1 引言
随着计算机控制技术的飞速发展，大多数企业对控制系统的要求不仅仅是单纯的完成控制任务，而对管理、通讯等各个方面提出越来越高的要求，即实现企业的管控一体化。
管控一体化技术是近年来自动控制领域出现的高新技术，它是自动控制、计算机、网络通信各领域内最新技术成果的体现，它可以组成双向、串行、数字化的开放式自动控制系统。
管控一体化系统是一个复杂的系统，其中有许多需要研究解决的技术问题，其核心是信息集成，信息的存储依靠数据库;信息传输的介质依靠计算机网络，因此数据库技术与计算机网络技术是管控一体化系统的集成的主要2大支撑技术。
管控一体化系统中的网络与一般的计算机网络有所不同，具有以下特点:(1)地域分布较广，一般企业的范围分在几平方公里内，包括公司与多个分厂的连接，分厂之间的连接，以及分厂与多个车间的连接，大型企业还包括与分布在各地的分销机构的互联。(2)扩展性强，企业的信息化一般是逐步实施，随着系统的完成，网络规模迅速增长:另外企业规模的扩大，也会导致网络规模的增长。(3)存在异构性，企业中存在各种自动化系统，有的存在不同的网络结构问题，不同现场总线的通信协议不同，导致现场控制层不同网络之间的数据通信问题。本文所绍介了基于fix的供水企业管控一体化网络集成技术的设计与实现。
2 供水企业管控一体化网络监控系统的设计
2.1 水厂自动化网络监控系统现状
高明市供水总公司高明水厂分为老水厂和新水厂2个相对独立的水处理供水系统。其中，老水厂的日供水能力为6吨，配备有用西门子s7300PLC组成的完整的现场总线网络控制系统;新水厂是新近建成的一座现代化水厂，配备有日本三菱公司大型plc设备组成的现场总线网络控制系统。
新水厂和老水厂具有统一的水源和共同统一的市政管网供水，但由于建设时间上的差异。2套自动化系统是完全独立的系统，相互不能通信和联络，生产不能协调统一。根据高明市供水公司高明水厂的规划和用水量的需求，将老水厂的西门子profibus网络为基础的plc测控系统与新水厂的三菱a2系列双环网络 plc测控系统，2个不同的通信网络进行联网。原先水厂2个网络控制系统如图1所示。
图1 自动化系统现状
2.2 三层网络结构的水处理控制系统
基于现场总线(fcs)技术，根据水厂自动控制工艺流程，提出了水处理控制系统可分为三层，即企业管理层(信息层)、控制层和现场设备层，结构见图2所示。三层网络传输的数据类型和对实时性的要求不同，相应的数据传输协议也不相同。
管理层由各种服务器和客户机等组成，用于集成企业的各种信息，完成管理、决策应用的各种功能。管理层传输的内容包括诸如生产经营、管理等信息，特点是报文量大，传输范围比较广，实时性要求不高，系统网络采用工业以太网协议(ethernet)。由于水厂控制系统不能是孤立系统，它同管网监控与调度系统、供水管理系统、水质化验等密切相关，实现控制系统和公司管理系统的数据交换，管理层的基础是数据库系统，水厂内部的生产调度、生产报文、生产分析和预测，都是在管理层实现的。
控制层网络传递的是实时数据，数据量少，但是实时性强，控制层协议由厂商专门提供，监控站需要完成对控制系统的组态、执行对控制系统的监控、报警、维护及人机交互等功能，核心是完成好工艺过程控制。水厂的工艺过程控制，除加药、加氯控制外，其余大部分为按时间顺序或逻辑顺序的控制。控制层也就是过程监控层，主要由连接在局域网段的担任监控任务的控制器或工作站组成。在该系统中，高明老水厂采用的是西门子profibus网络为基础的现场总线控制系统连接个工作站，而新水厂采用的是三菱双环网连接各个控制站，2种现场总线网络能否解决通讯问题成为整个水厂自动化测控系统能否实现的关键。
现场设备层传输的是工业现场的数据及控制命令参数等，特点是报文量小，传输范围小，但实时性要求高，均采用周期i/o方式通信实现。现场设备和检测仪表的智能化是现场总线控制系统的基础，充分发挥测控设备具有通信能力的特点，为控制网络与通信数据网络的连接提供了方便。
水厂控制系统是一个实时网络控制系统，信息处理需要满足实时性、完整性、一致性和可靠性的要求，系统采用了企业局域网和现场总线的集成化结构，通过系统集成，构建管控一体化网络。不同类型现场总线异构网络之间互连，实现了从现场测控到水厂内部信息管理系统的集成，克服了前期新、老水厂自控系统中存在的传输速率低、数据信息少、协议不统一、不兼容和不能进行数据共享的不足。
3 基于fix的异构网络联网的设计与实现
高明新水厂和老水厂分别采用不同厂家生产的自动化系统，由于采用不同的网络连接各自的控制站，2套自动化系统可以独立运行，各自之间并不互连，没有数据的传递和数据共享，这样形成了异构网络同时运行的情况，两个系统联网能否顺利解决通讯问题，成为整个水厂管控一体化自动监控系统能否实现的关键。在本系统中上位机同时与这2个系统相联接，分别在两者中读取、写入数据，在将2套系统融合为一个完整的监控系统的过程中扮演了重要的信息互通的角色。
为了使上位机能够顺利的实现信息互通，就要解决异构联网问题。所谓异构是指系统中包含了不同的操作系统、控制系统、数据库及应用软件，这种大量存在的相互独立，自成体系的控制系统形成的“自动化孤岛”，使得系统各个部分间的信息不能自动地交换，难以保证信息间的正确的、高效的共享和交换。异构环境下信息集成要求实现:不同通信协议间的共存;不同数据库间的相互访问;不同商用软件间必要的接口，即所谓的计算机网络集成、数据库集成、应用集成。对于此类问题，采用intellution公司的fix系列的产品提供了很好的解决方案。
3.1 fix软件应用在水处理行业有独到之处
100%的数据完整性和安全性;快速、方便和经济的数据采集;可以通过企业网和因特网共享信息;完全的报表支持，可自定义模块，可通过 excel，crystal reports或odbc生成报表;可以远程监控和控制等特性;所以我们选用fix软件作为高明水厂自动化监控的组态软件，下面就fix组态软件高性能的 i/o驱动程序和网络功能的具体应用举例如下:
(1) fix中具备多种高性能的i/o驱动程序
fix软件采集现场数据不需要用特别的硬件，而是通过一个叫i/o驱动器的软件接口同现场已存在的i/o设备直接通讯，fix组态控制软件首先通过i/o 驱动程序软件接口，从现场的过程硬件中获取数据，并将其存入dit驱动程序映像表，fix的内部数据库通过sac程序从dit表中获取它所需要的数据，应用软件都通过内部数据库的访问软件从fix内部数据库中获取来自过程硬件的运行状态，数据也可按相反的顺序写回现场过程硬件，执行控制操作，fix的结构图如图3所示。
fix的核心部分是它的实时数据库，系统所有数据均在实时数据库中反映，并根据组态方案实时传送到显示画面、历史数据库、报警打印机等。i/o驱动器的软件接口的功能正是实现实时数据库与外围i/o硬件的实时数据交换，即将外围i/o硬件的采集值经过适当的变换送到fix的实时数据库中，同时将实时数据库中的输出值通过外围i/o硬件送到执行机构，采用i/o驱动器的软件接口方式采集数据，实时性和灵活性最好。
图3 fix结构图
intelution公司提供了多种i/o驱动器，支持通用和特殊的i/o设备，即使你在现场同一网络上使用不同厂家生产的i/o设备，i/o驱动器软件都可以使它们正常工作。fix软件可以同时支持8个不同类型设备的i/o驱动程序在一个节点上运行，正是这个特点，使得不同plc网络的异构联网成为可能，增加了系统构建的灵活性。在高明水厂中，老水厂的西门子profibus网络和新水厂的三菱melsecnet双环网络分别使用不同的i/o驱动程序软件，实现了上位机和控制层不同的plc网络的数据通信。
(2) fix网络系统具有较高的可靠性
根据水厂系统数据通信量大的特点，网络通讯成为设计的关键。对网络的支持是fix的强大功能之一，fix采用了真正的分布式结构基于结点管理，只要物理上保持联接就可以自动寻找网络结点，不必人工设定，是第一个完全基于client/server hmi软件，具有c/s架构软件的所有功能。fix把局域网中的每台上位机作为一个节点，并且任意节点都可看到网络上其他任何节点上的数据。每个节点都可以看成一个单独的计算机站点，独立执行分配给它的任务，这种结构的优点是不会因为一个节点的离线影响整个网络的运行，既可实现资源共享，又为系统的可靠性提供了有力的支持。
3.2高明水厂网络的设计与实现
高明水厂网络结构采用工业以太网构架，中控室采用双服务器，其中1台不工作不会影响整个系统运行，保证了系统的稳定性，在化验室、厂长室都设有安装了 fix软件的工作站，在各工作站都能看到整个水厂的生产情况，实现了网络数据充分共享，也提高了设备和生产运行的合理性和安全性。
为了实现fix网络，在硬件上本监控系统采用d-link 10m/100m自适应网卡;在软件上，采用tcp/ip协议，通过本地hosts文件映射ip地址，并在fix系统配置(scu)文件中进行网络组态。
4 结束语
随着internet技术深入到企业管理和控制过程之中，控制系统与管理系统的结合成为必然，这使得工业自动化领域渴望已久的管控一体化、工业企业信息化、基于网络自动化的目标成为可能。管控一体化可以使企业先后以真正符合新经济时代的最佳解决方案，从而提高企业的生产效率，增强市场竞争能力。利用管控一体化网络集成技术，提出应用fix软件实现对对高明新水厂和老水厂2套自动化测控系统进行联网，使全厂生产能够统一指挥，新老两个水厂能够相互协调，达到高效生产，节能运行和全面的自动化水平。
