水泵自動化控制系統(tǒng)

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泵站自動化智能監(jiān)視操縱系統(tǒng)設(shè)計

泵站自動化智能監(jiān)視操縱系統(tǒng)設(shè)計摘要：

1工程概況泵站在防洪、排澇和抗旱減災(zāi)，以及工農(nóng)業(yè)用水和城鄉(xiāng)居民生活供水等方面發(fā)揮著重要作用。另外，泵站為耗能大戶，節(jié)能和節(jié)水問題一樣重要。因此，泵站的經(jīng)濟(jì)運行和優(yōu)化管理就顯得尤為重要。

為改善天津市的投資環(huán)境和生活環(huán)境，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)進(jìn)展，近年來天津市增建了大量的污水、雨水、地道泵站，目前天津市政轄區(qū)泵站數(shù)量已近200座。污水、雨水、地道泵站數(shù)量多、分布廣，使得日常維護(hù)費用呈不斷增長趨勢。如何利用現(xiàn)有的科技手段，制定、實施泵站及值班人員調(diào)度策略，急速擯棄設(shè)備故障，提高系統(tǒng)運行和維護(hù)質(zhì)量、降低運行及維護(hù)本金，成為信息管理的重要課題。

天津市政順應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)展的潮流，提出了泵站自動化創(chuàng)辦和改造，實現(xiàn)對眾多分散在廣闊地域的近200座泵站舉行分散操縱、集中管理的“三位一體”的創(chuàng)新管理模式。充分表達(dá)了“集中管理、分散操縱、多層分級”的現(xiàn)代化操縱和管理理念，以利于最大化地提高效益、儉約本金，適應(yīng)排水管理企業(yè)化、市場化運作的需要。

2網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)2.1通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計原那么通訊網(wǎng)絡(luò)，更加是工業(yè)操縱用網(wǎng)絡(luò)，作為信息傳輸?shù)摹案咚亳R路”，我們在舉行設(shè)計組網(wǎng)時，充分考慮以下原那么：

穩(wěn)當(dāng)性原那么確保當(dāng)任意分節(jié)點展現(xiàn)故障時均不影響主干網(wǎng)的運行，同時系統(tǒng)的通訊狀態(tài)可通過監(jiān)控軟件自動發(fā)出報警。

為全面保障通訊網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)當(dāng)性，天津泵站監(jiān)控系統(tǒng)通訊骨干網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備按照工業(yè)環(huán)境條件設(shè)計，選用工業(yè)級的產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。

安好性原那么確保網(wǎng)絡(luò)上全體監(jiān)控主站能夠安好地獲取信息，并保證信息的完整性和正確性。具有有效防止非法入侵的措施，確保網(wǎng)絡(luò)的安好性；

具有“容錯”設(shè)計，保持本地網(wǎng)絡(luò)的安好性；

推舉采用電信廣域虛擬網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)的安好性能得到充分保障。

先進(jìn)性原那么采用先進(jìn)成熟、開放的以太網(wǎng)技術(shù)，替代傳統(tǒng)的低速、封閉的總線技術(shù)。

采用工業(yè)級的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，替代“辦公”級的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。

擴(kuò)展性原那么確保核心設(shè)備具有容錯處理，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有良好的擴(kuò)展性，將來系統(tǒng)擴(kuò)建時能夠平滑升級。

網(wǎng)絡(luò)容量配置首先按照天津泵站監(jiān)控系統(tǒng)的實際需求，再預(yù)留適當(dāng)?shù)娜萘亢拖嚓P(guān)軟硬件接口，以便為將來擴(kuò)展使用。

2.2現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計針對天津市泵站監(jiān)控系統(tǒng)的特點設(shè)計了該操縱系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)，共分三層：

第一層是現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)層，采用PROFBUS協(xié)議通過通訊總線連接配電柜的電量采集儀表與嵌入式泵站數(shù)據(jù)服務(wù)器舉行通訊。

其次層為廣域虛擬通訊網(wǎng)，采用電信光纖廣域虛擬網(wǎng)，構(gòu)建天津排水管理系統(tǒng)的Intranet網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)泵站現(xiàn)場PLC操縱系統(tǒng)與泵站區(qū)域分操縱中心或中央監(jiān)控系統(tǒng)的通訊，考慮到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要是設(shè)備狀態(tài)和泵站過程參數(shù)等，另外還需要傳輸網(wǎng)絡(luò)音視頻信號。由于數(shù)據(jù)量較大，采用光纖網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)與之建立網(wǎng)絡(luò)連接。使用光纖傳輸網(wǎng)，傳輸速度快，穩(wěn)當(dāng)性好，實時性好；

系統(tǒng)組網(wǎng)極為便當(dāng)，只需配置交換機(jī)，一次性投資省。網(wǎng)絡(luò)其他接入設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)全部由網(wǎng)絡(luò)運行商負(fù)責(zé)，并供給免費終身維護(hù)。

通訊總體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)推舉采用電信廣域虛擬網(wǎng)，各泵站控制主站通過光纖網(wǎng)絡(luò)接入電信廣域虛擬網(wǎng)，各區(qū)域操縱中心或總監(jiān)控中心通過光纖接入電信VPN網(wǎng)絡(luò)。利用現(xiàn)有的電信寬帶業(yè)務(wù)，舉行數(shù)據(jù)通訊。

其中片面地下式泵站由于數(shù)據(jù)量對比少，可以通過GPRS無線方式接入?yún)^(qū)域操縱中心或總監(jiān)控中心。泵站各操縱主站站點作為分支節(jié)點，監(jiān)控中心作為網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點，負(fù)責(zé)管理整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

圖1通訊總體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布局圖本設(shè)計的主干網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)布局，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展極為便當(dāng)。網(wǎng)絡(luò)增加節(jié)點或裁減節(jié)點，均不影響監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行，不會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中斷。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點增加時，只需簡樸地敷設(shè)光纖到節(jié)點位置，接入光連模塊，完成參數(shù)設(shè)置，系統(tǒng)擴(kuò)展即告完成第三層為管理網(wǎng)絡(luò)，為整個系統(tǒng)的最高層，由分操縱中心或中央操縱中心的管理局域網(wǎng)組成。管理網(wǎng)絡(luò)可以和辦公自動化系統(tǒng)以及GIS系統(tǒng)或其他功能子系統(tǒng)連接，實現(xiàn)泵站操縱系統(tǒng)調(diào)度、系統(tǒng)決策支持等高級管理功能。

中央監(jiān)控系統(tǒng)可以自動檢測操縱中心與各泵站監(jiān)控系統(tǒng)的通訊狀態(tài)是否正常。當(dāng)與泵站監(jiān)控系統(tǒng)的通訊失?。娔X斷電、電纜斷開等）時，系統(tǒng)可以自動檢測并發(fā)出通訊失敗的指令，并可在監(jiān)控畫面上以不同的形式（如文字、聲音、閃光燈等）顯示。

3監(jiān)控中心計算機(jī)系統(tǒng)中央操縱計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)建立在開放的、穩(wěn)當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，系統(tǒng)中的硬件和軟件都具有穩(wěn)當(dāng)性、開放性和先進(jìn)性。

配置運算速度快、存儲量大的品牌計算機(jī)。采用基于客戶機(jī)/服務(wù)器布局的WINDOWS2000操作系統(tǒng),使用工業(yè)監(jiān)控軟件作為開發(fā)平臺，在此平臺上設(shè)計開發(fā)操作簡樸的專用泵站監(jiān)控軟件，得志用戶需求和技術(shù)要求。

圖2系統(tǒng)布局示意圖根據(jù)天津市泵站的實際處境，可以組建一個大型的中央監(jiān)控室，同時根據(jù)泵站的性質(zhì)可以分成三個區(qū)域監(jiān)控中心，即為污水泵站監(jiān)控子中心、雨水泵站監(jiān)控子中心以及地道泵站，每個區(qū)域監(jiān)控中心負(fù)責(zé)監(jiān)控50-60個泵站?；蛘吒鶕?jù)地理位置的不同，可以在不同的區(qū)域設(shè)立多個區(qū)域監(jiān)控中心。

設(shè)置區(qū)域監(jiān)控中心后，各區(qū)域監(jiān)控中心可使得各區(qū)域監(jiān)控中心數(shù)據(jù)能夠獨立處理和存儲，既可以提高管理系統(tǒng)的效率，還可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)當(dāng)性，有利于管理和操作。

4現(xiàn)場PLC操縱站4.1自控的構(gòu)成系統(tǒng)根據(jù)泵站工藝的要求，天津市泵站自控工程自動化操縱系統(tǒng)采用三級過程操縱系統(tǒng)。

過程檢測儀表采用4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號。現(xiàn)場操縱系統(tǒng)以PLC操縱系統(tǒng)為核心。

整個自動化工程由中央監(jiān)控系統(tǒng)、各個污水泵站分操縱系統(tǒng)、光纖網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)和CCTV圖象監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場檢測儀表系統(tǒng)及水泵、電動閘門等現(xiàn)場設(shè)備組成。

4.2PLC操縱站的構(gòu)成設(shè)計1、能實現(xiàn)污水、雨水、地道泵站現(xiàn)場工藝操作單元的全自動操縱，監(jiān)控中心集中管理，達(dá)成少人值守或無人值守的目的。2、完全實現(xiàn)各水泵的最優(yōu)運行。

3、自控技術(shù)達(dá)國內(nèi)先進(jìn)水平。

4.3PLC操縱站的主要功能4.3.1系統(tǒng)特點及功能手動操縱模式：

當(dāng)泵站檢修或手出工況，由人工操作泵站的RTU上的操縱扭，起/停相應(yīng)的設(shè)備。

自動操縱模式：當(dāng)泵站在自動操縱方式時，泵站就地RTU采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)（如液位、流量、壓力、PH值等），經(jīng)分析處理后，起/停相應(yīng)的設(shè)備；

并根據(jù)各個水泵的累計工作時間，排列水泵的優(yōu)先起動級別，提高水泵壽命。自動開/關(guān)閘門，定時自動起/停格柵機(jī)，除掉井內(nèi)垃圾。

觸摸屏操縱模式：系統(tǒng)可選配觸摸操作屏，在觸摸屏上可以很便當(dāng)直觀的操縱泵站內(nèi)的各種設(shè)備。

遙控模式：當(dāng)下層設(shè)備打在遙控模式時，在中控室內(nèi)，點擊各設(shè)備的相關(guān)命令，可以操縱下層設(shè)備。系統(tǒng)無論工作在哪一種方式，遙測、遙信聯(lián)系不會中斷，各種數(shù)據(jù)都可及時發(fā)往中心站。

4.3.2操縱采集功能數(shù)據(jù)采集通過現(xiàn)場PLC的數(shù)據(jù)采集模塊（DI、DO、AI、AO）、或遠(yuǎn)程I/O模塊，把采集到的原始數(shù)據(jù)由PLC處理，用來操縱泵站各個設(shè)備或者把數(shù)據(jù)上傳給中控室。

實時采集各泵站的技術(shù)參數(shù)，實時監(jiān)測到的數(shù)據(jù)可以用圖形畫面、曲線表格的形式在操作面板上直觀地顯示出來，這時此數(shù)據(jù)可實時傳送給中心調(diào)度室。

4.3.3監(jiān)視報警功能通過操縱站內(nèi)設(shè)儀表監(jiān)視盤，實時監(jiān)視各電壓、電流、流量、液位、壓力、水溫柔PH值等，同時超限報警，PLC對實時采集的設(shè)備故障狀態(tài)輸出報警信號，閃光報警器報警，同時反映到中心調(diào)度室報警。

實時故障報警實時接收設(shè)備和系統(tǒng)運行參數(shù)，如超出報警閾值，系統(tǒng)立刻給出可視可聞的報警，使操作人員以最高效率擯棄故障。

當(dāng)同時產(chǎn)生多組報警時系統(tǒng)將依報警優(yōu)先級及發(fā)生的時間依次，自動換頁至報警發(fā)生畫面供操作人員確認(rèn)，以急速排除故障。同時顯示故障的地點、時間、類型，提高操作人員處理報警的效率。

報警級別:事情通知、一般故障、緊急事故等。緊急事故最優(yōu)先。

報警優(yōu)先級分多級，操作人員可在系統(tǒng)組態(tài)時自行定義報警輸入點及報警限值。

報警處理事情通知：表示系統(tǒng)中發(fā)生了應(yīng)留神的事情，如某一設(shè)備的啟動或中斷等。計算機(jī)將顯示提示信息指點操作人員注意。操作人員不需對此確認(rèn)。

一般故障：表示系統(tǒng)中發(fā)生設(shè)備故障需要擯棄，但不至有重大危害。發(fā)生一般故障報警時，若相關(guān)參數(shù)不在當(dāng)前顯示畫面上，畫面將彈出小型提示窗口，提示故障內(nèi)容，直至操作人員按下確認(rèn)鍵。反之那么相關(guān)參數(shù)項變?yōu)榧t色閃爍，直至操作人員按下確認(rèn)鍵。同時，計算機(jī)將以中文語音報告事故內(nèi)容。

報警記錄各級報警的發(fā)生、確認(rèn)及回復(fù)正常均可記錄于計算機(jī)文檔中，以備隨時以按鍵方式查詢以及備案。報警記錄包含時間、設(shè)備名稱及狀態(tài)（譬如：警報發(fā)生、警報確認(rèn)、回復(fù)正常）等。

4.3.4自控系統(tǒng)特點：

泵站操縱布局配置：可編程序操縱器及開關(guān)量、模擬量輸入、輸出模塊；

通訊模塊；

電源模塊；

現(xiàn)場檢測、顯示儀表、觸摸屏、RTU操縱柜構(gòu)成。整個自控系統(tǒng)具有以下特點：

網(wǎng)絡(luò)和通訊為設(shè)計的核心；

人機(jī)界面的設(shè)計關(guān)鍵是人與計算機(jī)之間切實流暢的交換信息；

各個現(xiàn)場的數(shù)據(jù)務(wù)必切實實時的與系統(tǒng)舉行有效的通訊。

4.3.5現(xiàn)場PLC自動操縱：

各單體工程現(xiàn)場操縱主要由PLC來完成。根據(jù)現(xiàn)場要求，通過PLC操縱器實現(xiàn)對整個工藝過程、電氣設(shè)備的實時監(jiān)控。

PLC操縱器通過采集現(xiàn)場儀表的實時數(shù)據(jù)和操縱設(shè)備的狀態(tài)信息，實現(xiàn)過程操縱、依次操縱、連鎖操縱及設(shè)備的開、關(guān)、停和格柵、恒液位變頻操縱潛水泵廠家供給的PLC通訊等各種任務(wù)。達(dá)成現(xiàn)場“無人值守”處境下，各設(shè)備的全自動運行。

在本系統(tǒng)中，PLC主要有兩大功能：

（1）將各工藝片面的各類儀器、儀表采集的數(shù)據(jù)舉行對比、運算，以達(dá)成各受控設(shè)備的自動運行、故障養(yǎng)護(hù)等功能，得志工藝的要求。

（2）將各受控設(shè)備的運行數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)。

4.3.6觸摸屏操縱1）通過觸摸屏舉行操縱方式選擇、全體泵站設(shè)備參數(shù)設(shè)置、以及管理密碼設(shè)置和修改。

2）主界面顯示泵站主要設(shè)備的運行狀態(tài)和故障實時監(jiān)控，畫面干脆，明顯；

通訊指示燈顯示PLC和中控室計算機(jī)之間的ADSL網(wǎng)絡(luò)連接狀況，當(dāng)通訊奇怪時，會自動轉(zhuǎn)入PLC全自動運行，保證泵站正常運行；

報警指示燈亮?xí)r，說明設(shè)備奇怪，給值班人員提示，同時報警信息會自動被記錄并歸檔，予以查詢，提高管理功能。

3）參數(shù)設(shè)置是泵站正常運行的關(guān)鍵，只有全體的參數(shù)正常設(shè)置的處境下，才能保證全自動按照人的意志去執(zhí)行，所以參數(shù)確定要符合工藝要求，而且不能漏置。

4）操作界面干脆便當(dāng)，全體設(shè)備操縱都可在觸摸屏內(nèi)實現(xiàn)開、關(guān)、停。為防止誤操作，可將確認(rèn)對話框放在另一屏。5）全體的泵站參數(shù)監(jiān)控界面，可查看泵站電流、電壓、功率、功率因素、電量等參數(shù)；

也可查詢設(shè)備的開停狀態(tài)、故障信息等狀態(tài)；

以及其主要參數(shù)。

6）查詢實時報警信息，便與維護(hù)人員修理。

7）密碼設(shè)置及修改便于管理人員設(shè)置權(quán)限。

8）顯示流量、壓力、液位等參數(shù)的曲線圖，直接美觀。

9）當(dāng)觸摸屏長時間處于不操作狀態(tài)時，可從操作狀態(tài)退出到屏保程序中，防止惡意操作，又養(yǎng)護(hù)觸摸屏。

5儀表系統(tǒng)為了保證泵站運行的安好、穩(wěn)當(dāng)，儀器檢測儀表應(yīng)選用經(jīng)多個工程運行考證性能穩(wěn)定、穩(wěn)當(dāng)、維護(hù)便當(dāng)。

儀表大片面采用4—20mADC信號或通訊方式。

所配置的儀表中，智能儀表具有校正功能、自診斷功能、信號養(yǎng)護(hù)功能、以及故障報警功能等。因此操作使用便當(dāng)，操作人員可以實時查詢和維護(hù)。

儀器、儀表是泵站自動化的關(guān)鍵設(shè)備之一，儀器儀表的配置遵守穩(wěn)當(dāng)、先進(jìn)、合理的原那么。

6防雷系統(tǒng)雷電和浪涌電壓成了電子化時代的一大公害。為了裁減雷害，需要采用穩(wěn)當(dāng)?shù)姆览状胧?。全體進(jìn)出受養(yǎng)護(hù)區(qū)的金屬線路（如電氣線路、信號線路、天饋線路），假設(shè)有接入到受養(yǎng)護(hù)的設(shè)備，原那么上都有可能引入雷電波高電壓脈沖，使要養(yǎng)護(hù)的設(shè)備處于危害狀態(tài)，所以在這些線路上都要加裝過壓養(yǎng)護(hù)。全體的養(yǎng)護(hù)器都要穩(wěn)當(dāng)接地，以養(yǎng)護(hù)雷電能量有泄放通道。

電源防雷為了更有效地養(yǎng)護(hù)好電視監(jiān)控設(shè)備設(shè)施，本著"安好可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理"的指導(dǎo)思想舉行規(guī)劃。

電源按三類防雷養(yǎng)護(hù)：對監(jiān)控機(jī)房內(nèi)的畫面分割器、主距陣等重點設(shè)備、其它區(qū)攝像頭供電變壓器處及紅外報警器前采用防雷器防護(hù)脈沖過壓。

信號系統(tǒng)防雷防過壓養(yǎng)護(hù)從室外進(jìn)入監(jiān)控機(jī)房的視頻線及數(shù)據(jù)操縱線路，大都暴露戶外，而且走線較長，最輕易遭遇雷電感應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)大的感應(yīng)電流，從而通過線路損害連接設(shè)備及其后接設(shè)備。為此：

1）在室外攝像機(jī)的端口處和畫面分割器的端口處分別加視頻信號防雷器對設(shè)備舉行養(yǎng)護(hù)。

2）對操縱云臺數(shù)據(jù)線在云臺操縱器的端口前加裝信號防雷器對操縱設(shè)備舉行養(yǎng)護(hù)，從而保障數(shù)據(jù)通訊正常工作。

3）對操縱紅外探頭數(shù)據(jù)線在報警器的端口前加裝信號防雷器對報警設(shè)備舉行養(yǎng)護(hù)。

等電位連接措施在監(jiān)控中心機(jī)房防靜電地板下，沿著地面上布置紫銅排，形成閉合環(huán)接地匯流母排。將配電箱金屬外殼、電源地、避雷器地、機(jī)柜外殼、金屬屏蔽線槽、門窗等穿過各防雷區(qū)交界的金屬部件和系統(tǒng)(設(shè)備的外殼)，以及對防靜電地板下的隔離架舉行多點等電位接地就進(jìn)至匯流排。并采用等電位連接線銅芯線螺栓緊固的線夾作為連接材料。同時在機(jī)房找出建筑物主鋼筋，經(jīng)測試確與避雷帶連接良好，用鍍鋅圓鋼通過銅鐵轉(zhuǎn)換接頭將接地匯流母排與之連接起來。同時將室外攝像機(jī)的金屬支架用鍍鋅扁鐵與建筑物主鋼筋連接起來，形成等電位。

數(shù)據(jù)傳輸防雷養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)都是工作電壓較低的弱電設(shè)備，耐過壓能力低，傳輸信號易被干擾。因此，務(wù)必安裝防雷器舉行養(yǎng)護(hù)。

如在攝像頭到視頻信號接收機(jī)及攝像頭到操縱信號接收機(jī)這段傳輸線，易感應(yīng)上雷電流，應(yīng)在攝像機(jī)后端、接收機(jī)前端各串接一只同軸視頻防雷器舉行養(yǎng)護(hù)，防止系統(tǒng)信號受干擾和中斷。

網(wǎng)絡(luò)與通信系統(tǒng)