1 概述
根據(jù)深圳市泵站管理所提出的《深圳市泵站集散監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)方案》,，經(jīng)過(guò)多次對(duì)泵站工藝流程,、泵站設(shè)備工作原理、泵站設(shè)備與遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)接口情況的分析,，并結(jié)合對(duì)類(lèi)似的多種實(shí)時(shí)監(jiān)控制系統(tǒng)的調(diào)研,，對(duì)在泵站管理所和泵站內(nèi)實(shí)施集散監(jiān)控系統(tǒng)的可行性進(jìn)行了多次論證，提出本技術(shù)設(shè)計(jì)方案,。
設(shè)計(jì)方案遵循了先進(jìn),、可靠、實(shí)用,、經(jīng)濟(jì)及“一次設(shè)計(jì),、分步實(shí)施”的原則。
2 系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介
本系統(tǒng)在泵站管理所內(nèi)的監(jiān)控中心和各泵站內(nèi)的當(dāng)?shù)乜刂婆_(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各泵站設(shè)備的遙測(cè),、遙信和遙控功能,，實(shí)時(shí)監(jiān)視泵站狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)、接收故障報(bào)警信息,、通過(guò)智能終端設(shè)備下達(dá)控制信號(hào)（現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)優(yōu)先）,，并具有分級(jí)報(bào)警功能、操作權(quán)限管理功能,、報(bào)表統(tǒng)計(jì)打印功能,、圖像（或視頻）監(jiān)控功能、電話報(bào)警功能等,。系統(tǒng)功能詳見(jiàn)《深圳市泵站集散監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)方案》,。
3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
3.1總體結(jié)構(gòu)
該系統(tǒng)總體上設(shè)計(jì)為兩級(jí)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站設(shè)備的集散監(jiān)控,。
圖3.1 監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
第一,，由設(shè)在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的PLC，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的定時(shí)控制,、閉環(huán)控制以及信號(hào)的采集和預(yù)處理等監(jiān)控功能,。
第二，在泵站管理所設(shè)置泵站監(jiān)控中心,，通過(guò)CDPD無(wú)線蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),、ISDN、DDN通道來(lái)構(gòu)成聯(lián)接全市各泵站的星形網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)PLC對(duì)泵站設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控,。
本系統(tǒng)由四大部分構(gòu)成：
設(shè)在泵站管理所的監(jiān)控中心：它由多臺(tái)PC機(jī)/服務(wù)器構(gòu)成局域網(wǎng),，配以打印機(jī)、顯示器,、大型模擬屏或投影儀等,，處理人機(jī)接口命令, 進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)信息共享等,。
通道：通道是連接監(jiān)控中心與泵站的通信信道,。本系統(tǒng)采用CDPD無(wú)線蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN構(gòu)成互為備用的通信通道。其中,，采用CDPD通道時(shí),，監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)需經(jīng)DDN與CDPD服務(wù)器連接。
RTU：RTU為設(shè)在各泵站內(nèi)的遠(yuǎn)方終端單元,。它們一方面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理,，并將數(shù)據(jù)上送監(jiān)控中心;另一方面執(zhí)行監(jiān)控中心的控制命令、自動(dòng)執(zhí)行定時(shí)控制指令和控制邏輯,。
RTU采用單個(gè)或多個(gè)PLC分別監(jiān)控啟閉機(jī),、格柵機(jī)、泵及配電柜,。多個(gè)PLC之間采用RS-485聯(lián)成網(wǎng),。
圖像監(jiān)控系統(tǒng)：本系統(tǒng)配置圖像監(jiān)控系統(tǒng)。圖像監(jiān)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上與本系統(tǒng)其它部分相對(duì)獨(dú)立,，具有獨(dú)立的通道和硬件配置,。
在控制中心，配置一臺(tái)多媒體圖像監(jiān)控終端,。在該終端的顯示器上,，可以顯示所關(guān)心的泵站現(xiàn)場(chǎng)圖像，并通過(guò)該終端,，可對(duì)泵站內(nèi)的攝像機(jī)鏡頭和云臺(tái)進(jìn)行遙控。
由于圖像數(shù)據(jù)雖然經(jīng)過(guò)壓縮,，但仍然比較大,，因此采用具有較高傳輸速率的ISDN通道。
3.2工作方式
由于遠(yuǎn)期泵站管理所將有近30個(gè)泵站/泵房要納入該集散監(jiān)控系統(tǒng),，考慮到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性及系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性等,，監(jiān)控中心對(duì)泵站實(shí)施分群管理，即正常情況下一臺(tái)計(jì)算機(jī)管理7-10個(gè)泵站/泵房;當(dāng)其中有計(jì)算機(jī)故障時(shí),，可配置使管理其它群的計(jì)算機(jī)代為管理;當(dāng)故障排除后,，恢復(fù)到原有分群方式運(yùn)行。
通訊采用Polling查詢方式。
當(dāng)監(jiān)控中心查詢RTUi（i表示第i個(gè)泵站）或向RTUi發(fā)送命令時(shí),，數(shù)據(jù)通過(guò)設(shè)在監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（路由器,、DTU接口設(shè)備），經(jīng)通道送到RTU,。
當(dāng)啟用CDPD通道時(shí),，監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)經(jīng)DDN專(zhuān)線進(jìn)入數(shù)據(jù)通信局CDPD網(wǎng)絡(luò)。安裝在泵站內(nèi)的CDPD無(wú)線MODEM,，接收從CDPD網(wǎng)絡(luò)發(fā)射來(lái)的無(wú)線信號(hào),，并將其解調(diào)為串行數(shù)據(jù)下送給RTU。反之,，當(dāng)RTU要應(yīng)答監(jiān)控中心的查詢或?qū)⑷b數(shù)據(jù)上送監(jiān)控中心時(shí),，數(shù)據(jù)由RTU經(jīng)上述鏈路逆向上傳至監(jiān)控中心。
當(dāng)啟用ISDN通道時(shí),，則監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)經(jīng)TA,、ISDN網(wǎng)絡(luò)、TA下傳到RTU,。RTU的數(shù)據(jù)通過(guò)同樣的通道上送到監(jiān)控中心,。
CDPD通道與ISDN通道的切換，是靠軟件“看門(mén)狗”對(duì)通道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視并根據(jù)切換邏輯實(shí)現(xiàn)的,。
4 系統(tǒng)硬件,、軟件配置及工作方式
4.1監(jiān)控中心
4.1.1硬件配置
監(jiān)控中心配置多臺(tái)PC機(jī)作為操作工作站和一臺(tái)服務(wù)器構(gòu)成局域網(wǎng)，其中一臺(tái)工作站用于顯示報(bào)警信號(hào),。外設(shè)配置多臺(tái)（與計(jì)算機(jī)數(shù)量相同）彩色顯示器,，一臺(tái)彩色打印機(jī)，一個(gè)路由器,，一個(gè)DTU接口設(shè)備,，一個(gè)集線器，一臺(tái)TA,，一臺(tái)UPS,，一塊語(yǔ)音卡，若干網(wǎng)卡,、網(wǎng)線及電源接插件,，一套EA01107配電柜、控制臺(tái)EA01104 三個(gè)單元,。
控制臺(tái)上擺放多臺(tái)顯示器,，相應(yīng)的鍵盤(pán)及鼠標(biāo)，兩臺(tái)打印機(jī),，電話等,。
控制臺(tái)內(nèi)擺放工作站,、服務(wù)器、集線器,、路由器,、DTU設(shè)備、電源接插件,、各種電纜及電纜槽等,。
在經(jīng)費(fèi)允許的情況下，在監(jiān)控中心可配置大型模擬屏或大屏幕投影儀,。
監(jiān)控中心模擬盤(pán)由模擬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和盤(pán)體組成,，模擬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器亦采用美國(guó) ICS P2BX PentiumⅡ32位工控微機(jī)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)適配器與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連,。
該工業(yè)PC機(jī)具備支持不少于4個(gè)I/O設(shè)備的驅(qū)動(dòng)能力,，網(wǎng)卡為Inter Ether Express/10，網(wǎng)絡(luò)軟/硬件資源豐富,，支持10 Base 2（10 Base T）,，并提供圖形加速卡Mach64等。配置靈活,，使用,、維護(hù)方便。
監(jiān)控中心模擬盤(pán),，采用分體自立式結(jié)構(gòu),，馬賽克拼裝元件，平面鑲嵌毛玻璃的LED顯示方式,。模擬盤(pán)架采用鋼結(jié)構(gòu),，具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度以保證設(shè)備安裝后無(wú)晃動(dòng)、盤(pán)架無(wú)變形,，同時(shí)裝備有檢修用照明燈,。模擬盤(pán)的防護(hù)等級(jí)為IP40。馬賽克拼裝元件采用抗腐蝕,、阻燃材料,，模塊大小為25mm×25mm，燈元件為雙色三態(tài)單體結(jié)構(gòu),。
大型投影儀采用高亮度,、高清晰度的工業(yè)監(jiān)控用投影儀。
4.1.2 軟件選型
工作站系統(tǒng)軟件平臺(tái)選用Microsoft Windows98/95,，服務(wù)器系統(tǒng)平臺(tái)為Microsoft Windows NT4.0，應(yīng)用軟件平臺(tái)選取美國(guó)Intellution Fix7.0,、Microsoft Office97等,。
Fix7.0，是美國(guó)Intellution公司的工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件，居全世界各種監(jiān)控組態(tài)軟件中銷(xiāo)量第一,。Fix7.0在組網(wǎng),、系統(tǒng)靈活配置、系統(tǒng)的擴(kuò)展以及為用戶提供友好的界面等方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),。FIX自動(dòng)化軟件還具有易學(xué)習(xí),、易開(kāi)發(fā)、易使用,、易連接,、易生長(zhǎng)、易運(yùn)行的特點(diǎn),。
4.2泵站RTU
4.2.1配置
RTU可以由一個(gè)PLC構(gòu)成,，也可由多個(gè)PLC構(gòu)成RS485網(wǎng)絡(luò)（如圖4.2.2示意）。
每個(gè)PLC外圍電路配置如圖4.2.1示意,。
泵站內(nèi)的RTU以日本三菱公司FX2N系列PLC作為其核心部件,，配以相應(yīng)系列的輸入/輸出模塊，采用日本OMRON公司繼電器,，并配置電流變送器,、電壓變送器、脈沖電度表,、CDPD無(wú)線MODEM,、TA、各種報(bào)警傳感器（包括門(mén)禁,、紅外,、煙霧、水浸,、溫度傳感器）,、一臺(tái)UPS電源，一個(gè)機(jī)柜,。
電纜采用鎧裝電纜,，接線采用標(biāo)準(zhǔn)的端子排，所有電子器件盡量采用進(jìn)口器件,。
4.2.2 RTU運(yùn)行方式
泵站RTU可工作在兩種狀態(tài)下：“遠(yuǎn)動(dòng)態(tài)”,、“當(dāng)?shù)貞B(tài)”。
當(dāng)泵站處于“當(dāng)?shù)貞B(tài)”時(shí),，遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)只具有監(jiān)視功能,，一切遠(yuǎn)程控制如單控、時(shí)控等均失效,，被控設(shè)備的開(kāi)關(guān),，由目前設(shè)于泵站內(nèi)的控制系統(tǒng)（如飛力泵控制柜）監(jiān)控,。
當(dāng)泵站處于“遠(yuǎn)動(dòng)態(tài)”時(shí)，所有監(jiān)控功能均由遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)完成,。
“當(dāng)?shù)貞B(tài)”通常是在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),，為了保證檢修人員安全檢查，由檢修人員親自設(shè)置,。
4.2.3 RTU硬件選型,、功能設(shè)計(jì)及施工工藝的特點(diǎn)
值得一提的是，由于RTU工作在相對(duì)惡劣的環(huán)境當(dāng)中,，因此,，要求其設(shè)備的選型要充分考慮可靠性指標(biāo)，尤其要考慮設(shè)備的防水,、防塵和防腐蝕,。
本方案所選取的主要設(shè)備如可編程控制器PLC、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D,、繼電器,，分別采用世界著名的日本三菱公司和日本OMRON公司原裝的產(chǎn)品，其性能指標(biāo)均達(dá)到工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn),。這些產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于世界各地各種復(fù)雜的環(huán)境當(dāng)中,，其可靠性是有保證的。其中,，PLC和AD模塊平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間可達(dá)60萬(wàn)小時(shí)以上,，繼電器動(dòng)作次數(shù)25萬(wàn)次以上。
電纜選擇鎧裝電纜,，則考慮了防水,、防老化、防鼠及電氣性能等,。
采用標(biāo)準(zhǔn)的接線端子排,，為設(shè)備擴(kuò)展、維護(hù)提供方便,。
通信線路加保安器進(jìn)行防雷處理,，信號(hào)地浮空，機(jī)箱進(jìn)行接地處理,。
本方案選用的可編程邏輯控制器PLC,，同原有監(jiān)控系統(tǒng)中采用的PLC具有一致性，可降低系統(tǒng)維護(hù)的復(fù)雜性,。
4.3 通信方式及運(yùn)行費(fèi)用
CDPD是國(guó)家投資建設(shè)的公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),，使用開(kāi)放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、AIRLINK加密和世界標(biāo)準(zhǔn)的IP尋址模式,，性能優(yōu)良,、可擴(kuò)充性好,、安全可靠。 CDPD的初期投入成本及運(yùn)行維護(hù)成本都較低（150元/月點(diǎn)）,。目前在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，CDPD已廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸,、金融交易,、水電監(jiān)控、移動(dòng)辦公等領(lǐng)域,，是公認(rèn)的最佳無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式,。CDPD的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速率較低（最高傳輸速度19.2Kb/s）。
ISDN是通過(guò)公用電話網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)有線通訊的,，其通訊的可靠性高,、傳輸速度快（2B最高傳輸速度128Kb/s），但初期投入成本及運(yùn)行維護(hù)成本都較高（3000元/月點(diǎn)）,。
考慮到泵站被監(jiān)控量的變化均較緩慢,，所以，泵站的工況數(shù)據(jù)及控制命令可以采用CDPD網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸,。
考慮到CDPD通訊覆蓋范圍,，也為了提高系統(tǒng)通信的可靠性，采用ISDN作為CDPD通道的備用通道,。
絕大多數(shù)情況下,，CDPD正常運(yùn)行時(shí)，ISDN處于掛機(jī)狀態(tài),，運(yùn)行費(fèi)用僅為CDPD月租費(fèi)150元/月.點(diǎn),，加上ISDN座機(jī)費(fèi)30元/月.點(diǎn)，共 180元/月.點(diǎn);個(gè)別情況下,，當(dāng)CDPD通信故障,，啟用ISDN，運(yùn)行費(fèi)用僅為CDPD月租費(fèi)150元/月.點(diǎn),，加上ISDN月租費(fèi)3000元/月.點(diǎn)（該費(fèi)用就是一個(gè)月不間斷通信所需電話費(fèi)）,，共3150元/月.點(diǎn)。
雖然圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)壓縮后已大大減小,，但仍然較大,，因此圖像的傳輸需要ISDN通道。
4.4圖像監(jiān)控系統(tǒng)
4.4.1監(jiān)控中心硬件配置
一臺(tái)PC機(jī)作為操作工作站,，及TA,。
4.4.2分站硬件配置
在泵站端，配置一臺(tái)多媒體工控計(jì)算機(jī)及通訊接口設(shè)備,，一臺(tái)視頻矩陣切換器,，數(shù)個(gè)解碼控制器,，數(shù)個(gè)攝像機(jī)，數(shù)臺(tái)可控云臺(tái),，以及配套的防護(hù)罩等附件,。分站圖像監(jiān)控硬件配置如下圖所示。
5 監(jiān)控系統(tǒng)性能指標(biāo)
本系統(tǒng)將達(dá)到如下技術(shù)指標(biāo)：
使用TCP/IP協(xié)議對(duì)各個(gè)分控點(diǎn)進(jìn)行巡檢時(shí),，單點(diǎn)平均POLLING時(shí)間小于4秒,。
使用TCP/IP協(xié)議對(duì)各個(gè)分控點(diǎn)進(jìn)行巡回開(kāi)關(guān)操作時(shí)，平均打開(kāi)（或關(guān)斷）一個(gè)分控點(diǎn)的時(shí)間不超過(guò)3秒,。
使用定時(shí)校準(zhǔn)時(shí)鐘,，各個(gè)分控點(diǎn)時(shí)間誤差小于1秒。
電量測(cè)量精度：優(yōu)于1%
非電量測(cè)量精度：優(yōu)于2%
設(shè)備誤動(dòng)率為0%
系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間：大于15000小時(shí)
所有軟件已解決了2KY問(wèn)題,。
6 結(jié)束語(yǔ)
本文提出的泵站集散監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)方案,，通過(guò)在深圳市泵站集散監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施和經(jīng)過(guò)該系統(tǒng)較長(zhǎng)時(shí)間的試運(yùn)行，說(shuō)明技術(shù)方案完全滿足其設(shè)計(jì)原則,，具有廣泛推廣應(yīng)用的價(jià)值,。