【摘 要：】城市水工業(yè)是一個傳統(tǒng)的基礎(chǔ)企業(yè)，自動化控制系統(tǒng)發(fā)展太慢，跟不上我國其他行業(yè)。21世紀(jì)是數(shù)字化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化時代。隨著IT技術(shù)、高端計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬技術(shù)、嵌入式技術(shù)以及各種高端的先進(jìn)控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，只有創(chuàng)建最現(xiàn)代化最科學(xué)的自動化控制技術(shù)，才能建造經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的新型水企業(yè)。 【關(guān)鍵詞：】信息控制一體化 實(shí)用以太網(wǎng) 虛擬技術(shù) 嵌入技術(shù) 現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 【Abstract:】 City water industry is a traditional technical business. Its automation control system develops slowly and can not follow the pace of other industry. 21st century is a century that is digitalized, informational and network connected. With the great leap of hi-class computer technology, virtual technology embedded technology and all kinds of advanced control technique, to establish the most modernized and scientific automation control technology can help to construct new water enterprises of continuous economic benefit. 【Key words:】 Information control of integration Practical Ethernet Virtual technology Embedded technology Field network technology 1 水工業(yè)自動化面臨新的挑戰(zhàn) 城市上下水處理，工礦企業(yè)污水處理，城市樓群二次供水，上水水質(zhì)深度處理，城市中水處理，江河湖泊的環(huán)保治理，是城鎮(zhèn)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)。這些工程規(guī)模越來越大，系統(tǒng)越來越繁雜，大大小小泵站越來越多，上下水及中水管網(wǎng)像蜘蛛網(wǎng)一樣遍布城鄉(xiāng)的每個角落。隨著“十一五”規(guī)劃的實(shí)施，城建缺水將更加嚴(yán)重，水的資源將更加窮泛，城市污染將更加危害。國務(wù)院撥出巨資規(guī)劃許多南水北調(diào)項(xiàng)目，對嚴(yán)重缺水的北方城鎮(zhèn)來說，也只是車水之薪。據(jù)統(tǒng)計(jì)和預(yù)測：全國城市缺水2×108m3/d，污水排放量是6×108m3/d，工業(yè)廢水猛增到2×108m3/d。國務(wù)院撥巨款，每年新建擴(kuò)建上水工程600×104m3/d，污水工程700×104m3/d。 40多年來，作者參加了幾十項(xiàng)大中小型的給水排水處理工程中電氣與自控方面的設(shè)計(jì)任務(wù)；承擔(dān)過北京和深圳等大城市供水調(diào)度系統(tǒng)和源水調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)。作者認(rèn)真研究了國內(nèi)外近十年來典型的自動控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)例，我國水企業(yè)的自動化水平比國內(nèi)其他行業(yè)要落后10年左右。我國各行業(yè)的自動化水平發(fā)展也太慢。特別是水行業(yè)各系統(tǒng)水處理工程，購買了許多昂貴的水質(zhì)分析儀器儀表，引進(jìn)了許多好的技術(shù)，也走過了不少彎路。在新形勢下，如何使這個傳統(tǒng)的基礎(chǔ)企業(yè)在經(jīng)濟(jì)全球化的環(huán)境中有一個立足之地？水工業(yè)綜合自動化的核心技術(shù)是什么？建立什么樣的自動控制系統(tǒng)？是擺在我們所有投身水行業(yè)的科技工作者面前的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。 2 現(xiàn)代化水工業(yè)對自動化控制系統(tǒng)的要求 2.1現(xiàn)代化水工業(yè)發(fā)展的特征和基因要素 各大城市各工礦企業(yè)要做的給水排水或污水處理項(xiàng)目，不管實(shí)際情況有千差萬別的地方，但是，對一個現(xiàn)代化的水企業(yè)，都有一個共同的特征：生產(chǎn)模式要柔性化，去適應(yīng)當(dāng)今市場的各種需求；供需能力國際化，不斷地節(jié)省成本，縮短市場的供應(yīng)期；產(chǎn)量研發(fā)快速化，盡快適應(yīng)水量周期日益縮短的趨勢；競爭優(yōu)勢聯(lián)盟化，最大限度滿足客戶的要求。 在激烈競爭的世界經(jīng)濟(jì)環(huán)境中，水企業(yè)要不斷地取得競爭的優(yōu)勢，不僅在信息化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的工廠策略方面，要以本企業(yè)的經(jīng)營策略快速高效的高度融合，都必須具備三方面的“基因要素”：極強(qiáng)的應(yīng)變能力；極強(qiáng)的應(yīng)變速度；極強(qiáng)的求知力度。 2.2 現(xiàn)代化水工業(yè)對自動化控制系統(tǒng)的要求 總結(jié)國內(nèi)外成功與失敗的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，就清楚的知道，像國外一些水務(wù)集團(tuán)和國內(nèi)一些水務(wù)集團(tuán)（如深圳）能越做越強(qiáng)，收購國內(nèi)其他瀕臨破產(chǎn)的水務(wù)公司，就是在三個“基因要素”方面做得好些。對三個“基因要素”進(jìn)行深刻的剖析，一個立于不敗之地的水企業(yè)對現(xiàn)代自動化系統(tǒng)的要求如下： 2.2.1要有極強(qiáng)的應(yīng)變能力 一個現(xiàn)代化的水企業(yè)，必須強(qiáng)化對變化的洞察能力，對經(jīng)營模式的重構(gòu)能力，控制系統(tǒng)要支持各工藝流程中核心技術(shù)的形成能力；系統(tǒng)要支持對風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對能力。 2.2.2 要有極強(qiáng)的應(yīng)變速度 一個現(xiàn)代化的水企業(yè)，對陳舊落后的工藝和設(shè)備要盡快革新，經(jīng)營模式改變了，就要創(chuàng)新，具有對變化相應(yīng)的快速性；對一些沒有通信功能的老掉牙的監(jiān)測儀器和變送器、傳感器、執(zhí)行器要盡快更新。使傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息快速整合性；對一些過了時的控制設(shè)備，要加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場狀態(tài)能在線及時把握的快速性；對水質(zhì)或一些突然事件發(fā)生巨大變化時，系統(tǒng)對異常情況的對策要有快速性。 2.2.3 要有極強(qiáng)的求知力度 經(jīng)濟(jì)全球化后，市場競爭是非常激烈的，那種安于現(xiàn)狀，對市場變化毫不知情，對供應(yīng)鏈知識一無所有，就會被動挨打。現(xiàn)代化的自動控制系統(tǒng)，要支持市場競爭的決策力；系統(tǒng)要增強(qiáng)數(shù)據(jù)與信息資源的應(yīng)用能力；系統(tǒng)要增強(qiáng)數(shù)據(jù)資源的提煉能力；系統(tǒng)要增強(qiáng)成熟知識的模型轉(zhuǎn)化能力。 十年前的所有水處理企業(yè)，不用談了，就是十年來新建擴(kuò)建的水處理企業(yè)，雖然在某些方面取得了進(jìn)展和實(shí)效，但是要真正達(dá)到上面的三個“基因要素”，只是萬里長征走完了第一步。一個現(xiàn)代化水企業(yè)對監(jiān)控系統(tǒng)的特性和要求，歸根結(jié)底還是要在企業(yè)現(xiàn)場，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取上下功夫，使創(chuàng)建的新系統(tǒng)，能覆蓋本企業(yè)網(wǎng)內(nèi)外及最低層的生產(chǎn)活動面上，而且要速度快、精度高，工序流程在網(wǎng)上極好的整合，系統(tǒng)控制要穩(wěn)定、實(shí)用和可靠。 3 只有科學(xué)的信息控制一體化，才能創(chuàng)建有持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代化水企業(yè) 3.1 我國水工業(yè)自動化現(xiàn)狀分析 與其他系統(tǒng)企業(yè)相比，傳統(tǒng)的中國水企業(yè)自動化水平要落后十年左右。上世紀(jì)八十年之前的水企業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)以分立元件為主，各種水質(zhì)分析儀表、加藥系統(tǒng)、水位、溫度、壓力、流量以及供配電系統(tǒng)各種參數(shù)監(jiān)測的變送器、傳感器、執(zhí)行器、紙質(zhì)記錄儀等，笨重粗大、功能低下，當(dāng)時價(jià)格非常昂貴，監(jiān)控中心只能是個別參數(shù)的顯示。 上世紀(jì)90年代之后，水企業(yè)工程中，先后設(shè)置了PID調(diào)節(jié)、比值、前饋、后饋、FCS、DCS和最初的以太網(wǎng)技術(shù)，經(jīng)歷了幾次重大的變革，自動化水平有了較大的提高。但是，成千上萬件的現(xiàn)場設(shè)備還是處在“孤島”狀態(tài)，獨(dú)立于自動化系統(tǒng)之外，瓶頸問題到處存在，上面管理決策部門對各水廠車間的工藝流程的生產(chǎn)狀態(tài)不能在線獲取。供應(yīng)鏈營銷服務(wù)、管網(wǎng)監(jiān)測都在脫節(jié)狀態(tài)下生存。 最近五年來，許多大城市水企業(yè)，構(gòu)建了PLC及FCS現(xiàn)場總線系統(tǒng)，特別上了許多工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但數(shù)據(jù)不全，傳上來的一些數(shù)據(jù)也不能共享。利用率極為低下。嚴(yán)格來講，不能算作自動化系統(tǒng)。更不用說，許多沒有搞自動化建設(shè)的水企業(yè)了。許多工程設(shè)計(jì)的工業(yè)以太網(wǎng)＋TCP/IP協(xié)議的監(jiān)控系統(tǒng)，絕大多數(shù)在ISO/OSI七層通訊模型中的物理層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)連絡(luò)層。現(xiàn)場車間中用的PLC控制器為主，即在應(yīng)用層和表示層、會話層中用的很少?？v向和橫向的各種數(shù)據(jù)還是沒有整合。 3.2 現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)用FCS還是用實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)的比較 眾所周知，F(xiàn)CS現(xiàn)場控制總線是專門按照現(xiàn)場通訊的要求來開發(fā)的，基本滿足現(xiàn)場信息傳輸?shù)膶?shí)時性要求，使用方便、診斷功能強(qiáng)，比DCS系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)和自動化、數(shù)字化，開放性是它的最大的亮點(diǎn)。但是，F(xiàn)CS現(xiàn)場總線不能完成大數(shù)量的數(shù)據(jù)傳輸，較多采用主/從控制方式，不容易實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)傳輸要求，各大廠家開發(fā)的軟件技術(shù)并不兼容，無法實(shí)現(xiàn)總線并構(gòu)，它們變成一個又一個的“孤島”，使“不明就里”的廣大用戶吃盡了苦頭。 今天，實(shí)時的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在水行業(yè)中也得到了最廣泛的應(yīng)用，它的多主站、通用性、可以同時采用不同速率來傳輸大數(shù)量數(shù)據(jù)信息正好補(bǔ)充了各種FCS現(xiàn)場總線的不足?；旧蠞M足了水工業(yè)系統(tǒng)各企業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)管理與OFFICE系統(tǒng)通訊的要求。 3.3 水工業(yè)的現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)必須采用實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng) 實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)比過去常用的12種FCS現(xiàn)場總線，除了上面提到的以外，還具有一系列的優(yōu)勢。 （1）采用公認(rèn)TCP/IP通訊協(xié)議，現(xiàn)場層就極易與Internet連接，實(shí)現(xiàn)各公司與眾多現(xiàn)場層流程控制的無縫鏈接。價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠，通訊速率高、軟硬件產(chǎn)品豐富，支持技術(shù)非常成熟，是工藝系統(tǒng)最受歡迎的通訊網(wǎng)絡(luò)。 （2）隨著快速以太網(wǎng)和變換式以太網(wǎng)的迅猛發(fā)展，基本上解決了初期工業(yè)以太網(wǎng)的確定性問題，其通訊速率一再提高，從10Mb/s, 100 Mb/s增加到今天的1000Mb/s, 10 Gb/s。這是FCS系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢，在數(shù)據(jù)吞吐量相同的情況下，意味著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的大幅減輕，網(wǎng)絡(luò)碰撞的幾率大大降低，提高了網(wǎng)絡(luò)的確定性。 （3）采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，功能強(qiáng)大的交換機(jī)可將網(wǎng)絡(luò)細(xì)分為若干個網(wǎng)段。交換機(jī)之間，通過主干網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。交換機(jī)可對網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行過濾處理，使每個網(wǎng)段內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的傳輸只限制在本地網(wǎng)段內(nèi)進(jìn)行而不需要經(jīng)過主干網(wǎng)。使本地?cái)?shù)據(jù)傳輸不占其它網(wǎng)段的帶寬，從而，大大降低了所有網(wǎng)段和主干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。 （4）其中一對線專門發(fā)送數(shù)據(jù)，另一對線專門接收數(shù)據(jù)，這樣的交換式全雙工的實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)就消除了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上碰撞的問題，使Ethernet通訊的確實(shí)性和實(shí)時性又大大提高了一步。 （5）實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展的潛力巨大。監(jiān)控主站計(jì)算機(jī)，通過Internet能實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)GIS地理監(jiān)控系統(tǒng)及眾多遠(yuǎn)程的取水泵站，取水頭部的I/O接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)無縫連接，可在主站中心或任何網(wǎng)上鏈接的其他地方，進(jìn)行修改整合或監(jiān)控管理。 3.4 盡量采用嵌入式技術(shù) 采用嵌入式技術(shù)，將過去的FCS、DCS、PLC、GIS、OAS辦公自動化系統(tǒng)，所有現(xiàn)場測控系統(tǒng)及主工藝流程所應(yīng)用的先進(jìn)控制技術(shù)（如未來量軟測、模糊神經(jīng)技術(shù)在線監(jiān)控的加藥系統(tǒng)，污水生物廢氣處理的人工智能仿真閉環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)等等）都納入到“Internet+RTE+TCP/IP協(xié)議”為主要模式的信息控制一體化系統(tǒng)中去。 眾所周知，嵌入式技術(shù)將成為21世紀(jì)發(fā)展最快的IT產(chǎn)業(yè)。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以高端的計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可以任意裁剪；適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功能有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。也可以說是：嵌入到對象體系中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用來實(shí)現(xiàn)主站監(jiān)控系統(tǒng)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。 下一代的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，嵌入式設(shè)備將大大增加，約占70％左右，并與Internet聯(lián)網(wǎng)。專家們預(yù)測，到2010年是嵌入式Internet時代，這一時代將會產(chǎn)生比PC時代多成百上千倍的瘦服務(wù)器，能在Internet網(wǎng)上，自動、實(shí)時、方便、簡單地提供網(wǎng)上任何需要的這些信息的對象。嵌入式系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)水工業(yè)信息控制一體化的不可分割的一部分。 一個城市的水務(wù)集團(tuán)公司，只有充分采用嵌入式系統(tǒng)，徹底改造過去的傳統(tǒng)儀器儀表，徹底改造一切與信息控制一體化不相配套的變送器、傳感器、執(zhí)行器、閥門、機(jī)電產(chǎn)品，將Internet功能和Ethernet功能嵌入到過去構(gòu)建的各種現(xiàn)場控制系統(tǒng)（FCS）、PLC系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)或初期的工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備中去，才能真正實(shí)現(xiàn)全公司系統(tǒng)的信息控制一體化的監(jiān)控目的。 3.5 符合信息控制一體化的實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)（Real Time Ethernet, 簡稱RTE） 水工業(yè)工程設(shè)計(jì)者，在新建和擴(kuò)建的水處理工程中，再不能采用FCS現(xiàn)場總線了，必須用實(shí)時的工業(yè)以太網(wǎng)來構(gòu)建監(jiān)控中心和各個站級的控制網(wǎng)絡(luò)了，當(dāng)今水世界，在設(shè)備層大多采用PLC可編程控制器，各水處理的廠站級和同級監(jiān)控中心基本上都用實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)（RTE）+TCP/IP協(xié)議+Internet組建網(wǎng)站。 目前水工業(yè)自動化控制系統(tǒng)越來越復(fù)雜。對一個大的水處理工程，過去的DCS系統(tǒng)、現(xiàn)場總線上各現(xiàn)場單元采用的PLC系統(tǒng)以及用于閉環(huán)控制的MC系統(tǒng)，它們的鏈接，要求高速化、緊密化，整個系統(tǒng)有更多的獨(dú)立的分散式控制功能器組成，數(shù)量巨大的傳感器、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、變速器、儀器儀表要求虛擬化、微型化、數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。但是，過去這些工業(yè)PC、OPC和以太網(wǎng)技術(shù)，只要被鑲嵌在傳統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中去，也只能對系統(tǒng)作些邊緣性的提高，所有PLC等控制器還是孤島獨(dú)立地控制，只管束獨(dú)立的數(shù)據(jù)。 目前世界流行的六種實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，打破了過去傳統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的堅(jiān)冰，為真正科學(xué)的信息控制系統(tǒng)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。 目前流行的實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)：EtherCAT、Ethernet Powerlink、EPA、PROFINET 、MODBUS-IDA和Ethernet/IP等，為了提高網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時性能，這些廠家做了大量的研發(fā)工作，實(shí)時響應(yīng)時間，都可以作到5～10ms或更低，與過去專門為工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備通訊設(shè)計(jì)的FCS現(xiàn)場總線差不多，甚至更快，基本上滿足了水工業(yè)處理流程的需要，但是對于加藥系統(tǒng)精度響應(yīng)時間的運(yùn)動控制系統(tǒng)，最好是近百個節(jié)點(diǎn)控制響應(yīng)時間小于1ms左右，而抖動誤差要小于1µs左右。這六種實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)，各自有它們研究專利技術(shù)。但是，對廣大工程設(shè)計(jì)科技人員來說，還是希望有一個比較實(shí)用的公共標(biāo)準(zhǔn)，再不要像現(xiàn)場總線（FCS）那樣，在實(shí)際應(yīng)用中不知所措。 我們希望有這樣的實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)：對整個監(jiān)控系統(tǒng)來講，要有一個大家共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)化編程語言系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)平臺；在這個開發(fā)平臺上，只需要一個公共的變量定義和一個存放所有參數(shù)和控制功能的中央數(shù)據(jù)庫。這種標(biāo)準(zhǔn)的軟件編程技術(shù)，能同時開發(fā)多主站和多終端的所有設(shè)備，也能同時調(diào)試和安裝參數(shù)眾多的機(jī)械設(shè)備，特別是現(xiàn)場的PLC可編程控制器；它應(yīng)該是DCS、FCS、IPC、CNC、GIS、OAS、PLC、MC、SCADA系統(tǒng)的編程的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；這種開放的模塊式結(jié)構(gòu)應(yīng)面向所有工業(yè)的現(xiàn)場應(yīng)用，從現(xiàn)場機(jī)械設(shè)備一直到整個系統(tǒng)的所有設(shè)備；這種開發(fā)平臺，即可以是基于PLC的硬件平臺，也可以是基于PC的軟件平臺。用戶是上帝，希望廣大實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)的廠商，盡快研究出具有上述要求的更簡單實(shí)用的新平臺。 4 現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)信息控制一體化的必要條件 從小系統(tǒng)到大系統(tǒng)，從單一的水廠到大城市水務(wù)集團(tuán)眾多水處理工程與管網(wǎng)技術(shù)信息集中監(jiān)控的設(shè)計(jì)中又是關(guān)聯(lián)整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系，涉及到整個系統(tǒng)的全局性和根本性的問題。特別是眾多分散的廠站級現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，像人的四肢的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它是源頭。 4.1 好的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)為構(gòu)建新型的信息控制系統(tǒng)創(chuàng)造了條件 新型實(shí)用的工業(yè)以太網(wǎng)，可以使網(wǎng)絡(luò)延伸到自動化系統(tǒng)的最低層——各種水質(zhì)儀器儀表和現(xiàn)場設(shè)備，不僅能橫向整合現(xiàn)場信息資源，做到快速響應(yīng)，也能縱向整合現(xiàn)場信息與企業(yè)管理信息，建立全局性的自動化系統(tǒng)，以達(dá)到準(zhǔn)確診斷、及時調(diào)控、快速維護(hù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控、管理服務(wù)。就可以滿足企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層的運(yùn)籌決策，能做到及時參與全球化的競爭要求。 4.2 好的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)為創(chuàng)造全數(shù)字化的開放的信息控制一體化系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ) 一個好的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可以快速和科學(xué)的使基礎(chǔ)數(shù)據(jù)構(gòu)成有序的數(shù)據(jù)集合，形成對本企業(yè)運(yùn)營全面完整的精確的描述。在上一級的監(jiān)控中心，可準(zhǔn)確的集成主工藝流程中各種先進(jìn)控制技術(shù)專用的數(shù)據(jù)集合的在線應(yīng)用，達(dá)到數(shù)字化實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高精度，高閉環(huán)調(diào)控的目標(biāo)。 過去，各大城市的給排水的工藝電氣自動化專家們，利用貸款和政策的巨資支持，引進(jìn)了許多高精度的水質(zhì)分析儀器儀表，配置了昂貴的工控機(jī)、多功能的數(shù)據(jù)庫、大型的顯示盤，也采用了GIS管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，用水量預(yù)測，投藥量閉環(huán)控制，溶解氧控制、污水處理的PBF人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，污水處理中SBR工業(yè)流程的模糊控制技術(shù)等的軟件和硬件的系統(tǒng)配置，其功能收效甚微，沒有真正發(fā)揮其高精尖測控儀表的作用：就是因?yàn)闆]有一個完全開放的好的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)。 生產(chǎn)過程控制參數(shù)的精確設(shè)定，生產(chǎn)實(shí)績、設(shè)備和流程狀態(tài)的信息，都是企業(yè)信息的重要組成部分，要通過現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)在線的無距離的精確的實(shí)現(xiàn)。這種最底層的控制網(wǎng)絡(luò)，就在現(xiàn)場控制層，他對應(yīng)控制系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)。見圖1。 一個理想的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體系，必須創(chuàng)建一個理想的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作基礎(chǔ)，才能支持和促進(jìn)本企業(yè)的基本要素生長發(fā)展的環(huán)境。 4.3 好的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為實(shí)現(xiàn)本企業(yè)的“生命周期成本”開辟美好的前景 每建一個水處理工程，對本企業(yè)的建設(shè)成本、維護(hù)運(yùn)轉(zhuǎn)成本、出廠水質(zhì)精度、環(huán)境污染改進(jìn)加成本，企業(yè)的壽命周期，從工藝到電器，從信息到控制，都要高瞻遠(yuǎn)矚的精打細(xì)算，如何做到單位水產(chǎn)值耗電量最低，是我們一直追求的目標(biāo)。 一個好的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，才能為我們所追求的目標(biāo)鋪平道路。這個“生命周期成本”，對工程建設(shè)成本和長期運(yùn)轉(zhuǎn)成本的節(jié)約降耗，必須用科學(xué)的數(shù)字來進(jìn)行全面比較。有了好的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，就能利用上下左右，企業(yè)內(nèi)外的資源信息優(yōu)勢，最大限度的發(fā)揮現(xiàn)場設(shè)備的全部功能，就能帶來最低的維護(hù)運(yùn)轉(zhuǎn)成本。一般來說，長期的運(yùn)轉(zhuǎn)成本節(jié)約降耗，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于初期建廠的成本節(jié)約。 5 傳統(tǒng)的儀器儀表，要充分利用嵌入式技術(shù)，盡快虛擬化、數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化，是實(shí)現(xiàn)信息控制一體化的根本保證 幾千萬件的現(xiàn)場測控儀器儀表，加上他們配套的變送器和傳感器、執(zhí)行器是建立水工業(yè)領(lǐng)域公司級和廠站級監(jiān)控系統(tǒng)的眼睛是基礎(chǔ)。上世紀(jì)80年代初，一位美國專家就提出“軟件就是儀器”的新思想。虛擬儀器的核心思路，就是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的資源優(yōu)勢，是本來需要專用硬件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)軟件化。以使最大限度的降低系統(tǒng)成本，增強(qiáng)系統(tǒng)功能和靈活性，隨著IPC技術(shù)發(fā)展，國內(nèi)外智能虛擬儀器（Intelligent Virtual Instrunment, IVI）正在蓬勃興起。用戶可在各處的WEB瀏覽器上自動生成儀器驅(qū)動器代碼，可自動完成各種流程工業(yè)現(xiàn)場狀態(tài)的檢查、可自動診斷、可自動修改編程：可在強(qiáng)大的仿真功能支持下，不用連接實(shí)際儀器儀表，就可開發(fā)各種測試程序：更可貴的是，他可以結(jié)合專用集成電路（ASIC）優(yōu)點(diǎn)和計(jì)算機(jī)相結(jié)合的可重構(gòu)計(jì)算機(jī)，對大量的可編程邏輯單元陣列（FPGA）作出靈活的相應(yīng)配置，還可通過流水線級甚至任務(wù)級的并行計(jì)算機(jī)，使運(yùn)行速度達(dá)通用計(jì)算機(jī)的數(shù)百倍以上；更可隨機(jī)按需要高速、遠(yuǎn)程聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)上各類儀器。 基于實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)和TCP/IP協(xié)議為基礎(chǔ)的現(xiàn)場儀器儀表測控網(wǎng)絡(luò)，使得儀器儀表不再受限于某一特定的計(jì)算機(jī)操縱，儀器儀表可以獨(dú)立于計(jì)算機(jī)而存在?？梢院退械牟煌墑e的計(jì)算機(jī)一樣，在網(wǎng)絡(luò)上是一個獨(dú)立的結(jié)點(diǎn)，可以自由的靈活的接入以太網(wǎng)任何一點(diǎn)，就是說，可以在以太網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)上被任何一臺計(jì)算機(jī)訪問，實(shí)時的動態(tài)的在線監(jiān)測。 TCP/IP協(xié)議嵌入現(xiàn)場儀器儀表上，以TCP/IP方式收發(fā)信號，徹底實(shí)現(xiàn)互操作性、開放性強(qiáng)的總線標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)就是現(xiàn)場儀器儀表測試系統(tǒng)的通訊標(biāo)準(zhǔn)，開放的互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)就是所有的廠站級（乃至公司級的廣域網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)）的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以很方便的在各監(jiān)控級的分散控制和冗余設(shè)置；系統(tǒng)故障就可以大大降低，監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性很高；增強(qiáng)了現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理能力和關(guān)鍵的某工藝流程閉環(huán)先進(jìn)控制技術(shù)的應(yīng)用水平。 以TCP/IP協(xié)議為基礎(chǔ)的現(xiàn)場測控系統(tǒng)將每臺網(wǎng)上計(jì)算機(jī)和各廠站級儀器儀表有機(jī)的聯(lián)系在一起。如某一廠站采集數(shù)據(jù)后可按需拷貝多份送往各需要部門，或者定期將測量結(jié)果送往遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)庫保存，需要是可隨時調(diào)用，即使身處異地的不同用戶也可同時對同一過程進(jìn)行監(jiān)控。 接入以太網(wǎng)絡(luò)上各處儀器儀表和計(jì)算機(jī)軟硬件資源，其性能可能差別很大，然而一旦組成網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，就可對不同功能的計(jì)算機(jī)分配不同的任務(wù)，不同功能的儀器就可以統(tǒng)一調(diào)用，從而使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能達(dá)到最佳，不同用戶可在網(wǎng)上任何地方進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析和在線修改。廠站級ETHERNET（以太網(wǎng)）能把各種功能的計(jì)算機(jī)和各種功能的儀器儀表，最有效的連接到互聯(lián)網(wǎng)上，以便組成公司級的以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)。 6 結(jié)束語 隨著IT技術(shù)、虛擬技術(shù)、嵌入技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高端工控機(jī)技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，隨著工業(yè)自動化系統(tǒng)的不斷完善，縱觀國內(nèi)外水工業(yè)建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，自動化監(jiān)控系統(tǒng)面臨著一場革新。 采用Internet技術(shù)，使得集中型自動化系統(tǒng)真正成為帶有分散型智能化的網(wǎng)絡(luò)控制。從上面提到的基因要素和對自動化系統(tǒng)的要求分析來看，必須澄清已經(jīng)流傳了幾十年的提法和做法。 上世紀(jì)70年代，日本人提出了“MECHATRONIC”的概念，即“機(jī)電一體化”。由于針對機(jī)械制造行業(yè)的特點(diǎn)，將電氣產(chǎn)品有機(jī)地集合成一體，突出機(jī)與電的整合性，在機(jī)械制造行業(yè)引起了一場革新，也波及水工業(yè)和其他行業(yè)，它沒有解決多機(jī)多控制的通信問題和監(jiān)控的數(shù)據(jù)傳輸問題。 曾幾何時，我國的IT專家們，提出了“管控一體化”的概念，但是它僅僅側(cè)重于控制層和管理層之間的信息問題，而忽略了如何提高工業(yè)控制系統(tǒng)傳輸?shù)膶?shí)時性和確定性問題。特別是忽略了現(xiàn)場層各種信息采集和準(zhǔn)確傳輸?shù)年P(guān)鍵問題。很難想象，在一個控制系統(tǒng)中管理層不能及時正確的得到現(xiàn)場實(shí)時數(shù)據(jù)時，怎能作出正確的判斷？ “機(jī)電一體化”是機(jī)械工程師提出的概念，“管控一體化”是IT工程師提出的概念。根據(jù)上面提到的“基因要素”和對自動化監(jiān)控系統(tǒng)的要求。我們自動化系統(tǒng)的工程師們認(rèn)為，唯一正確的途徑是創(chuàng)建新型的“信息控制一體化”。實(shí)現(xiàn)“信息控制一體化”的關(guān)鍵是采用新型的監(jiān)控系統(tǒng)，即“可編程控制器控制系統(tǒng)”（PAC）。見圖2所示。 PAC系統(tǒng)集成DCS、MC、PLC、FCS的優(yōu)點(diǎn)，將多個控制系統(tǒng)的元素集中在一個平臺上，同時更多的考慮了與現(xiàn)場應(yīng)用之間的聯(lián)系。縱向和橫向的信息都暢通無阻，將管理層、控制層和現(xiàn)場層，企業(yè)系統(tǒng)內(nèi)外的其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成的時間減小到最小，就可在網(wǎng)絡(luò)上無距離的不間斷的溝通和交流。實(shí)際上，PAC系統(tǒng)就是Internet＋RTE＋TCP/IP協(xié)議的有機(jī)的靈活的集合體。 “網(wǎng)絡(luò)就是控制器”。我們要抓住現(xiàn)代企業(yè)自動化系統(tǒng)的核心技術(shù)，開發(fā)新型的控制器PLC open。開發(fā)新型的信息控制一體化系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的水企業(yè)競爭力大大提高一步，在經(jīng)濟(jì)全球化的浪潮中占領(lǐng)一席之地。 參考文獻(xiàn) [1] 繆學(xué)勤. 實(shí)時以太網(wǎng)技術(shù)最新發(fā)展. 北京:電氣時代,2005.6 [2] 林 躍,張彥成. 嵌入式系統(tǒng)促進(jìn)工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)展. 上海:世界儀表與自動化,2006.2 [3] 余啟剛. 儀器儀表的虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化. 北京:自動化博覽,2003.1 [4] 陳運(yùn)珍. 水工業(yè)廠站級監(jiān)控系統(tǒng)的最新模式研究. 北京:測控技術(shù),2005.10 [5] 孫延才. 嵌入式系統(tǒng)與自動化. 上海:世界儀表與自動化,2005.2