一 前言

       排水泵站（下簡稱泵站）作為市政建設和管理工程的主要設施，擔負著城市排水防澇的重要任務。從目前國內大部分的泵站控制和管理來看還是處于相當落后的狀況，與國外相比具有很大的差異。在電氣控制上，自動化監控程度低，大部分的泵站僅有單級的常規控制。在管理水平上，大部分泵站的管理記錄和統計都是手工操作。泵站控制和管理沒有形成區域化的網絡。隨著國民經濟的飛速發展，對市政建設和管理提出了更高的要求。所以必需對現有泵站控制和管理進行改造和完善。向國外無人化泵站監控管理發展，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，要實現泵站的自動控制，在中心控制室實現遠程監控。中心控制室還要集成門禁系統和視頻系統。

三 方案設計(泵站遠程監控)

1、 系統目的：

　　通過對泵站的有序控制，將泵站運行的設備、電力、水位等實時信息采集到中心控制室數據中心，進行遠程監控；并在局域網內計算機上進行瀏覽，使得管理人員對泵站操作情況做到有的放矢。

　　監控的參數有：

　　電力參數：AB相電壓、BC相電壓、功率因數、泵電流

　　泵參數：運行狀態、過載狀態。泵的啟動、停止等

水情況：水位、流量、累計流量等

門禁系統：主要負責對泵站安全防范區域內人員出入控制管理，用于加強泵站的自動安全防范。

　　視頻：攝像設備監控泵站水位和設施的安全防盜。

2、系統結構：

　　由于泵站監控設備有些已有，所以在充分利用現有設備前提下，進行控制改造，實現水泵的控制，達到節約目的。

　　系統采用三層網絡結構分別實現系統的采集和控制以及顯示記錄等功能。

采用此網絡結構，可以實現辦公網與生產控制網絡的隔離，避免病毒從辦公網傳到生產網中來，并可實現數據的共享，辦公管理人員可以通過IE瀏覽器直接訪問實時數據。

2.1、PLC監控系統：使用三菱公司FX2N系列PLC，實現對各泵站站內機組的各部分的參數的采集控制功能，自身可以獨立實現運行和控制目的。

2.2、中心控制室數據中心監控系統：實現數據的遠程顯示和控制。

2.3、局域網辦公瀏覽系統：實現實時數據的網絡瀏覽系統。

　　系統在設計和實施工程中充分考慮到各站需要，實現三級操作保護的功能，從而可以保證站內的異常處理和操作維護，同時有利于實現運行人員逐步適應新一代的計算機監控系統。實現了對站內各個系統參數的監測和監控功能，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用的需要。同時監控系統設計通過網絡通訊方式，設立了一個WEB服務器、門禁系統服務器和視頻服務器，辦公網內管理人員可以通過任意一臺計算機可以實時觀察到當前狀況并能查詢歷史數據和了解各操作中的主要工作過程，可以達到對站內的抽水任務的及時合理調度。

3、系統功能

3．1 數據的采集

      通過泵站各個現場采集單元和智能裝置，依據各個不同的通訊規約，通過無線、有線網絡和RS232通訊線將站內的數據實時地反映到中心控制室計算機監控界面。由于各站較分散，根據各站的不同情況，采用以下兩種方式實現：

3.1.1 ADSL

      將下屬的泵站的數據傳遞到中心控制室，由于數據中心與各分站之間已經建立了ADSL網絡，因此針對本項目，借用原有的ADSL網絡進行數據通訊是最具性價比的方式。同時 ，由于系統以后需要根據需求擴展，要求對系統的開放性、可維護性和擴展性給予充分考慮。

       系統主要由紫金橋監控軟件、MOXA串口聯網服務器和三菱PLC構成，這種方式的主要特點是結構分散、開放性好、穩定性強、性價比高并且擴展容易。紫金橋監控軟件主要負責數據采集、通訊處理、人機界面和WEB發布等工作；串口聯網服務器負責將三菱PLC的串口通訊轉為以太網通訊，并將數據通過ADSL網絡傳遞給紫金橋監控軟件； 三菱PLC負責現場儀表和設備的通訊及數據采集和控制。主要工作方式：紫金橋監控軟件設在中央數據中心，數據中心有一個固定的外網IP，紫金橋監控軟件采用典型的C/S和B/S結構 ，B/S方式是作為WEB服務器，將實時數據和畫面通過WEB進行發布，遠端用戶經過授權，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視。C/S方式是紫金橋軟件作為標準服務器端與各分站的多個客戶端（MOXA串口聯網服務器）進行通訊，建立連接時由串口聯網服務器主動向擁有固定IP的服務器端發出連接請求 ，服務器進行應答，建立網絡連接之后，由紫金橋主動向下位的三菱PLC發出請求，通過三菱專有協議與PLC進行通訊，MOXA串口聯網服務器在中間起到透明轉發的作用。

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的IP地址。每個GPRS DTU因此通過GPRS網絡獲得一個獨一的動態IP地址，如果終端要建立與中心數據服務器的TCP連接，中心數據服務器IP地址綁定一個動態域名解析，由此終端的GPRS DTU 在上線后，主動向綁定了IP動態域名解析的域名，發送一個自身設備編號、自身動態IP地址以及端口號的注冊信息包，用于保持與中心數據服務器TCP鏈路保持活躍狀態。這種為保持與數據中心服務器的TCP鏈路保持活躍狀態的注冊包，我們稱之為“心跳包”。每當GPRS重新上電，或是應系統地要求被遠程喚醒、或根據GPRS DTU配置設定的發送心跳包間隔時間自動上線，GPRS DTU則應自動的向中心發送心跳包信息，告知數據中心服務器其已保持鏈路正常。

      數據中心服務器數據中心有一個固定的外網IP，紫金橋監控軟件通過與GPRS DTU建立TCP連接，完成與PLC數據的無線傳輸。

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的工作情況，其畫面可以鏈接各種動態畫面，具有很強的可觀效果。

3．3 統計和計算功能

　對于排水量需要一個準確的數據，泵站遠程監控系統通過本身具有的報表統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，并計算出站內的抽水效率，為站內的工作人員提供一個很有價值的參考數據。

3．4控制功能

　　中央控制室的計算機監控系統可以在微機上實現機組的開停機的自動控制，以及現地PLC控制單元的自動保護控制，主工控機將站內的各控制單元有機的結合，極大減輕了工作人員的勞動強度。

3．5 水位控制調節

　　中央控制室的計算機監控系統可以通過與PLC的通訊連接，根據設定的水位參數閉環調節各水泵的啟停操作，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控系統上完成，通過點擊計算機上按鈕實現；本地手/自動控制通過切換泵控制柜上的切換開關實現。當上位計算機發生故障時，泵通過PLC控制柜中的PLC仍能實現自動控制調節系統。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置可以修改且具有停電保持功能。各泵根據測量的液位實現自動啟停，節約電力能源。

　　最大限度延長泵的壽命、保護設備方面，實現多方報警保護功能：