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一 、前言

排水泵站（下簡(jiǎn)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(dòng)化監(jiān)控程度低，大部分的泵站僅有單級(jí)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(jì)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(duì)市政建設(shè)和管理提出了更高的要求。所以必需對(duì)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(gè)泵站，要實(shí)現(xiàn)泵站的自動(dòng)控制，在中心控制室實(shí)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(jì)(泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控)

1、 系統(tǒng)目的

通過對(duì)泵站的有序控制，將泵站運(yùn)行的設(shè)備、電力、水位等實(shí)時(shí)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(jì)算機(jī)上進(jìn)行瀏覽，使得管理人員對(duì)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(yùn)行狀態(tài)、過載狀態(tài)；泵的啟動(dòng)、停止等

水情況：水位、流量、累計(jì)流量等

門禁系統(tǒng)：主要負(fù)責(zé)對(duì)泵站安全防范區(qū)域內(nèi)人員出入控制管理，用于加強(qiáng)泵站的自動(dòng)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

1）、PLC監(jiān)控系統(tǒng)：使用三菱公司FX2N系列PLC，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dú)立實(shí)現(xiàn)運(yùn)行和控制目的。

2）、中心控制室數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程顯示和控制。

3）、局域網(wǎng)辦公瀏覽系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽系統(tǒng)。

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和實(shí)施工程中充分考慮到各站需要，實(shí)現(xiàn)三級(jí)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(shí)有利于實(shí)現(xiàn)運(yùn)行人員逐步適應(yīng)新一代的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)站內(nèi)各個(gè)系統(tǒng)參數(shù)的監(jiān)測(cè)和監(jiān)控功能，真正使值班運(yùn)行人員達(dá)到了一目了然的效果，很好地滿足了實(shí)際應(yīng)用的需要。同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過網(wǎng)絡(luò)通訊方式，設(shè)立了一個(gè)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(tái)計(jì)算機(jī)可以實(shí)時(shí)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(duì)站內(nèi)的抽水任務(wù)的及時(shí)合理調(diào)度。

3、系統(tǒng)功能

1）、 數(shù)據(jù)的采集

通過泵站各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集單元和智能裝置，依據(jù)各個(gè)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(shí)時(shí)地反映到中心控制室計(jì)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(shí)現(xiàn)：

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(duì)本項(xiàng)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(jià)比的方式。同時(shí) ，由于系統(tǒng)以后需要根據(jù)需求擴(kuò)展，要求對(duì)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)分散、開放性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、性價(jià)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(chǎng)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(gè)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(shí)時(shí)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(gè)客戶端（MOXA串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器）進(jìn)行通訊，建立連接時(shí)由串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器主動(dòng)向擁有固定IP的服務(wù)器端發(fā)出連接請(qǐng)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(dòng)向下位的三菱PLC發(fā)出請(qǐng)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。

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(dòng)撥號(hào)上線，通常在通過GPRS方式下PPP連接的過程中就會(huì)被分配一個(gè)動(dòng)態(tài)的IP地址。每個(gè)GPRS DTU因此通過GPRS網(wǎng)絡(luò)獲得一個(gè)獨(dú)一的動(dòng)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(gè)動(dòng)態(tài)域名解析，由此終端的GPRS DTU 在上線后，主動(dòng)向綁定了IP動(dòng)態(tài)域名解析的域名，發(fā)送一個(gè)自身設(shè)備編號(hào)、自身動(dòng)態(tài)IP地址以及端口號(hào)的注冊(cè)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(cè)包，我們稱之為“心跳包”。每當(dāng)GPRS重新上電，或是應(yīng)系統(tǒng)的要求被遠(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(shí)間自動(dòng)上線，GPRS DTU則應(yīng)自動(dòng)的向中心發(fā)送心跳包信息，告知數(shù)據(jù)中心服務(wù)器已保持鏈路正常。

數(shù)據(jù)中心服務(wù)器有一個(gè)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。

2）、人機(jī)界面

通過各主要畫面的切換可以在計(jì)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(dòng)態(tài)畫面，具有很強(qiáng)的可觀效果。

3）、統(tǒng)計(jì)和計(jì)算功能

對(duì)于排水量需要一個(gè)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(bào)表統(tǒng)計(jì)功能記錄每天每月每年的機(jī)組運(yùn)行時(shí)間，同時(shí)通過軟件編程計(jì)算出日月年的累計(jì)排水量，并計(jì)算出站內(nèi)的抽水效率，為站內(nèi)的工作人員提供一個(gè)很有價(jià)值的參考數(shù)據(jù)。

4）、控制功能

中央控制室的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)機(jī)組的開停機(jī)的自動(dòng)控制，以及現(xiàn)地PLC控制單元的自動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度。

5）、水位控制調(diào)節(jié)

中央控制室的計(jì)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(yùn)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(shí)現(xiàn)以下幾種控制方案：遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制、本地自動(dòng)控制、本地手動(dòng)控制。遠(yuǎn)程手/自動(dòng)控制在泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)上完成，通過點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)上按鈕實(shí)現(xiàn)；本地手/自動(dòng)控制通過切換泵控制柜上的切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)上位計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)，泵通過PLC控制柜中的PLC仍能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)。啟動(dòng)液位、停止液位、電流低報(bào)警值、電流高報(bào)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(cè)量的液位實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停，節(jié)約電力能源。

最大限度延長(zhǎng)泵的壽命、保護(hù)設(shè)備方面實(shí)現(xiàn)多方報(bào)警保護(hù)功能：

當(dāng)電流過高，負(fù)載過大時(shí)，產(chǎn)生過載報(bào)警，并自動(dòng)發(fā)出泵停止命令。

當(dāng)電流過低，葉輪脫落時(shí)，產(chǎn)生低電流報(bào)警，并自動(dòng)發(fā)出泵停止命令。

當(dāng)液位高度大于設(shè)定啟動(dòng)液位時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)泵，并有報(bào)警輸出。

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

當(dāng)控制失靈，發(fā)出啟停信號(hào)后泵不能按要求動(dòng)作時(shí)，產(chǎn)生啟動(dòng)、停止報(bào)警。

現(xiàn)有泵都是降壓?jiǎn)��?dòng)，泵的啟動(dòng)狀態(tài)切換到運(yùn)行狀態(tài)有十幾秒間隔時(shí)間，啟動(dòng)泵命令發(fā)出后，經(jīng)過十幾秒檢測(cè)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，若導(dǎo)通說明操作正常，若沒有導(dǎo)通說明動(dòng)作未實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生啟動(dòng)未成功報(bào)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(dòng)控制不成功時(shí)，還有浮球判斷，自動(dòng)停止開啟泵。還可通過轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到手動(dòng)狀態(tài)，手動(dòng)啟停泵。這樣做到了三重保護(hù)，多極控制。

5、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器

1）、功能概述

HMI實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備重要運(yùn)行參數(shù)，根據(jù)參數(shù)情況做相應(yīng)處理；

對(duì)參數(shù)超高或超低報(bào)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(jìn)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(jì)報(bào)表或日、月、年報(bào)等；

可對(duì)各站點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行管理，運(yùn)行狀態(tài)、是否故障、運(yùn)行時(shí)間等；

可通過網(wǎng)絡(luò)采用IE瀏覽器進(jìn)行WWW遠(yuǎn)程訪問智能聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)；

2）、功能說明

實(shí)時(shí)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(jī)界面，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(yùn)行情況，并做參數(shù)的調(diào)整下發(fā)給設(shè)備。有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障，技術(shù)人員可通過人機(jī)界面查看數(shù)據(jù)，分析問題，解決問題。

曲線分析

通過曲線對(duì)關(guān)心的重要數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，形象的展示數(shù)據(jù)運(yùn)行的軌跡，了解設(shè)備運(yùn)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(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，合理的調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。

報(bào)警故障記錄

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

安全管理

本系統(tǒng)具有用戶管理機(jī)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(jìn)行相關(guān)的操作。

用戶的登陸和權(quán)限介紹如下：

點(diǎn)擊系統(tǒng)菜單“登陸”后會(huì)顯示如下圖對(duì)話框

點(diǎn)擊“注銷”按鈕后，對(duì)話框變?yōu)橄聢D

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

數(shù)據(jù)報(bào)表

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

歷史報(bào)表對(duì)一些重要參數(shù)以報(bào)表的方式查詢顯示，可輸入開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間來查詢一段時(shí)間的數(shù)據(jù)運(yùn)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(fù)責(zé)對(duì)泵站安全防范區(qū)域內(nèi)人員出入控制管理，用于加強(qiáng)泵站的自動(dòng)安全防范。

持卡人進(jìn)門時(shí)將卡片接近讀卡器，合法卡信號(hào)通過控制器認(rèn)證后，電鎖自動(dòng)打開，非法卡被禁止訪問。出門時(shí)只要按動(dòng)出門按鈕，電鎖自動(dòng)打開（或雙向讀卡出門）。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)門權(quán)限的明確限定，并對(duì)人員的進(jìn)出情況進(jìn)行記錄，以備查詢。也可以通過聯(lián)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)其它設(shè)備的控制，如消防聯(lián)動(dòng)、燈光和空調(diào)等控制。

門禁具有下列主要特點(diǎn)：

靈活豐富的權(quán)限管制：通過時(shí)區(qū)、周計(jì)劃、假期信息、管制群組的自由設(shè)置可以控制任何一個(gè)持卡人在任何一個(gè)房門的任意時(shí)刻的開門權(quán)限和開門方式。

通道管制、脅迫報(bào)警：系統(tǒng)允許對(duì)某些房門進(jìn)行管制，實(shí)行手動(dòng)或自動(dòng)布防和撤防，布防時(shí)間內(nèi)僅系統(tǒng)卡和警衛(wèi)卡才具有開門權(quán)限。脅迫報(bào)警是指發(fā)生不法分子挾持合法用戶強(qiáng)迫開門事件時(shí)具備報(bào)警機(jī)制。

強(qiáng)大的報(bào)警設(shè)置功能：系統(tǒng)具有脅迫報(bào)警、防撬報(bào)警、強(qiáng)行進(jìn)入報(bào)警、超時(shí)報(bào)警和反潛回功能，可設(shè)置2門電話用來報(bào)警后自動(dòng)撥號(hào)。

電子公告功能：在具備液晶的讀卡器上具有立方獨(dú)特的電子公告功能，通過軟件編輯后可向讀卡機(jī)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(qiáng)大的系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)：用戶可以對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)I/O口進(jìn)行功能設(shè)置，實(shí)現(xiàn)與第三方系統(tǒng)或一卡通其他子系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。

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(jìn)行靈活的選擇。

動(dòng)態(tài)電子地圖顯示：系統(tǒng)具有電子地圖，在電子地圖上實(shí)時(shí)的以圖形和文字的形式顯示事件，如刷卡事件、進(jìn)出房門、門狀態(tài)變化、系統(tǒng)報(bào)警和各種緊急事件等。可以輸入多幅地圖，從不同角度監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)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(duì)制定的通道或房門實(shí)行互鎖，互鎖組的房門在同一時(shí)間只能開啟其中的一扇。反潛回指在合法卡刷卡進(jìn)入后，必須再規(guī)定時(shí)間內(nèi)外出。

自動(dòng)與手動(dòng)的布防/撤防：系統(tǒng)支持對(duì)制定房門的自動(dòng)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(dá)指定的時(shí)間段內(nèi)使其處于布防狀態(tài)，過了這段時(shí)間之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)撤防；也允許在有限的條件下，隨時(shí)對(duì)房門進(jìn)行布防和撤防操作。

五、總結(jié)

在泵站的自動(dòng)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(jì)有效地實(shí)現(xiàn)泵站自動(dòng)化系統(tǒng)變的尤為重要。相信經(jīng)過以上方案的設(shè)計(jì)，泵站自動(dòng)化系統(tǒng)將發(fā)揮其更加積極的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效率。