。针对我国的技术经济条件，不同规模水厂迫切需要解决的问 题有所不同。近年建设的自动监控水平较高的水厂认真总结了应用经验，并借鉴国内外成功经验， 不断提高水厂自动化控制技术水平，已开始向优化运行方面发展，逐渐缩小了与国际先进应用技 术的差距。随着水厂自动控制应用技术交流和推广，为水厂自动监控技术的进步提供借鉴与指导。 同时引进和使用了国外大量精密、稳定和准确的在线检测仪表、设备，加强了水厂净水处理工艺 环节的自动监控技术与设备，建立规模适宜的集散型控制系统唧 ( 1 ) 我国水处理事业发展迅速 我国净水处理事业基本上都是在最近改革开放的二十余年间得到迅速发展的城市净水处理 厂是保障城市经济活动、居民生活和健康的重要基础设施之一上世纪九十年代建设的大中型水 处理厂基本上都配置了与同时代先进水平相适应的综合自动化控制系统，在实践中摸索出了很多 宝贵的自动化设备维护经验特别是最近几年已经大众化的低成本的基于i n t e r n e t 的w e b 应用技 8 中国农业大学顾七学位论文 第二章水厂信息化现状和发展趋势 术的迅猛发展。发达国家很多城市水处理厂都适时地更新或改造了原有控制系统，这进一步拉大 了城市水处理行业中国内外自动化技术水平的差距四 。我国近年来开始开发应用供水管网g i s 系 统。大大促进了我国供水系统事业的发展，把我国水处理事业推上了一个新的台阶。 ( 2 ) 我国水处理设备和仪表及控制系统相对落后 我国水处理事业中很大一部分是旧系统的陈旧设备和仪表急迫面临改造和更新现代水处 理设备尤其是自动检测系统及相关软件大多依靠进口，国内生产的设备还难以满足要求在引进 设备的同时，不但要考虑有计划引进和消化吸收先进的设备管理、维修技术、运行管理及人员培 训，而且在选型时还要注意中外国情差别，考虑设备长期的运行维护和备品备件来源进口设备 要消耗巨大的外汇，可见，设计出符合我国国情的水处理控制系统迫在眉睫p 1 ( 3 俄国水处理厂自控系统现状 我国水处理厂自控系统的现状是手动与自动皆备，自制和引进并举以前建设的中小型水处 理厂由于资金不足，技术力量薄弱等原因，所采用的检测仪表大部分是国产的离线仪表，监测手 段也是靠取样后测量，然后根据测量结果去调整设备运行状态。由于仪表的准确性差并且非连续 性监测设备运行状态调整滞后，常常导致出厂水水质的不稳定我国在水厂关键环节混凝 投药控制技术与设备方面实现了流动电流及透光率脉动两种混凝控制设备的国产化，并在水厂获 得推广应用，取得显著效果，在此方面已居于国际领先水平水工业的一些专用检测仪表与设备， 如在线检测浊度仪、计量投加泵等，也有一些厂家开始生产，但是质量水平与国外产品相比仍有 距离，难以满足国内市场需要。我国大多数水厂的监控技术仍是很落后的，基本以人工方式为主， 很难适应现代化的要求一些水厂的自动监控基本照搬西方的模式，虽然采用了庞大的自动化系 统、投资很大。然而在一些关键环节上的调控功能并不强如混凝投药是按原水流量比例控制， 不能跟踪响应原永水质等因素变化对药耗韵需求；沉淀池捧泥是定时、定量自动捧泥，便是节省 了人力，并不能保证捧泥效果及节约排泥用水：传统的处理效果以浊度为指标，存在检测可靠性 等问题等等 3 e l 。这种模式并不适应我国相当多的水厂原水水质变化大而快的情况，而谈不上保证 水处理系统运行优化，结果水质保证率低，而运行费用高这些自动监控系统并不完全符合提高 水厂技术经济效益这一根本目的 一些大中型的水厂为了实现自动化控制、保证出水水质达标，或借鉴国内外先进的技术和经 验自行开发，或利用政府投资和国外的优惠低息贷款，成套引进国外的水处理工艺，设备、监测 仪器仪表、自控系统及相应的软件。由于设备配套性好、技术先进、自动化程度高，系统都能连 续稳定运行。所以能保证出厂水水质达标计算机自动化已经成为现代化水工业的必要工艺技术 支持手段，是考察一个水工业企业工艺水平的重要指标之一计算机自动化s c a d a ( s e 删s o r y c o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ) 技术又称计算机四遥( 遥测、遥控、遥信、遥调) 技术，已在水工业行 业得到广泛的应用，取得了良好的经济效益和社会效益，并形成了造福社会的产业规模。如何指 导该技术的发展，培育好给排水自动化的市场，进而促进水工业产业的发展，是一件十分有意义 的工作s c a d a 技术的基础是3 c + s ( c o m p u t e r 、c o m m u n i c a t i o n 、c o n t r o l 、s e m r ) 。这四种技 术近来发展很快，不断推出新技术、新产品。同时淘汰旧的技术和产品如何采用新观念、新技 术、新产品构建管理功能强大、可靠性强、有良好的现场安装界面、易于操作和维护、价格低廉 的水工业s c a d a 系统，既是业内客户的需要也是s c a d a 系统集成商的责任。 9 中国农业丈学硕十学位论文第二章水厂信息化现状和发展趋势 近些年来，计算机p c 技术以每一年多更新一代的速度飞速发展。强大的硬件平台支持着不 断更新的视窗揲作系统w i n d o w ，软件和网络技术功能强大的p c 系统平台，不但摆脱了d o s 操作系统的烦恼，解除了键盘操作p c 的尴尬，使p c 得到了广泛的应用，更为构建商功能的 s c a d a 系统创造了条件众所周知在s c a d a 系统中p c 机主要用做m a s t e r 或称调度中心近 来国内外许多厂家都推出了基于w m d o w s 的f o rs c a d a 的组态软件这些软件平台上可以完成 与给捧水调度相关的数据采集f 提供了与多种p l c 或其它设备通讯驱动程序d r i v h 、动态数据交 换d d e 功能及o l e 技术等等k 数据处理，数据显示和数据记录等工作，具有良好的图形化人机 界面，m m i 具备趋势分析和控制功能，为给捧水优化调度，节能降耗提供了尽善尽美的手段 p c 机的网络功能还为多级调度s c a d a 系统的建设和参与水厂管理提供了很多意想不到的功能 1 2 6 1 。 2 1 3 远程监控技术的国内外研究现状及发展展望 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，q 1 9 9 7 年1 月，首届 基于 n t e r n c t 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3 0 个公司 和研究机构的5 0 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i n t e r n e t 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s u n 1 i p ，b o e i n g ，i n t e l ，f o r d 等1 2 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t e s t b e d ，它用嵌入式w e d 组网、用实时j a v a 和 b a y e s i a nn e t 初步形成在i n t e r a c t 范围内的信息监控和诊断推理。另外，许多国际组织，如 蜘m o s a ( m a c h i n ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n to p e ns y s t e ma l l i a n c e ) ，s m h t ( s o c i e i yf o rm 【a 抽i n c f y f a i l u r ep r e v e n t i o nt e c h n o l o g y ) 、c o m a d e m ( c o n d i t i o nm o n i t i o na ne n g i n e e r i n gm a n a g e m e n t ) 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i 柳。许多大公司也在他们的产品中加入了i n t e r n e t 的功能，如b e n t l e y 公司的计算机在线设各运 行监测系统d a t a m a n a g e r 2 0 0 ，可以通过网络动态数据交换州e t d d e ) 的方式向远程终端发送设备 运行状态信息；著名的n a t i o n a li n s t r u m e n t s 公司也在它的产品皿a b w i n d m c 、，i ) 以及( l 曲v l 毫w ) 中加入了网络通讯处理模块p q ，因而可以通过w w w 、f r p 、e - m a i l 方式在网络范围内进行监控 数据的传送法国a l a r m 研究组对生产过程的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l 耵l ，目前，西安交大、华中科技大学、 哈尔滨工业大学和南京理工大学等高校已取得了较为先进的研究成果，如：西安交通大学研制的 大型旋转计算机状态检测系统及故障诊断系统r 】，华中科技大学开发的汽轮机工作状态检 测和诊断系统k b g m d ，哈尔滨工业大学的微计算机化辊组状态监视与故障诊断专家系统 m m m d e s 等脚l s c a d a 系统在不断完善，不断发展，其技术进步一刻也没有停止过网。计算机领域经历了 一场新的革命，它结合了现代控制技术和图形技术，其目标是随时随地地为人们提供无缝的、高 质量的，易用的和廉价的信息资源，使其能真正进入人们的生活。计算机监控系统的技术水平也 从初辫的模拟信息传输与控制飞速发展到了数字化、网络化信息传输与控制。目前远程监控技术 中国农业大学顿十学位论文第二章水厂信息化现状和发展趋势 的主流是应用i n t e m e t 技术。在代驯m 协议和w w w 规范的支持下，合理组织软件结构。使工 作人员通过访问网络服务器来迅速获取自己权限下的所有信息并及时作出响应将来，嵌入式系 统的发展会越来越迅速，越来越成熟，这项新技术迟早必将用于远程监控系统上，是监控系统未 来发展方向之一。嵌入式监控系统可以使信息实现本地化处理，改善服务器性能，可以使每一个 设备具备上网与服务功能，即每一个设备都可以独立进行服务。从而大大提高监控的质量和范围 1 3 9 | 网络通信技术在测控系统中的应用还渗透到了传感器领域，将网络接口苍片与传感器集成起 来，并把通信协议固化到传感器的r o m 中，导致了网络传感器的产生i 啊网络传感器继承了传 感器的全部功能，并且能够和计算机网络进行通讯，因而在现场总线控制系统中得到了广泛的应 用，成为现场及数字化传感器国外有不少仪器公司已研制出了各种各样的网络传感器国内在 网络传感器方面的研究尚处于原理研究阶段，还没有成型的网络化传感器出现j 2 2 水厂采用管控一体化信息管理机制的必要性 管理控铜一体化系统是永厂谣向生产、经营整个生命周期的管理控制和优化信息的系统它 将企业的市场信息，生产过程中的数据与管理系统有机地连接起来。是管理层合理地利用信息资 源，把庞大的生产过程信息，企业内部管理信息、外部环境信息，快速地分类、统计、分析，为 上层的管理人员提供决策所需的必要信息。把生产过程信息，原料消耗信息、过程产品产量信息， 成品产品产量信息、能源消耗量信息，设备状况信息、原材料供给信息、客户信息、产品需求信 息等科学地分类，提供一个管理层数据库，从而减少人为地把生产层的信息录入到管理层的劳动 量，并减少人为的干预、提高信息置信度，同时把管理层的生产作业调度指令，生产计划、能耗 指标等信息快速的回馈到生产过程的控制层中从而，使企业的各部门之间，各层次之问有效协 调，消除企业的信息孤岛，消除企业各部门之问的信息沟通鸿沟，提高企业的管理运作效率有 效地对生产进行调节，能够使生产层实时地了解上层的决策信息，实现对企业的先进控制、优化 控制。 现今，由于水厂控制系统技术的发展，采用的控制系统技术的不同，导致控制系统中的信息 存储处理方式都不同，这些差剐直接导致了管控一体化的规范性 与控制系统相似，当今的信息管理系统应用领域同样是非常的广泛，但是与控制系统相比， 管理信息系统在企业的作用都比较相似人力资源管理，财务管理、文档处理等等都是作为信息 处理用的田1 但是随着企业信息管理系统开发技术的发展，采用的体系架构的不同，信息管理系 统之问的差别也是非常之大有比较传统的c s 架构的信息系统，有新的n - t i e r 架构的管理信息 系统。有i d h o u s e ( 企业自己开发) 开发的信息管理系统，有直接购买的信息管理系统( 如e r p ， m p r ) 信息管理系统的这种差别，同样导致了企业管控一体化系统实现方案无例可循。 因此，现在没有个适合子所有管控一体化系统实施的通用解决方寨。几乎