林礼辉

摘 要：随着科学技术的快速发展，近年来我国各领域的自动化系统规模均呈现不断扩大化趋势，这就对上位监控系统提出了更高要求，基于此，文章选择了某地日处理高达100万m3的大型污水处理控制系统作为研究对象，并详细论述了基于FactoryTalk组态软件的污水处理上位监控系统构架设计、分布式监控系统通信设计、数据库服务器设计、上位监控系统组态设计，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。

关键词：FactoryTalk组态软件；工程项目；污水处理

中图分类号：X703 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）21-0089-02

Abstract： With the rapid development of science and technology， in recent years， the scale of automation system in various fields of our country has been continuously expanding， which puts forward higher requirements for the upper monitoring system， based on this， In this paper， a large scale sewage treatment control system with daily treatment of up to 1 million m3 is selected as the research object. The architecture design of upper monitoring system for wastewater treatment based on FactoryTalk configuration software， the communication design of distributed monitoring system， the design of database server and the configuration design of upper monitoring system are discussed in detail， in the hope that this can bring some inspiration to the relevant industry.

Keywords： FactoryTalk configuration software； engineering projects； sewage treatment

前言

作为应用广泛的控制系统通用上位监控开发平台，FactoryTalk组态软件具备报表组态、窗口显示画面组态、I/O组态、报警组态等多项组态功能，这些功能可较好服务于监控系统的实时数据存储、图形显示、设备报警、数据处理、数据采集等功能，而为了最大化发挥FactoryTalk组态软件效用，正是本文围绕FactoryTalk组态软件在工程项目上的设计与实现开展具体研究的原因所在。

1 污水处理上位监控系统构架设计

1.1 方案提出

研究对象大型污水处理控制系统由18个PLC主站、53个PLC从站、899台使用设备（包括外回流泵、反洗风机、流量计、氨氮仪等）、345个仪表（包括氨氮仪、液位计、流量计、污泥浓度计等）组成，整个系统PLC层的上行数据高达10000多个点、监控层下行数据则高达6000多个点。结合大型污水处理控制系统实际，采用了分布式应用程序结构模式，考虑到组态平台必须支持分布式应用程序，选择了Factory Talk View Site Edition 集成软件包作为上位组态平台，该软件包主要由Factory Talk View Studio、Factory Talk Directory、Factory Talk Historian Site Edition等内容组成[1]。

1.2 总体设计

图1为系统网络结构图，整个污水处理控制系统由管理层、监控层、控制层、设备层组成，其中监控层采用了分布式应用程序结构，客户端监控、应用程序开发、WEB发布、数据采集处理及存储等所有监控任务将分配给不同计算机，中央服务器、中央冗余服务器、数据库服务器、总工程师站、Web服务器、操作站将较好满足监控层需要。

2 分布式监控系统通信设计

2.1 总体设计

采用了以太网技术实现所有通信的数据交换，由此监控层工作站、服务器得以实现一体化，其中中央服务器负责控制层实时数据的采集，中央服务器负责发布动态画面至各操作站，数据服务器负责存储中央服务器所需数据并提供查询服务。

2.2 具体设计

考虑到研究方向，本文主要就上位监控层间、上位监控层与控制层间、中央服务器冗余通信进行设计，具体设计如下所示：（1）上位监控层与控制层间通信设计。考虑到PLC控制系统（罗克韦尔公司）、第三方控制系统共同组成了控制层，通信设计也需要围绕二者分别开展，前者需应用Ethernet/IP协议并进行数据接口的设置，由此动态画面、报警、曲线等通信需求将通过communication setup 通信编辑器、RSlinx Enterprise数据服务器实现高质量传递。（2）上位监控层间通信设计。通过Factory Talk Directory目录服务器实现数据共享，为保证数据服务器、工程师站等监控层组成配合协调完成监控任务，需在数据服务器安装目录服务器，并在工程师站、WEB发布站等监控层组成中安装目录服务器位置指定工具。（3）中央服務器冗余通信实现。由于FactoryTalk组态软件提供了内置热冗余，因此只需要一定配置即可满足中央服务器冗余通信需要，具体配置流程可描述为：“在备份计算机安装所需软件→复制组态文件至备份计算机→拷贝主服务工程目录工程文件至备份机相同目录→复制数据服务器组态文件至备份计算机→通过组态软件设置服务器属性→制定冗余数据服务器所在计算机名称”，由此即可满足中央服务器冗余通信实现需要[2]。

3 数据库服务器设计

3.1 选型

研究对象大型污水处理控制系统由实时数据与历史数据组成，其中实时数据主要包括趋势曲线、画面动画显示、设备报警数据源泉等处于实时更新状态的内容，而历史数据则包括现场存储和处理需长久保存的数据，主要包括检测仪表数据、特定情况数据点（报警信息、设备操作信息等）。结合数据类型，选择了FactoryTalk组态软件自带的SE实时数据库与Factory Talk Historian SE数据管理平台，前者主要作为系统中央服务器处理数据的临时缓冲区，后者则属于典型的PI历史数据库。值得注意的是，为较好存储特定情况数据点，引入了SQL数据库，由此可实现数据库服务器性价比的提升，图2为各个数据库间的数据交互框图，由此可直观了解数据库服务器设计思路。

3.2 通信实现

上文监控系统中的数据库通信实现主要围绕SE实时数据库与SQL数据库、SE实时数据库与PI历史数据库展开，具体思路如下所示：（1）SE实时数据库与SQL数据库。采用ODBC链接，通信程序编写流程为：“开始→初始化→与SQL数据库建立连接→设置数据记录格式→数据记录→关闭SQL连接并释放空间→数据记录→结束”。（2）SE实时数据库与PI历史数据库。考虑到SE实时数据库拥有数据选择权，因此采用Factory Talk Administration Console负责SE实时数据库与底层设备通信。

4 上位监控系统组态设计

4.1 设计过程分析

组态设计过程伴随着监控功能实现进行，如研究对象大型污水处理控制系统1号二沉池的组态设计流程可以描述为：“新建工程→标签建立→通信设置→图形显示画面设计”，具体设计内容如下所示：（1）新建工程。在完成组件安装于授权后，即可围绕SE分布式网络结构进行分布式监控程序的建立。（2）标签建立。标签属于现场每个设备的代号，因此需结合实际进行数字量标签、模拟量标签的构建，具体构建需使用标签编辑器。值得注意的是，考虑到研究对象大型污水处理控制系统数据量较为庞大，采用了标签导入工具及编辑器快捷创建标签。（3）通信设置。为实现实时监控，需要将现场设备与监控系统中图形设备进行连接，具体连接流程为：“建立标签与底层设备之间通信→创建两种类型数据服务→使用标签编辑器进行连接标签与现场设备→连接图形对象与标签”，由此即可满足组态设计需要。（4）图形显示画面设计。需采用Graphic Display图形显示编辑器、组态中建立的图形对象更好实现标签与现场设备、图形画面与标签之间的连接[3]。

4.2 上位监控系统画面设计及功能实现

上位监控画面数量繁多，监控画面结构设计、趋势图设计、设备操作记录与查询设计、报警功能系统设计均需要得到关注，如画面结构设计主要包括总效果图分成的功能画面和工艺区段，功能画面可细分为参数设置、网络拓扑、报警信息等内容，而工艺区段则能够分为进水配水井、二沉池、污泥脱水间等内容，由此开展针对性设计即可更好满足系统需要。

4.3 上位监控系统调试

需开展通信测试、服务器冗余测试、报警测试、趋势曲线测试，由此可保证FactoryTalk组态软件更好服务于工程项目。

5 结束语

综上所述，FactoryTalk组态软件能够较好服务于工程项目，而在此基础上，本文结合某地大型污水处理控制系统开展的上位监控层与控制层间通信设计、中央服务器冗余通信实现、SE实时数据库与SQL数据库通信设计等内容，则为FactoryTalk组态软件的应用提供了借鉴价值较高的路径建议，而设法实现手机移动监控、远距离设备控制则是笔者的下一步研究方向。

参考文献：

[1]卓盛杰，王博强.Factory Talk View SE中实现Access数据库记录与查询[J].橡塑技术与装备，2015，4117：44-47.

[2]唐宁.基于Factory Talk View SE的高架庫输送系统监控程序设计[J].电子技术与软件工程，2018，07：50.

[3]刘曰木.ABPLC及Factory Talk View SE在郭家湾选煤厂的应

用[J].工业仪表与自动化装置，2016，06：38-41+94.