關(guān)于泵站無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)初探

陳俊

深圳市水務(wù)技術(shù)服務(wù)有限公司 518000

摘要：以某泵站無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，分別對監(jiān)控中心、通信平臺、監(jiān)控子站三大組成部分進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)良好的系統(tǒng)調(diào)度、監(jiān)控及指揮，提高水庫泵站運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞：泵站；無線監(jiān)控；設(shè)計(jì)

1前言

水力資源在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占據(jù)著重要的地位，隨著我國綜合國力的不斷提高，在水利工程建設(shè)方面也增大了投資力度，合理的充分利用水力資源也顯得越來越重要。泵站是水利資源調(diào)度的重要組成部分，但目前我國的大部分泵站的控制和管理與國外相比還處于相對落后。因此，一定要對現(xiàn)有的泵站電氣自動化提出更高要求。

泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)水利信息化的重要環(huán)節(jié)之一，對供水系統(tǒng)進(jìn)行有效、合理的監(jiān)測，特別是加強(qiáng)每個工藝環(huán)節(jié)的自動控制及監(jiān)測，是提高供水系統(tǒng)工作安全與質(zhì)量的重要因素。本文論述的該項(xiàng)設(shè)計(jì)是以3個泵站實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集中控制與監(jiān)測，根據(jù)用戶用水量對各水泵進(jìn)行合理調(diào)度，從而確保用戶供水需求，實(shí)現(xiàn)降低成本、節(jié)能減排。

2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)是由3大部分構(gòu)成：第一部分是監(jiān)控中心，監(jiān)控中心由監(jiān)控服務(wù)器、客戶端主機(jī)、GPRS無線通信模塊、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、組態(tài)軟件、打印機(jī)、UPS電源等組成，主要對人機(jī)接口命令及各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；第二部分是通信平臺，通過對系統(tǒng)的安全性和可靠性的充分考慮，該系統(tǒng)選擇了GPRS系統(tǒng)作為集中監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺；第三部分是監(jiān)控子站，它是子系統(tǒng)的監(jiān)控中心。

2.1監(jiān)控中心

監(jiān)控中心的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1，監(jiān)控中心監(jiān)控服務(wù)器由GPRS無線通信模塊連接到移動公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)接收各泵站數(shù)據(jù)信號，并向各泵站進(jìn)行命令傳送，對泵站水泵、閥門等設(shè)備運(yùn)行實(shí)行控制。

圖1 監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)圖

監(jiān)控服務(wù)器裝有功能強(qiáng)大、畫面豐富的組態(tài)監(jiān)控軟件、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)軟件和通信應(yīng)用軟件。監(jiān)控中心是整個供水調(diào)度系統(tǒng)的控制中樞，它可以實(shí)現(xiàn)多畫面實(shí)時顯示調(diào)蓄池液位、各泵站用電參數(shù)、水泵運(yùn)行電流等實(shí)時數(shù)據(jù)及各設(shè)備的運(yùn)行狀況等，并且可對被控對象實(shí)行遠(yuǎn)距離實(shí)時控制，并對當(dāng)前數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)匯總，根據(jù)實(shí)際情況對出現(xiàn)的故障進(jìn)行報(bào)警。監(jiān)控服務(wù)器采用雙機(jī)熱備系統(tǒng)，雙機(jī)熱備就是實(shí)時數(shù)據(jù)、報(bào)警信息和變量歷史記錄的熱備。主從機(jī)都正常運(yùn)行時，主機(jī)從設(shè)備采集數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生報(bào)警和事件信息。從機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)從主機(jī)

獲取實(shí)時數(shù)據(jù)和報(bào)警信息，而不會從設(shè)備讀取或自己產(chǎn)生報(bào)警信息。主從機(jī)會對變量歷史數(shù)據(jù)各自記錄。同時，從機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽主機(jī)，從機(jī)與主機(jī)之間的監(jiān)聽采取請求與應(yīng)答的方式，從機(jī)以一定的時間間隔向主機(jī)發(fā)出請求，主機(jī)應(yīng)答表示工作正常，若主機(jī)沒有作出應(yīng)答，從機(jī)將切斷與主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，轉(zhuǎn)入活動狀態(tài)，改由下位設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生報(bào)警和事件信息。此后，從機(jī)還會定時監(jiān)聽主機(jī)狀態(tài)，一旦主機(jī)恢復(fù)，就切換到熱備狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了熱備。

客戶端主機(jī)主要給操作的人員提供一個人機(jī)界面，授權(quán)用戶可通過此操作站訪問系統(tǒng)的監(jiān)控服務(wù)器數(shù)據(jù)，并且可對數(shù)據(jù)進(jìn)行人機(jī)交互的相關(guān)處理?？蛻舳酥鳈C(jī)安裝有客戶端軟件和在此平臺上開發(fā)的監(jiān)控軟件人機(jī)交互處理軟件。

2.2無線通信平臺

無線通信平臺會顯得非常靈活，具有投資較少、建設(shè)周期短、

運(yùn)行維護(hù)簡單、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。通過比較分析，決定選用中國移動的GPRS系統(tǒng)作為集中監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺。目前，GSM網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過電信部門的多年建設(shè)，覆蓋范圍不斷擴(kuò)大，已成為成熟、穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，特別是中國移動新推出的GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺上構(gòu)建供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各泵站監(jiān)控點(diǎn)的無線數(shù)據(jù)傳輸具有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，縮短建設(shè)周期，降低建設(shè)成本的優(yōu)點(diǎn)，而且設(shè)備安裝方便、維護(hù)簡單。

監(jiān)控中心用一個GPRS模塊，通過串口與服務(wù)器連接，模塊內(nèi)安裝一張SIM卡?，F(xiàn)場每個測控終端內(nèi)有GPRS模塊，模塊內(nèi)安裝一張SIM卡。中心和現(xiàn)場的GPRS模塊都能登陸移動公司的GPRS-VPN專網(wǎng)，在網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)。

VPN是一門網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)，為人們提供了一種通過公用網(wǎng)絡(luò)安全地對企業(yè)內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問的連接方式。一個網(wǎng)絡(luò)連接通常由3個部分組成：客戶機(jī)、傳輸介質(zhì)和服務(wù)器。同樣也由這3部分組成，不同的是VPN連接使用隧道作為傳輸通道，這個隧道是建立在公共網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上的，如Internet或Intranet。GPRS-VPN專網(wǎng)系統(tǒng)采用中國移動分配的專門的APN進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)接入，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對SIM卡和APN進(jìn)行綁定，只有屬于指定APN的SIM卡才能訪問此專用APN。利用SIM卡的唯一性，劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍，可以有效避免非法入侵。企業(yè)通過專線和移動公司GPRS網(wǎng)的GGSN相連，在移動GGSN網(wǎng)元上為企業(yè)設(shè)置一個專用的接入APN點(diǎn)，從而在企業(yè)使用的移動設(shè)備和企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之間構(gòu)成一條無線虛擬專網(wǎng)（VPN）通道，解決了企業(yè)提出的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)安全性及數(shù)據(jù)私密性的要求。無線終端在進(jìn)行GPRS附著時，SGSN首先向HLR查詢移動終端所允許使用的APN，然后通過DNS將APN解析成相應(yīng)的IP地址。專用的APN在GGSN上將體現(xiàn)為專用的網(wǎng)絡(luò)地址段。由于企業(yè)通過專線和移動公司連接，此時無線終端已通過此種方式通過GPRS相接到企業(yè)專網(wǎng)。

2.3監(jiān)控子站

各泵站設(shè)監(jiān)控子站一座，由遠(yuǎn)程測控終端及GPRS無線通信模塊組成，遠(yuǎn)程測控終端通過GPRS無線通信模塊接入移動GPRS網(wǎng)絡(luò)，同監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時交換，并接收監(jiān)控中心控制指令，控制子站設(shè)備啟停運(yùn)行。各泵站設(shè)備的運(yùn)行不依賴于監(jiān)控中心，可獨(dú)立運(yùn)行，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

遠(yuǎn)程測控終端是一套完整的PLC控制系統(tǒng)，由相應(yīng)的CPU模塊、通信模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量模塊、UPS不間斷電源組成。遠(yuǎn)程測控終端實(shí)時采集各水泵及閥門運(yùn)行狀態(tài)、水泵電流、調(diào)蓄池水位、供水壓力、供水流量等，通信模塊同GPRS模塊相連，通過GPRS模塊內(nèi)置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)向監(jiān)控中心數(shù)據(jù)傳遞，并接收監(jiān)控中心控制指令，實(shí)現(xiàn)泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控調(diào)度。

3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1自動控制

自動控制顯示各水泵運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行電流、水池水位及電動閥門開度等，當(dāng)泵站就地系統(tǒng)選擇集控時，可對設(shè)備進(jìn)行自動或手動控制，并實(shí)現(xiàn)了水位和水泵的自動控制。

3.2實(shí)時監(jiān)控報(bào)警

實(shí)時監(jiān)控為該系統(tǒng)提供了集成、靈活、易用的開發(fā)環(huán)境和廣泛的功能，能夠快速建立、測試和部署自動化應(yīng)用，來連接、傳遞和記錄實(shí)時信息，使用戶可以實(shí)時查看和控制工業(yè)生產(chǎn)過程，圖2是系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時曲線。

圖2 泵站無線監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時曲線

4結(jié)語

該泵站運(yùn)用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了無線通信，自動控制和實(shí)時報(bào)警等功能。通過實(shí)踐證明該系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了自動控制的作用，還達(dá)到節(jié)能降耗、合理調(diào)配的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅鍵光.泵站監(jiān)控系統(tǒng)自動化設(shè)計(jì)[J].建筑與文化，2013.

[2]趙洪亮，王加奎等.基于西門子PLC的煤礦井下自動化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2012，33.