近年來(lái)，運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)在許多污水廠得到了廣泛應(yīng)用，我國(guó)的污水廠運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)也取得了很大的進(jìn)展。生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件在提供系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步提供了歷史數(shù)據(jù)曲線的查詢和報(bào)表的生成功能，以滿足行業(yè)監(jiān)管部門對(duì)污水處理廠日常運(yùn)行和數(shù)據(jù)監(jiān)管查詢的需求。它具有運(yùn)行監(jiān)管報(bào)表的生成、瀏覽和打印等功能；可按行業(yè)監(jiān)管要求定期導(dǎo)出關(guān)系型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并上報(bào)給行業(yè)監(jiān)管部門；同時(shí)，可針對(duì)污水處理行業(yè)監(jiān)管需要(能調(diào)閱重要水質(zhì)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)一年的趨勢(shì)曲線)，為COD減排提供有力依據(jù)。
1 開(kāi)發(fā)背景
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，污水處理行業(yè)的自動(dòng)化程度已全面提高。目前，大多數(shù)新建的城市污水處理廠已經(jīng)采用以PLC為控制設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制SCADA(supervisory control and data acquisition)系統(tǒng)。SCADA技術(shù)建立在3C+s(computer、communication、control和sensor)基礎(chǔ)上，自誕生之日起它就與計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)口。
一般的監(jiān)控組態(tài)軟件以生產(chǎn)監(jiān)控為主要目標(biāo)，面向操作人員提供多種監(jiān)控功能，側(cè)重于對(duì)被監(jiān)控對(duì)象的實(shí)時(shí)性能監(jiān)控、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)、報(bào)警以及性能數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，保障被監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行。從監(jiān)管部門的角度出發(fā)，發(fā)現(xiàn)一般的監(jiān)控組態(tài)軟件在數(shù)據(jù)的排列組織和界面的靈活性上都存在一定的缺陷。生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)軟件正是針對(duì)以上不足，從多個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)。
2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)
系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮臉?gòu)架進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括主窗體界面對(duì)象、數(shù)據(jù)庫(kù)連接對(duì)象、數(shù)據(jù)庫(kù)助手對(duì)象、圖表操作庫(kù)、文件操作庫(kù)類、EXCEL操作庫(kù)和曲線組合對(duì)象。
2．1主窗體界面對(duì)象
主窗體界面采用MDI的設(shè)計(jì)模式，提供了用戶多窗體對(duì)象的支持能力。為了便于用戶在多個(gè)窗體之間進(jìn)行快速的切換，界面設(shè)計(jì)使用了tab頁(yè)控件的方式；且tab頁(yè)之間也不是獨(dú)立的，不同的tab頁(yè)面之間可以直接進(jìn)行跳轉(zhuǎn)操作，從用戶的操作習(xí)慣出發(fā)，提供便捷的操作行為支持。
2．2數(shù)據(jù)庫(kù)連接對(duì)象
為了支持多個(gè)不同種類的數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)庫(kù)連接對(duì)象和數(shù)據(jù)庫(kù)連接池管理器。數(shù)據(jù)庫(kù)連接對(duì)象用于表示每個(gè)不同的數(shù)據(jù)庫(kù)連接，連接的數(shù)據(jù)庫(kù)既可以是同一數(shù)據(jù)庫(kù)操作系統(tǒng)下不同名字的數(shù)據(jù)庫(kù)，也可以是不同數(shù)據(jù)庫(kù)操作系統(tǒng)下的數(shù)據(jù)庫(kù)以及支持主流的數(shù)據(jù)庫(kù)，如MS SQL SERVER、Access、Orale等。數(shù)據(jù)庫(kù)連接池管理器則用來(lái)對(duì)多個(gè)不同的數(shù)據(jù)庫(kù)連接進(jìn)行管理，提供用戶對(duì)不同數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)一操作，并提供連接池的能力，加快數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)速度，提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率。
2．3數(shù)據(jù)庫(kù)助手對(duì)象
基于之前的數(shù)據(jù)庫(kù)連接對(duì)象，數(shù)據(jù)庫(kù)助手類提供了各種數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的操作。數(shù)據(jù)庫(kù)操作分為兩種：一種是數(shù)據(jù)查詢和維護(hù)操作，另一種是數(shù)據(jù)庫(kù)自身的備份、恢復(fù)和日志讀取等操作。數(shù)據(jù)庫(kù)助手對(duì)象解決了各種不同數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)之間的差異問(wèn)題，如SQL語(yǔ)句標(biāo)準(zhǔn)和語(yǔ)法之間的區(qū)別和數(shù)據(jù)文件存貯方式與格式上的區(qū)別。這使得在曲線繪制讀取數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)庫(kù)還原時(shí)，無(wú)須考慮所使用的數(shù)據(jù)庫(kù)類型，只要以統(tǒng)一的接口進(jìn)行函數(shù)調(diào)用即可實(shí)現(xiàn)所需的操作。
2．4圖表操作庫(kù)
圖表操作庫(kù)集合了系統(tǒng)中常用的圖表操作，如曲線的增加和刪除、曲線查詢的清除以及曲線列表的更新等；同時(shí)也包括了曲線附加對(duì)象，如標(biāo)注、游標(biāo)等對(duì)象的創(chuàng)建、更新和與曲線之間的綁定操作。圖表操作庫(kù)的使用使系統(tǒng)中重復(fù)代碼段的數(shù)量大大減少，避免了日后系統(tǒng)修改過(guò)程中的重復(fù)操作，大大降低了操作出錯(cuò)的幾率。
2．5文件操作庫(kù)類
文件操作庫(kù)類提供一般的文件和文件夾操作功能，如文件夾的創(chuàng)建和修改、文件的遍歷以及文件的新增、復(fù)制和拷貝操作。
2．6 EXCEL操作庫(kù)
EXCEL操作庫(kù)可以看作是文件操作庫(kù)類的一個(gè)增強(qiáng)型子集。該操作庫(kù)將系統(tǒng)中使用到的數(shù)據(jù)導(dǎo)出為EXCEL文件的操作，并針對(duì)性地編寫EXCEL操作庫(kù)，負(fù)責(zé)完成EXCEL文件的生成、復(fù)制和數(shù)據(jù)填充等功能。EXCEL操作庫(kù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中的OFFICE版本，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)用不同的內(nèi)部函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同版本的EXCEL文件的兼容。
2．7曲線組合對(duì)象
系統(tǒng)中提供了曲線的組合。曲線組合對(duì)象代表了曲線組合中的每一條曲線，包括它所屬的方案、所在縱軸的順序和代表的測(cè)量點(diǎn)組合。曲線組合對(duì)象使系統(tǒng)可以提供清晰的操作界面。
考慮到系統(tǒng)的運(yùn)行效率，系統(tǒng)在進(jìn)行曲線的繪制時(shí)會(huì)根據(jù)所選擇的時(shí)間范圍自動(dòng)調(diào)整所取點(diǎn)的頻率。如當(dāng)用戶選擇的時(shí)間范圍在1～31天之內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)以最高的頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢；當(dāng)用戶所選時(shí)間范圍大于31天但又小于一年時(shí)，系統(tǒng)將以每小時(shí)一個(gè)采集點(diǎn)的頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢，這個(gè)點(diǎn)可以根據(jù)用戶的設(shè)置取平均值、最大值、最小值或者每小時(shí)的第一個(gè)數(shù)據(jù)等；而當(dāng)時(shí)間跨度大于1年時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)以天為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢，同樣也可以根據(jù)用戶的設(shè)置取平均值、最大值、最小值或者每天的第一個(gè)數(shù)據(jù)等。
從繪制曲線的美觀度考慮，針對(duì)每一條曲線的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)判斷其上下限的最大值和最小值，并根據(jù)這兩個(gè)數(shù)值以10％的增幅進(jìn)行曲線縱軸上下限的自動(dòng)調(diào)整。
系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)選擇了．NET平臺(tái)。．NET是Microsoft以Web Services為核心，為用戶、系統(tǒng)及各種設(shè)備提供無(wú)縫連接的一組軟件產(chǎn)品、技術(shù)或服務(wù)。．NET通用語(yǔ)言框架機(jī)制CLR(common language runtime)在同一個(gè)項(xiàng)目中支持不同的語(yǔ)言所開(kāi)發(fā)的組件，所有CLR支持的代碼都會(huì)被解釋成為CLR可執(zhí)行的機(jī)器代碼然后運(yùn)行。Visual Basic、Visual C++都被擴(kuò)展為支持托管代碼機(jī)制的開(kāi)發(fā)環(huán)境口。
數(shù)據(jù)庫(kù)選用Microsoft SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫(kù)操作系統(tǒng)。SQL Server作為微軟在Windows系列平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)，一經(jīng)推出就以其易用性得到了很多用戶的青睞。區(qū)別于Fox_Pro、Access小型數(shù)據(jù)庫(kù)，SQL Server是一個(gè)功能完備的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，它包括支持開(kāi)發(fā)的引擎、標(biāo)準(zhǔn)的SQL語(yǔ)言、擴(kuò)展的特性(如復(fù)制、OLAP、分析)、存儲(chǔ)過(guò)程和觸發(fā)器等特性。
開(kāi)發(fā)平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)選用．NET和Microsoft SQLServer 2000，可以獲得在Windows平臺(tái)下最佳的性能組合。系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境為Windows XP SP2及以上版本操作系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)平臺(tái)選用．NET Framework 2．0 Runtime及以上版本，網(wǎng)絡(luò)配置使用百兆以太網(wǎng)。
3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)
一般的監(jiān)控組態(tài)軟件往往無(wú)法滿足大容量歷史數(shù)據(jù)的查詢需求，且查詢時(shí)間的跨度受到較大限制或查詢等待時(shí)間非常長(zhǎng)，無(wú)法滿足實(shí)際的監(jiān)管需求。針對(duì)以上問(wèn)題，生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用了歷史數(shù)據(jù)帳套的概念，以年為單位對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，用戶可以按時(shí)間段查詢歷史數(shù)據(jù)。針對(duì)查詢結(jié)果，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行一些統(tǒng)計(jì)分析，并可以直接將查詢結(jié)果生成趨勢(shì)圖。
生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的歷史趨勢(shì)曲線控件采用NET封裝，它是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的ActiveX控件。該控件結(jié)合KingView、iFix、Intouch等常用工控組態(tài)軟件的腳本技術(shù)，提供屬性和方法，便于被組態(tài)軟件中的腳本操作。歷史趨勢(shì)曲線控件總體分為兩個(gè)區(qū)：曲線顯示區(qū)和數(shù)據(jù)表格區(qū)，用于提供放大、縮小、開(kāi)始、停止和最大最小平均值的表格顯示選擇、組的選擇以及游標(biāo)的移動(dòng)指示功能。所有方法和屬性均使用組態(tài)時(shí)其他標(biāo)準(zhǔn)控件的事件腳本驅(qū)動(dòng)。
系統(tǒng)不僅能在趨勢(shì)曲線中簡(jiǎn)單地把某一信號(hào)的歷史數(shù)據(jù)繪制出來(lái)，還提供了對(duì)已有曲線進(jìn)行四則運(yùn)算的功能，即可以對(duì)多條曲線進(jìn)行加、減、乘、除的運(yùn)算，彌補(bǔ)了部分組態(tài)軟件歷史趨勢(shì)功能上的不足。系統(tǒng)還提供將多條不同的趨勢(shì)顯示在同一張圖上，如圖1所示，且用戶可以靈活設(shè)置每個(gè)趨勢(shì)縱軸的表現(xiàn)形式，即可以單獨(dú)占據(jù)一定的長(zhǎng)度，也可以和其他趨勢(shì)共用。這樣可以避免多個(gè)數(shù)字范圍差異巨大的趨勢(shì)在一起顯示時(shí)部分趨勢(shì)接近直線的情況發(fā)生。同時(shí)，用戶也可以自定義各種復(fù)雜的趨勢(shì)組合并保存為方案，以便日后查詢；且在繪制趨勢(shì)時(shí)，系統(tǒng)可以根據(jù)趨勢(shì)的實(shí)際數(shù)據(jù)范圍動(dòng)態(tài)調(diào)整縱坐標(biāo)范圍。
圖1 多個(gè)模擬量趨勢(shì)圖
4 歷史趨勢(shì)分析應(yīng)用
上海市某污水處理廠設(shè)計(jì)日處理規(guī)模為50萬(wàn)t，目前實(shí)際日處理水量約為46萬(wàn)t。污水處理生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)軟件在該污水處理廠得到了很好的應(yīng)用。
4．1流量監(jiān)測(cè)
污水廠共三個(gè)流量計(jì)：1#為總進(jìn)水流量計(jì)，2#流量計(jì)表示進(jìn)入生物池處理流量，3#流量計(jì)為出水流量計(jì)。2009年5月20日出現(xiàn)高峰流量，當(dāng)瞬時(shí)流量超過(guò)設(shè)計(jì)值7．5 m3／s時(shí)，進(jìn)水流量超出部分產(chǎn)生溢流。因此，2#流量計(jì)顯示的當(dāng)天流量才是處理流量，3#出水流量計(jì)只對(duì)經(jīng)過(guò)處理的流量進(jìn)行計(jì)量，而1#流量計(jì)與2#流量計(jì)的差值流量是經(jīng)過(guò)預(yù)處理直接排放的流量。
圖2所示分別為2009年5月20日1#進(jìn)水流量計(jì)當(dāng)日流量、2#流量計(jì)曲線圖和3#流量計(jì)曲線圖。
圖2 1#-3#進(jìn)水流量計(jì)流量
當(dāng)進(jìn)水流量長(zhǎng)時(shí)間處于高峰且進(jìn)水濃度大幅度超過(guò)設(shè)計(jì)進(jìn)水濃度時(shí)，會(huì)造成出水水質(zhì)超標(biāo)的潛在威脅，在此情況下，中控室可及時(shí)與上游泵站聯(lián)系，盡量確保進(jìn)水流量穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)進(jìn)水濃度大幅上升時(shí)，可采取加大供氣量和回流量的措施，盡量避免出水水質(zhì)超標(biāo)，并及時(shí)向上級(jí)監(jiān)管部門匯報(bào)，調(diào)查來(lái)水情況，并請(qǐng)環(huán)保部門協(xié)助調(diào)查。
由于整個(gè)污水處理停留時(shí)間有十幾個(gè)小時(shí)，而出水水質(zhì)出現(xiàn)異常具有滯后性，因此，當(dāng)進(jìn)水濃度發(fā)生突變時(shí)，需要中控室及時(shí)掌握進(jìn)水濃度在線儀表的數(shù)據(jù)變化，通過(guò)實(shí)時(shí)報(bào)警系統(tǒng)采取及時(shí)有效的工藝手段，盡可能避免水質(zhì)超標(biāo)的威脅。
4．2設(shè)備運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)
隨著進(jìn)水流量的逐漸下降，生物池液位降低、碳源逐漸下降、生物池溶解氧升高；反之，進(jìn)水流量或進(jìn)水濃度逐漸上升，造成溶解氧下降。這就需要中控室及時(shí)掌握來(lái)水情況，并針對(duì)性地對(duì)工藝進(jìn)行調(diào)整，確保水質(zhì)達(dá)標(biāo)和不必要的能源浪費(fèi)。
鼓風(fēng)機(jī)在設(shè)備檢修或倒閘時(shí)會(huì)暫時(shí)停止運(yùn)行，與此同時(shí)溶解氧也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)變化，相應(yīng)的曲線在歷史趨勢(shì)畫面中可直觀顯示。
5 結(jié)束語(yǔ)
生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器，減輕了PLC控制系統(tǒng)的運(yùn)行壓力，具有很大的靈活性。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，且系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的查詢、對(duì)比和分析，為日常生產(chǎn)運(yùn)行提供了決策依據(jù)；同時(shí)，系統(tǒng)所獲得的運(yùn)行數(shù)據(jù)趨勢(shì)曲線滿足污水處理行業(yè)的監(jiān)管需要，為COD減排提供了有力依據(jù)。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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本文標(biāo)題：生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在污水處理行業(yè)中的應(yīng)用
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