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行改造和完善。向國外無人化泵站監(jiān)控管理發(fā)展，以達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，進行遠程監(jiān)控；并在局域網(wǎng)內(nèi)計算機上進行瀏覽，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，進行控制改造，實現(xiàn)水泵的控制，達到節(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)三級操作保護的功能，從而可以保證站內(nèi)的異常處理和操作維護，同時有利于實現(xiàn)運行人員逐步適應(yīng)新一代的計算機監(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)需求擴展，要求對系統(tǒng)的開放性、可維護性和擴展性給予充分考慮。

      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、性價比高并且擴展容易。紫金橋監(jiān)控軟件主要負責(zé)數(shù)據(jù)采集、通訊處理、人機界面和WEB發(fā)布等工作；串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器負責(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進行發(fā)布，遠端用戶經(jīng)過授權(quán)，無須安裝任何插件，使用標準的瀏覽器通過固定IP或域名綁定進行訪問即可在遠程進行監(jiān)視。C/S方式是紫金橋軟件作為標準服務(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 人機界面

　　通過各主要畫面的切換可以在計算機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確的數(shù)據(jù)，泵站遠程監(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監(jiān)控系統(tǒng)可以在微機上實現(xiàn)機組的開停機的自動控制，以及現(xiàn)地PLC控制單元的自動保護控制，主工控機將站內(nèi)的各控制單元有機的結(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：遠程自動控制、遠程手動控制、本地自動控制、本地手動控制。遠程手/自動控制在泵站遠程監(jiān)控系統(tǒng)上完成，通過點擊計算機上按鈕實現(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、保護設(shè)備方面，實現(xiàn)多方報警保護功能：

　　當(dāng)電流過高，負載過大時，產(chǎn)生過載報警，并自動發(fā)出泵停止命令。

　　當(dāng)電流過低，葉輪脫落時，產(chǎn)生低電流報警，并自動發(fā)出泵停止命令。

　　當(dāng)液位高度大于設(shè)定啟動液位時，自動啟動泵，并有報警輸出。

　　當(dāng)液位高度小于設(shè)定停止液位時，自動停止泵，并有報警輸出。

　　當(dāng)控制失靈，發(fā)出啟停信號后泵不能按要求動作時，產(chǎn)生啟動、停止報警。

　　現(xiàn)有泵都是降壓啟動，泵的啟動狀態(tài)切換到運行狀態(tài)有一十幾秒間隔時間，啟動泵命令發(fā)出后，經(jīng)過十幾秒檢測運行狀態(tài)信號，若導(dǎo)通說明操作正常，若沒有導(dǎo)通說明動作未實現(xiàn)，產(chǎn)生啟動未成功報警，并發(fā)出泵停命令，防止發(fā)生電流過大燒壞設(shè)備。

　　當(dāng)泵自動控制不成功時，還有浮球判斷，自動停止開啟泵。還可通過轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到手動狀態(tài)，手動啟停泵。這樣做到了三重保護，多極控制。

5、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器

5.1、功能概述

◆HMI實時監(jiān)測設(shè)備重要運行參數(shù)，根據(jù)參數(shù)情況做相應(yīng)處理；
◆對參數(shù)超高或超低報警；
◆可集成各種控制功能，如泵和閥門控制,參數(shù)的設(shè)定等；

◆可進行設(shè)備歷史數(shù)據(jù)查詢，顯示變化曲線，并可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)完成各種統(tǒng)計報表或日、月、年報等；
◆可對各站點設(shè)備進行管理，運行狀態(tài)、是否故障、運行時間等；
◆可通過網(wǎng)絡(luò)采用IE瀏覽器進行WWW遠程訪問智能聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)；

5.2、功能說明

1）實時監(jiān)控

      數(shù)據(jù)中心服務(wù)器通過GPRS 和ADSL兩種方式采集各泵站的重要數(shù)據(jù)，并通過組態(tài)生成HMI人機界面，實時監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)，技術(shù)人員可通過數(shù)據(jù)分析設(shè)備的運行情況，并做參數(shù)的調(diào)整下發(fā)給設(shè)備。有現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)故障，技術(shù)人員可通過人機界面查看數(shù)據(jù)，分析問題，解決問題。

2）曲線分析

      通過曲線對關(guān)心的重要數(shù)據(jù)進行顯示，形象的看出數(shù)據(jù)運行的軌跡,了解設(shè)備運行情況,并可通過歷史曲線功能查看歷史數(shù)據(jù),便于技術(shù)人員對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,合理的調(diào)整運行參數(shù)。

3）報警故障記錄

      各設(shè)備的出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)會通過提示信息和聲音報警提示。同時還具有報警記錄查詢功能，可查詢以前設(shè)備的報警情況，便于設(shè)置的維護.

4）安全管理

      本系統(tǒng)具有用戶管理機制，不同的用戶有不同的安全權(quán)限，只有授權(quán)用戶才能訪問授權(quán)的數(shù)據(jù)和畫面，保證數(shù)據(jù)的安全性。不同的用戶具有不同的權(quán)限，只有具有相關(guān)權(quán)限的用戶才能進行相關(guān)的操作。

用戶的登陸和權(quán)限介紹如下：

      點擊系統(tǒng)菜單“登陸”后會顯示如下圖對話框

      點擊“注銷”按鈕后，對話框變?yōu)橄聢D

      選擇相應(yīng)得用戶名，輸入正確的密碼，點擊登陸，就可以通過系統(tǒng)菜單進入相應(yīng)的界面進行相關(guān)的操作。如果不輸入密碼直接點擊“退出”按鈕，便退出該用戶。

5）數(shù)據(jù)報表

      報表記錄了設(shè)備重要運行參數(shù)，技術(shù)人員可以查詢，便于合理的統(tǒng)計分析出設(shè)備的最佳運行參數(shù)，降低運行成本.報表可以打印保存.

      歷史報表對一些重要參數(shù)以報表的方式查詢顯示,可輸入開始時間和結(jié)束時間來查詢一段時間的數(shù)據(jù)運行情況,直觀的分析設(shè)置參數(shù)信息,并可打印保存和導(dǎo)入EXCEL中分析。

四、門禁系統(tǒng)

      門禁系統(tǒng)主要負責(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。
      持卡人進門時將卡片接近讀卡器,合法卡信號通過控制器認證后,電鎖自動打開,非法卡被禁止訪問。出門時只要按動出門按鈕，電鎖自動打開（或雙向讀卡出門）。系統(tǒng)可實現(xiàn)對門權(quán)限的明確限定，并對人員的進出情況進行記錄，以備查詢。也可以通過聯(lián)動來實現(xiàn)對其它設(shè)備的控制，如消防聯(lián)動、燈光和空調(diào)等控制。

1、門禁具下列主要特點：

靈活豐富的權(quán)限管制：通過時區(qū)、周計劃、假期信息、管制群組的自由設(shè)置可以控制任何一個持卡人在任何一個房門的任意時刻的開門權(quán)限和開門方式。
通道管制、脅迫報警：系統(tǒng)允許對某些房門進行管制，實行手動或自動布防和撤防，布防時間內(nèi)僅系統(tǒng)卡和警衛(wèi)卡才具有開門權(quán)限。脅迫報警是指發(fā)生不法分子挾持合法用戶強迫開門事件時具備報警機制。
強大的報警設(shè)置功能：系統(tǒng)具有脅迫報警、防撬報警、強行進入報警、超時報警和反潛回功能，可設(shè)置2門電話用來報警后自動撥號。
電子公告功能：在具備液晶的讀卡器上具有立方獨特的電子公告功能，通過軟件編輯后可向讀卡機發(fā)布自定義的電子公告，用戶刷卡后即可顯示該短信息。
強大的系統(tǒng)聯(lián)動：用戶可以對系統(tǒng)的各個I/O口進行功能設(shè)置，實現(xiàn)與第三方系統(tǒng)或一卡通其他子系統(tǒng)進行聯(lián)動。
多種開門方式：系統(tǒng)支持多種開門方式，如刷卡開門、密碼開門、刷卡+密碼開門、刷卡+密碼+觸發(fā)開門、刷多卡開門方式等，可根據(jù)不同的安全需求進行靈活的選擇。
動態(tài)電子地圖顯示：系統(tǒng)具有電子地圖，在電子地圖上實時的以圖形和文字的形式顯示事件，如刷卡事件、進出房門、門狀態(tài)變化、系統(tǒng)報警和各種緊急事件等?？梢暂斎攵喾貓D，從不同角度監(jiān)控現(xiàn)場出入情況。
具備多種發(fā)卡方式：系統(tǒng)可以用連接電腦的讀卡器或連接控制器的讀卡器發(fā)卡、也可以先由控制器發(fā)卡后上傳到數(shù)據(jù)庫再指定用戶。
互鎖通道、反潛回：系統(tǒng)語序管理員對制定的通道或房門實行互鎖，互鎖組的房門在同一時間只能開啟其中的一扇。反潛回指在合法卡刷卡進入后，必須再規(guī)定時間內(nèi)外出。
自動與手動的布防/撤防：系統(tǒng)支持對制定房門的自動布防和撤防功能，可以在有權(quán)限的情況下指定某些房門在到達指定的時間段內(nèi)使其處于布防狀態(tài)，過了這段時間之后，系統(tǒng)會自動撤防；也允許在有限的條件下，隨時對房門進行布防和撤防操作。

五、總結(jié)

　　在泵站的自動化系統(tǒng)改造中，如何合理地利用泵站現(xiàn)有資源，更加經(jīng)濟有效地實現(xiàn)泵站自動化系統(tǒng)變的尤為重要。相信經(jīng)過上以方案的設(shè)計，泵站自動化系統(tǒng)的將發(fā)揮其更加積極的社會經(jīng)濟效率。