排水泵站綜合監(jiān)控自動化管理系統(tǒng)

泵站綜合監(jiān)控系統(tǒng)排水泵站作為城市建設中的重要設施，具有數(shù)量多、分布廣的特點，本文介紹了一種基于"三網(wǎng)合一"及VPN技術(shù)的廣域監(jiān)控網(wǎng)絡，實現(xiàn)對大量分散在廣闊地域的各單體污水泵站進行分散控制、集中管理的 "三位一體"的創(chuàng)新管理模式，實現(xiàn)了泵站的無人值守、綜合監(jiān)控、信息處理、現(xiàn)場生產(chǎn)調(diào)度指揮等功能，實現(xiàn)了城市污水排放體系的自動化管理，并顯著降低能耗、提高管理質(zhì)量和管理效率，具有現(xiàn)實的意義關鍵詞：排水系統(tǒng)自動化管理體系 無人值守泵站 網(wǎng)絡監(jiān)控 三網(wǎng)合一 VPN 一、概述隨著我國工業(yè)經(jīng)濟的高速發(fā)展，市政排水泵站數(shù)量日益增多，地域日益分散，使得相關的管理維護工作量大幅增加污水泵站的日常維護工作一般采用人工巡視檢查的辦法，工作量大、效率低、反應慢，這種管理方式越來越不適應城市發(fā)展的要求國內(nèi)也有部分較為先進的污水排放管理系統(tǒng)采用了無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，用于實時傳送污水泵站的檢測數(shù)據(jù)，但其管理和維護仍需采用人工巡視的方法采用無線方式實現(xiàn)泵站實時監(jiān)控，技術(shù)較為復雜、可靠性差、代價較高因此，如何把現(xiàn)代信息技術(shù)運用到污水管理體系中，實現(xiàn)城市污水排放體系的自動化管理、提高管理質(zhì)量和管理效率，具有現(xiàn)實的意義二、城市排污系統(tǒng)自動化信息管理體系的基本建設要求排污系統(tǒng)自動化信息管理體系實際包含中央控制管理系統(tǒng)、各污水泵站監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)等五大部分。

其中中央控制管理系統(tǒng)可構(gòu)成控制中心，控制中心是整個管理體系的核心，是區(qū)域內(nèi)各污水泵站的信息匯總點和整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制中心通過控制中心可以全面掌握區(qū)域內(nèi)各污水泵站的實時運行狀態(tài)，并根據(jù)預設規(guī)則自動實施對泵站的遙控操作，也可以在特殊情況下實施泵站現(xiàn)場的人工干預通過現(xiàn)場自動監(jiān)控圖象的實時傳遞，控制中心可以遠距離觀察現(xiàn)場實況，實現(xiàn)現(xiàn)場的無人值守管理對于控制中心，一般有以下的要求：1、實時觀察區(qū)域內(nèi)各污水泵站的運行狀態(tài)2、及時控制區(qū)域內(nèi)各污水泵站的可控設備3、區(qū)域內(nèi)各污水泵站歷史運行信息的記錄4、各種報表、記錄的生成和輸出5、多種報警信號的處理與記錄污水泵站監(jiān)控系統(tǒng)是泵站現(xiàn)場控制執(zhí)行機構(gòu)和控制中心集中管理的信息源，一般實現(xiàn)以下功能：1、泵站的總體供電狀況檢測與故障告警2、水泵的電氣運行數(shù)據(jù)檢測及故障告警3、污水泵的遙控、手控啟停功能4、清污隔柵的工作狀態(tài)檢測、控制和故障告警5、啟閉機的工作狀態(tài)檢測、控制和故障告警6、液位、污水流量的檢測7、無人值守的現(xiàn)場監(jiān)控排污系統(tǒng)自動化信息管理體系的正常運行依賴于泵站監(jiān)控系統(tǒng)與監(jiān)控中心之間的有效信息交換，信息的傳遞不僅包括一般的實時數(shù)據(jù)傳遞和控制信號的傳遞，還包括了遠程實時監(jiān)控視頻圖象信息的傳遞，如何利用現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)可靠、穩(wěn)定的信息交換是系統(tǒng)建設的關鍵之一。

三、城市排污系統(tǒng)自動化信息管理體系的技術(shù)構(gòu)架排污系統(tǒng)自動化信息管理體系的核心在于信息的遠傳與控制，現(xiàn)代網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展為信息遠距離交流提供了技術(shù)基礎考慮到污水泵站分布面廣、距離遠，采用人工布線構(gòu)建專用的局域網(wǎng)具有代價高、工期長、網(wǎng)絡利用率低的缺點本文提出了基于租用電信光纖線路構(gòu)建虛擬專用廣域網(wǎng)的方案，可避免專用網(wǎng)絡的缺點，具有經(jīng)濟性好、建設周期短的優(yōu)點如圖1所示，系統(tǒng)分為三個層次結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場控制設備、單體泵站監(jiān)控系統(tǒng)、中央監(jiān)控管理系統(tǒng)各單體泵站監(jiān)控系統(tǒng)核心采用PLC控制器，泵站內(nèi)的各項數(shù)據(jù)采集和控制均由PLC來協(xié)調(diào)完成，PLC系統(tǒng)的網(wǎng)絡服務功能模塊通過VPN光纖網(wǎng)絡與控制中心的管理服務器形成信息交換鏈路，完成控制中心與泵站現(xiàn)場的數(shù)據(jù)交換和控制信息傳遞泵站內(nèi)視頻監(jiān)控設備的模擬信號經(jīng)過視頻服務器轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號，由視頻服務器通過VPN光纖網(wǎng)絡上傳至監(jiān)控中心的視頻服務器，同時監(jiān)控設備的調(diào)整控制信號通過同樣的鏈路，由控制中心傳送至現(xiàn)場??? 四、應用實例以上排污泵站信息化系統(tǒng)管理體系建設方案已在紹興市城區(qū)污水泵站改造項目中由紹興市排水管理有限公司與杭州亞大自動化有限公司聯(lián)合開發(fā)并具體實施，改造完成后的排污系統(tǒng)實現(xiàn)了近30座排水泵站區(qū)域網(wǎng)絡控制功能，在控制中心不僅可以監(jiān)視遠程泵站現(xiàn)場情況和各種運行數(shù)據(jù)，同時可以實現(xiàn)遠程遙控功能，使泵站實現(xiàn)無人值守自動化管理，大大提高了管理的質(zhì)量和效率。

4.1 系統(tǒng)組成污水泵站骨干網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)為光纖有線傳輸網(wǎng)絡自動化管理系統(tǒng)由中央監(jiān)控系統(tǒng)、各污水泵站控制系統(tǒng)、光纖網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)和CCTV圖象監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場檢測儀表系統(tǒng)及泵機、電動閥門等組成系統(tǒng)主要硬件配置包括：1）管理服務器：采用Dell PE2600 Sever(XEON2.4G/512M SDROM/120G SCSI HDD)2）視頻服務器：采用Dell PE1600SC Sever（雙XEON2.8G/1G SDROM/2×146G SCSI HDD）3）監(jiān)控計算機：采用AdvanTech IPC610( PIV3G/1G SDROM/80G HDD)4）泵站PLC系統(tǒng)： 采用SIEMENS S7-300系列以及GE90-30系列5）泵站視頻服務器：采用VAJET嵌入式網(wǎng)絡視頻服務器系統(tǒng)主要軟件配置包括：1）操作系統(tǒng)：服務器采用Windows2000 Sever、監(jiān)控計算機采用Windows2000 Professional2）監(jiān)控軟件：基于Wonderware Intouch8.0軟件開發(fā)3）數(shù)據(jù)庫管理軟件：基于Mcrosoft SQL Sever6.0開發(fā)4）視頻管理軟件：采用VAJET nDVR4.2 現(xiàn)場無人值守泵站控制處于最底層的就是分布于市內(nèi)各地區(qū)的無人值守污水泵站，在正常情況下，污水泵站現(xiàn)場控制系統(tǒng)直接通過PLC控制器編程實現(xiàn)自動控制，并實現(xiàn)如下功能：一、泵站數(shù)據(jù)采集及現(xiàn)場控制：1、就地采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)如進水池液位、流量、水泵的報警信號和一些電量參數(shù)等，經(jīng)控制程序分析處理，將各工藝部分的各類儀器、儀表采集的數(shù)據(jù)進行比較、運算、優(yōu)化，以達到各受控設備的自動運行、故障保護等功能；2、節(jié)能控制：根據(jù)泵站液位智能控制算法實現(xiàn)污水泵變頻節(jié)能控制。

實際節(jié)電效率平均為30%；3、根據(jù)各個污水泵的累計工作時間，通過PLC編程實現(xiàn)泵運行時間的排序算法，以啟停具有最適合條件的污水泵，達到提高污水泵壽命的目的4、采集泵站防盜系統(tǒng)信號，當出現(xiàn)非法入侵時，及時上傳報警信號主要編程控制對象：1.格柵機控制：可設定一時間周期，格柵機定時清渣2.污水泵控制：可設定污水泵站集水池的上下報警水位，通過控制開停泵的臺數(shù)和控制泵的運行頻率，控制集水池的水位3.電動閥門控制：①開泵時：電動閥門關，啟動污水泵，延時后，打開電動閥門；②關泵時：關閉電動閥門，停污水泵4.啟閉機控制：根據(jù)集水池的水位開或關啟閉機，控制污水進水流量二、是將各受控設備的運行數(shù)據(jù)上傳至上位監(jiān)控計算機：通過光纖有線傳輸網(wǎng)絡將泵站采集的現(xiàn)場信號以TCP/IP數(shù)據(jù)包的形式通過泵站測控系統(tǒng)的以太網(wǎng)通訊鏈路發(fā)送到監(jiān)控中心；三是接受監(jiān)控中心控制指令并執(zhí)行控制指令4.3 遠程監(jiān)控為了監(jiān)測泵站是否正常運行，并保證能及時發(fā)現(xiàn)泵站的異常狀況、及時作出調(diào)度決策，一方面中央監(jiān)控系統(tǒng)接收來自PLC采集的現(xiàn)場信號，另一方面對于各單體泵站系統(tǒng)，采用CCTV圖像監(jiān)視系統(tǒng)對現(xiàn)場的運行狀況進行全過程實時圖像監(jiān)視，視頻信號采用MPEG-4視頻壓縮技術(shù)，轉(zhuǎn)換成TPC/IP數(shù)據(jù)包通過以太網(wǎng)通信鏈路發(fā)送到監(jiān)控中心。

以太網(wǎng)通信鏈路由網(wǎng)絡交換機和光纖有線傳輸設備，電信廣域網(wǎng)絡及交換設備組成這樣通過基于TCP/IP協(xié)議的嵌入式Web服務器的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控方式，可以在控制中心顯示泵站采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和設備運行狀況，使遠程監(jiān)控中心能通過網(wǎng)絡監(jiān)視到現(xiàn)場實況并可在監(jiān)控中心通過網(wǎng)絡遠程控制攝像機鏡頭的水平、垂直轉(zhuǎn)動，以及修改視頻系統(tǒng)配置中控室匯集各污水泵站所有信息，并監(jiān)測、控制各個污水泵站的可控設備監(jiān)控中心的計算機系統(tǒng)包括管理服務器、監(jiān)控計算機及外部設備、光纖計算機網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)及接口、 CCTV圖像監(jiān)視系統(tǒng)中央監(jiān)控系統(tǒng)可實時檢測中心計算機系統(tǒng)與下位機的遠程網(wǎng)絡通訊是否正常當與下位機的遠程網(wǎng)絡通訊失?。≒LC斷電、電纜斷開等）時，系統(tǒng)可以自動檢測并報警網(wǎng)絡通訊狀況可以在監(jiān)控畫面上以不同的形式（如文字、流動條等）表現(xiàn)出來主要功能實現(xiàn)：1.主界面：顯示泵站主要設備的實時運行狀態(tài)和故障狀態(tài)，顯示PLC和中控室計算機之間的光纖網(wǎng)絡連接狀況2.參數(shù)設置：保證控制系統(tǒng)按照人的意志去執(zhí)行全自動運行過程3.操作界面：所有設備控制都可在觸摸屏上實現(xiàn)開、關、停4.參數(shù)監(jiān)控界面，查看泵站所有的檢測參數(shù)和設備的開停狀態(tài)、故障信息等狀態(tài)；以及其他主要參數(shù)。

5.報警信息：可供實時查詢，便于維護人員維修，同時報警信息自動被記錄并歸檔，以增強管理功能6.曲線圖：顯示流量、壓力、液位等參數(shù)的實時曲線監(jiān)控中心的設備按照初期系統(tǒng)規(guī)模需求情況配置，還要考慮以后系統(tǒng)擴大后的最終需求；另外還要在配置PLC控制系統(tǒng)時留有一定的冗余量4.4 管理功能為了加強控制中心的管理功能，本系統(tǒng)還開發(fā)了采用分布式客戶機/服務器結(jié)構(gòu)的大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，以實現(xiàn)穩(wěn)定和可靠的數(shù)據(jù)庫管理和強大的數(shù)據(jù)服務功能可有效地實現(xiàn)泵站監(jiān)控與管理系統(tǒng)信息的數(shù)據(jù)共享，運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息和管理數(shù)據(jù)的實時處理，滿足整個系統(tǒng)的工程組織管理、生產(chǎn)管理和技術(shù)管理的要求在客戶端可實現(xiàn)用戶的登錄管理、分級管理完成數(shù)據(jù)的存儲、查詢、瀏覽、分析統(tǒng)計、數(shù)據(jù)發(fā)布和報表打印等功能數(shù)據(jù)庫需求分析和設計采用正規(guī)化分析原則，可確保數(shù)據(jù)的完整性和可靠性為了更方便地從外界獲得信息，還通過交換機連入外網(wǎng)的專線，為了防止外部入侵，本系統(tǒng)在控制中心的和外部互聯(lián)網(wǎng)之間設立了防火墻五、總結(jié)本排污系統(tǒng)自控系統(tǒng)目標是建成"無人值守"的監(jiān)控系統(tǒng)，特點是覆蓋面大，并且從遠端至監(jiān)控中心有多路圖像信號需要傳輸和控制通過光纖網(wǎng)絡實現(xiàn)圖像及相關控制信號的遠程傳輸，真正做到語音、數(shù)據(jù)、圖像的"三網(wǎng)合一"。

通過光纖組成VPN城域網(wǎng)絡，實現(xiàn)對眾多分散在廣闊地域的單體各污水泵站進行分散控制、集中管理的 "三位一體"的創(chuàng)新管理模式充分體現(xiàn)了"集中管理、分散控制、多層分級"的現(xiàn)代化控制和管理理念，以利于最大化地提高效益、節(jié)約成本，適應排水管理企業(yè)化、市場化運作的需要為了實現(xiàn)對泵站的無人值守、綜合監(jiān)控、現(xiàn)場生產(chǎn)調(diào)度指揮及對災害和突發(fā)事件的應急處理，確保監(jiān)控場所內(nèi)設備的可靠運行及人員的安全，系統(tǒng)采用視頻監(jiān)控方式這樣就方便了泵站的日常管理，增強了泵站的安全性和防范能力，使管理人員準確及時地掌握各處泵站設備的實時動態(tài)信息。