一 前言
排水泵站（下簡稱泵站）作為市政建設(shè)和管理工程的主要設(shè)施，擔(dān)負(fù)著城市排水防澇的重要任務(wù)。從目前國內(nèi)大部分的泵站控制和管理來看還是處于相當(dāng)落后的狀況，與國外相比具有很大的差異。在電氣控制上，自動化監(jiān)控程度低，大部分的泵站僅有單級的常規(guī)控制。在管理水平上，大部分泵站的管理記錄和統(tǒng)計都是手工操作。泵站控制和管理沒有形成區(qū)域化的網(wǎng)絡(luò)。隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對市政建設(shè)和管理提出了更高的要求。所以必需對現(xiàn)有泵站控制和管理進(jìn)行改造和完善。向國外無人化泵站監(jiān)控管理發(fā)展，以達(dá)到減員增效和提高管理水平的目的。
二 工程背景
60個泵站，要實現(xiàn)泵站的自動控制，在中心控制室實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。中心控制室還要集成門禁系統(tǒng)和視頻系統(tǒng)。
三 方案設(shè)計(泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控)
1、 系統(tǒng)目的：
通過對泵站的有序控制，將泵站運行的設(shè)備、電力、水位等實時信息采集到中心控制室數(shù)據(jù)中心，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控；并在局域網(wǎng)內(nèi)計算機(jī)上進(jìn)行瀏覽，使得管理人員對泵站操作情況做到有的放矢。
監(jiān)控的參數(shù)有：
電力參數(shù)：AB相電壓、BC相電壓、功率因數(shù)、泵電流
泵參數(shù)：運行狀態(tài)、過載狀態(tài)。泵的啟動、停止等
水情況：水位、流量、累計流量等
門禁系統(tǒng)：主要負(fù)責(zé)對泵站安全防范區(qū)域內(nèi)人員出入控制管理，用于加強泵站的自動安全防范。
視頻：攝像設(shè)備監(jiān)控泵站水位和設(shè)施的安全防盜。
2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：
由于泵站監(jiān)控設(shè)備有些已有，所以在充分利用現(xiàn)有設(shè)備前提下，進(jìn)行控制改造，實現(xiàn)水泵的控制，達(dá)到節(jié)約目的。
系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分別實現(xiàn)系統(tǒng)的采集和控制以及顯示記錄等功能。
采用此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)辦公網(wǎng)與生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)的隔離，避免病毒從辦公網(wǎng)傳到生產(chǎn)網(wǎng)中來，并可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，辦公管理人員可以通過IE瀏覽器直接訪問實時數(shù)據(jù)。
2.1、PLC監(jiān)控系統(tǒng)：使用三菱公司FX2N系列PLC，實現(xiàn)對各泵站站內(nèi)機(jī)組的各部分的參數(shù)的采集控制功能，自身可以獨立實現(xiàn)運行和控制目的。
2.2、中心控制室數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)：實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程顯示和控制。
2.3、局域網(wǎng)辦公瀏覽系統(tǒng)：實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽系統(tǒng)。
系統(tǒng)在設(shè)計和實施工程中充分考慮到各站需要，實現(xiàn)三級操作保護(hù)的功能，從而可以保證站內(nèi)的異常處理和操作維護(hù)，同時有利于實現(xiàn)運行人員逐步適應(yīng)新一代的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。實現(xiàn)了對站內(nèi)各個系統(tǒng)參數(shù)的監(jiān)測和監(jiān)控功能，真正使值班運行人員達(dá)到了一目了然的效果，很好地滿足了實際應(yīng)用的需要。同時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計通過網(wǎng)絡(luò)通訊方式，設(shè)立了一個WEB服務(wù)器、門禁系統(tǒng)服務(wù)器和視頻服務(wù)器，辦公網(wǎng)內(nèi)管理人員可以通過任意一臺計算機(jī)可以實時觀察到當(dāng)前狀況并能查詢歷史數(shù)據(jù)和了解各操作中的主要工作過程，可以達(dá)到對站內(nèi)的抽水任務(wù)的及時合理調(diào)度。
3、系統(tǒng)功能
3．1 數(shù)據(jù)的采集
通過泵站各個現(xiàn)場采集單元和智能裝置，依據(jù)各個不同的通訊規(guī)約，通過無線、有線網(wǎng)絡(luò)和RS232通訊線將站內(nèi)的數(shù)據(jù)實時地反映到中心控制室計算機(jī)監(jiān)控界面。由于各站較分散，根據(jù)各站的不同情況，采用以下兩種方式實現(xiàn)：
3.1.1 ADSL
將下屬的泵站的數(shù)據(jù)傳遞到中心控制室，由于數(shù)據(jù)中心與各分站之間已經(jīng)建立了ADSL網(wǎng)絡(luò)，因此針對本項目，借用原有的ADSL網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊是最具性價比的方式。同時 ，由于系統(tǒng)以后需要根據(jù)需求擴(kuò)展，要求對系統(tǒng)的開放性、可維護(hù)性和擴(kuò)展性給予充分考慮。
系統(tǒng)主要由紫金橋監(jiān)控軟件、MOXA串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器和三菱PLC構(gòu)成，這種方式的主要特點是結(jié)構(gòu)分散、開放性好、穩(wěn)定性強、性價比高并且擴(kuò)展容易。紫金橋監(jiān)控軟件主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、通訊處理、人機(jī)界面和WEB發(fā)布等工作；串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器負(fù)責(zé)將三菱PLC的串口通訊轉(zhuǎn)為以太網(wǎng)通訊，并將數(shù)據(jù)通過ADSL網(wǎng)絡(luò)傳遞給紫金橋監(jiān)控軟件； 三菱PLC負(fù)責(zé)現(xiàn)場儀表和設(shè)備的通訊及數(shù)據(jù)采集和控制。主要工作方式：紫金橋監(jiān)控軟件設(shè)在中央數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心有一個固定的外網(wǎng)IP，紫金橋監(jiān)控軟件采用典型的C/S和B/S結(jié)構(gòu) ，B/S方式是作為WEB服務(wù)器，將實時數(shù)據(jù)和畫面通過WEB進(jìn)行發(fā)布，遠(yuǎn)端用戶經(jīng)過授權(quán)，無須安裝任何插件，使用標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器通過固定IP或域名綁定進(jìn)行訪問即可在遠(yuǎn)程進(jìn)行監(jiān)視。C/S方式是紫金橋軟件作為標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器端與各分站的多個客戶端（MOXA串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器）進(jìn)行通訊，建立連接時由串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器主動向擁有固定IP的服務(wù)器端發(fā)出連接請求 ，服務(wù)器進(jìn)行應(yīng)答，建立網(wǎng)絡(luò)連接之后，由紫金橋主動向下位的三菱PLC發(fā)出請求，通過三菱專有協(xié)議與PLC進(jìn)行通訊，MOXA串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器在中間起到透明轉(zhuǎn)發(fā)的作用。
3.1.2 GPRS/CDMA
GPRS DTU主要工作模式為透明傳輸模式、命令模式、短信模式。 GPRS工作在透明數(shù)傳模式下，一旦GPRS DTU上電后自動撥號上線，通常在通過GPRS方式下PPP連接的過程中就會被分配一個動態(tài)的IP地址。每個GPRS DTU因此通過GPRS網(wǎng)絡(luò)獲得一個獨一的動態(tài)IP地址，如果終端要建立與中心數(shù)據(jù)服務(wù)器的TCP連接，中心數(shù)據(jù)服務(wù)器IP地址綁定一個動態(tài)域名解析，由此終端的GPRS DTU 在上線后，主動向綁定了IP動態(tài)域名解析的域名，發(fā)送一個自身設(shè)備編號、自身動態(tài)IP地址以及端口號的注冊信息包，用于保持與中心數(shù)據(jù)服務(wù)器TCP鏈路保持活躍狀態(tài)。這種為保持與數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的TCP鏈路保持活躍狀態(tài)的注冊包，我們稱之為“心跳包”。每當(dāng)GPRS重新上電，或是應(yīng)系統(tǒng)地要求被遠(yuǎn)程喚醒、或根據(jù)GPRS DTU配置設(shè)定的發(fā)送心跳包間隔時間自動上線，GPRS DTU則應(yīng)自動的向中心發(fā)送心跳包信息，告知數(shù)據(jù)中心服務(wù)器其已保持鏈路正常。
數(shù)據(jù)中心服務(wù)器數(shù)據(jù)中心有一個固定的外網(wǎng)IP，紫金橋監(jiān)控軟件通過與GPRS DTU建立TCP連接，完成與PLC數(shù)據(jù)的無線傳輸。
3．2 人機(jī)界面
通過各主要畫面的切換可以在計算機(jī)上很直觀的反映站內(nèi)的工作情況，其畫面可以鏈接各種動態(tài)畫面，具有很強的可觀效果。
3．3 統(tǒng)計和計算功能
對于排水量需要一個準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過本身具有的報表統(tǒng)計功能記錄每天每月每年的機(jī)組運行時間，同時通過軟件編程計算出日月年的累計排水量，并計算出站內(nèi)的抽水效率，為站內(nèi)的工作人員提供一個很有價值的參考數(shù)據(jù)。
3．4控制功能
中央控制室的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以在微機(jī)上實現(xiàn)機(jī)組的開停機(jī)的自動控制，以及現(xiàn)地PLC控制單元的自動保護(hù)控制，主工控機(jī)將站內(nèi)的各控制單元有機(jī)的結(jié)合，極大減輕了工作人員的勞動強度。
3．5 水位控制調(diào)節(jié)
中央控制室的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以通過與PLC的通訊連接，根據(jù)設(shè)定的水位參數(shù)閉環(huán)調(diào)節(jié)各水泵的啟停操作，可以很方便直觀地滿足運行人員的需要。
4、主要問題分析和解決方案
控制策略上，可以實現(xiàn)以下幾種控制方案：遠(yuǎn)程自動控制、遠(yuǎn)程手動控制、本地自動控制、本地手動控制。遠(yuǎn)程手/自動控制在泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)上完成，通過點擊計算機(jī)上按鈕實現(xiàn)；本地手/自動控制通過切換泵控制柜上的切換開關(guān)實現(xiàn)。當(dāng)上位計算機(jī)發(fā)生故障時，泵通過PLC控制柜中的PLC仍能實現(xiàn)自動控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)。啟動液位、停止液位、電流低報警值、電流高報警值等通過上位機(jī)的設(shè)置可以修改且具有停電保持功能。各泵根據(jù)測量的液位實現(xiàn)自動啟停，節(jié)約電力能源。
最大限度延長泵的壽命、保護(hù)設(shè)備方面，實現(xiàn)多方報警保護(hù)功能：
