将全厂要采集的数据集中到三个数据采集站点：位于加药间的1#PLC为一号数据采集站点，负责采集加药间、消毒间、进水口以及厂区外的一个增压泵站和三个测压站的数据；位于消毒间附近的2#PLC为二号数据采集站点，负责采集平流沉淀池、滤池以及排污池的数据；位于二泵房的3#PLC为三号数据采集站点，负责采集二泵房、配电房的数据和出厂水的水质参数。这些数据被采集到PLC站点后，经过一定的滤波处理通过网络传到位于加药间的作为数据服务器的PC机上，这台安装有工业组态软件的PC机是24小时连续运行的，除了能实时显示水厂数据外，最重要的功能是将采集来的数据和报警信息等进行存储，形成数据库。位于水厂办公楼的其他多台安装组态软件的PC机作为系统中的客户端，也运行上述组态软件，既可以实时查看水厂全部生产数据，也可以查看服务器上的历史数据，以指挥生产和调度。
2 下位机的设计
    下位机数据采集站点使用Quantum系列PLC，在多台PC机和三台PLC数据采集站点之间使用光纤工业以太网来进行数据的传输，具有较高的传输速度及较好的可靠性和实时性，它比一般的DCS系统更容易实现和扩展；比现场总线技术有更好的传输速率，而且利用普通PC机的网卡，降低了成本。
    本系统中要采集的数据量比较多，在数字量方面，主要监控水厂中各类电机、抽水泵（如进/出水水泵、加药间提升泵、计量泵）和各类阀门的运行状态等，在获取这些数字量时，适当进行信号隔离；在模拟量方面，使用优质探头式液位变送器监测平流沉淀池、清水池、滤池等的液位，使用超声波液位计监测原药池等具有腐蚀性液体的液位，在对水质参数如余氯值、水浊度等监测时，使用具有网络通讯功能的智能水质监测仪表。各类变送器和水质仪表的输出信号为4mA～20mA的电流信号，它直接通过屏蔽电缆进入最近的PLC数据采集站，并通过PLC程序的软件滤波技术进行滤波，获得精确可靠的数值上传到服务器中显示和保存。
    在传输介质方面，由于服务器所在的加药间距离办公楼和二泵房等站点较远，双绞网线的传输距离无法达到；且厂区开阔,夏季多有雷雨，为此使用衰减小、抗干扰性强的光纤来进行传输，这样数据就有了一个高速、可靠的传输通道。
    由于厂区外的增压泵站和多个测压站距离水厂较远，所以选用数传电台" title="数传电台">数传电台进行无线传输，将传来的数据传入1#PLC数据采集站点，由此并入工业以太网系统。以数传电台为基础的无线传输系统的结构如图2所示。

    在厂外增压泵站和测压站的现场使用施奈德的Twido系列PLC进行数据采集，然后通过RS485总线将数据经由数传电台传出去。位于厂区内的数传电台作为主站，主要负责接收厂区外的几个数传电台的数据，它采用轮询方式与几个作为从站的数传电台进行通讯，取得所需要的数据，再经由485总线将数据导入Quantum PLC并进入到工业以太网当中。
3 上位机的设计
    上位机的主要工作是创建良好的人机界面，实现数据的显示、存储和传输等功能，并要求有一定的组网功能。目前最流行的人机界面产品就是标准工业组态软件。
    工业组态软件是一种集数据采集与过程控制为一体的专用软件，它能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。目前国内广泛使用的工业组态软件有以INTOUCH、IFIX为代表的进口高端产品和以MCGS力控软件和组态王为代表的在国内工控界比较有影响的民族品牌。国产组态软件同样提供了资源管理器式的操作主界面，具有丰富的图形、图表功能和很强的网络功能，由于具有卓越的性能，也被国外的厂商所采用。
    标准组态软件的网络结构通常是一种柔性结构，用户可以根据系统需要设立专门的I/O服务器、历史数据服务器、报警服务器、登录服务器和WEB服务器等。它完全基于网络的概念，是一种真正的客户/服务器模式，支持分布式历史数据库和分布式报警系统，可运行在基于TCP/IP网络协议的网上，使用户能够实现上、下位机互连以及更高层次的厂级连网。
    本设计上位机中的网络结构如图3所示。

    从图4可以清晰地观察到模拟量数据的实时变化，并伴有动态显示。数字量数据如提升泵、计量泵的运行状态由泵身的颜色变化来显示。另外管道里的水流情况也可以动态显示，例如1#提升泵运行，则相应的水管里会出现药液的流动情况。
    系统中对个别的数据或画面采取了保护措施，在系统中设置两级管理员模式，对它们设置不同的管理权限，只有最高级别的管理员才可以查看这些重要的数据或画面，管理员可以通过画面右下方的按钮进行登陆或者退出，管理员的密码也可以进行设置和更改，充分保证了数据的安全性。
    该系统的另外一个特点就是可以实时监测全厂设备的运行情况。如果设备出现故障，不但画面上设备本身会变成黄色并且闪动，而且画面上方的报警灯也会闪烁，之后还会有一黄色条幅出现，告诉值班人员出现故障的设备，并且开始播放报警音乐，同时这些故障的数据也会存入到专门的ACCESS数据库中，供其他人员查阅。
    系统中还加入了历史数据的查询功能，它通过表格和曲线图两种方式实现。系统不但能实时显示当日从0时以来的所有数据，还可以根据需要查询系统运行以来任何一天的数据并自动生成日报表，供工作人员查阅、打印。 
    自系统投入使用以来，各数据采集站点的设备均运行正常，上位机二次开发的应用软件以其美观、清晰、直观的操作界面受到用户的好评。数据的采集、传输和保存有很好的完整性。提高了水厂的自动化和信息化水平，大大减轻了水厂工人的劳动强度。
    本设计充分满足了用户水厂的监控要求，搭建了很好的自动化监控平台；该系统中应用的组态软件和工业以太网技术从根本上提升了自动控制系统的性能，而且表现出更好的传输效率和可靠性；以其积木式柔性结构的网络特点为集散控制系统在水厂自动化改造中的成功应用提供了范例，也可以作为一种通用的技术推广到电力、石化、钢铁等行业中去。
参考文献
[1]  施奈德电气公司. Quantum用户手册.
[2]  余晔，王仲东，黄剑. RS485总线在微机监控系统中的应用[J]. 武汉理工大学学报, 2003,25(1):69-72.
[3]  冯冬琴，金建祥，诸健. “工业以太网及其应用”技术讲座[J].自动化仪表, 2003,24(5):67-70.
[4]  邱伟民.基于工业以太网的自控系统应用.有色冶金设计与研究, 2005,26(1):62-65.