鄭勇峰 趙勇 （天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院 天津300402）

基于無(wú)線網(wǎng)橋的水廠監(jiān)控系統(tǒng)

鄭勇峰 趙勇 （天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院 天津300402）

采用“主站＋無(wú)線網(wǎng)橋+子站”建立水源地井群微機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，采用無(wú)線通訊方式，使之能夠監(jiān)測(cè)井泵出水口流量，監(jiān)控井泵的啟停狀態(tài)等。建立水源地井群及水廠安防監(jiān)控系統(tǒng)，以無(wú)線網(wǎng)橋的通訊方式，監(jiān)視水廠及深水泵房?jī)?nèi)外設(shè)備等。

無(wú)線網(wǎng)橋 PLC 監(jiān)控

0 引言

供水設(shè)施是社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，尤其是工業(yè)的發(fā)展，對(duì)水的需求越來(lái)越大，如何建立一個(gè)高效、功能強(qiáng)大的供水監(jiān)控系統(tǒng)引發(fā)了越來(lái)越多人的重視。[1]在水源地距離水廠較遠(yuǎn)的地方，建立一套具有遠(yuǎn)程通信、監(jiān)視、控制的供水監(jiān)控系統(tǒng)是非常必要的。[2]本文介紹了廣西某縣縣城的供水系統(tǒng)建立的一個(gè)基于無(wú)線網(wǎng)橋的監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行，收到了良好的效果。

1 方案要求

廣西某縣老城區(qū)供水管網(wǎng)改造工程，水源地有23口水井，采用潛水泵抽取地下水，其中13口深水泵房抽取的地下水進(jìn)入一水廠水池，另外10臺(tái)深水泵房抽取的地下水進(jìn)入二水廠水池，最后通過(guò)自流形式送入管網(wǎng)。水廠水池水位與消防用水水位相互連鎖。水廠監(jiān)控中心實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)水井的壓力、流量、電壓、電流、泵的啟停以及水井房的視頻信號(hào)。23口冷水井的位置分布為：其中13口水井分布在一水廠周?chē)?，半徑? km的近似圓弧上面；另外10口水井分布于二水廠周?chē)?，在長(zhǎng)軸為3 km，短軸為2 km的近似橢圓弧上面。當(dāng)?shù)赜暄┨鞖廨^多。

常見(jiàn)的遠(yuǎn)程控制有無(wú)線網(wǎng)橋、光纖傳輸、無(wú)線電臺(tái)、GPRS通信方式等4種，它們的傳輸特點(diǎn)如下：

1.1 無(wú)線網(wǎng)橋

拋棄了傳統(tǒng)的銅線或光纖，利用無(wú)線通訊技術(shù)，以空氣作為媒介進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，達(dá)到連接不同的網(wǎng)段的目的。其優(yōu)點(diǎn)是：能夠完成許多相距較遠(yuǎn)的建筑物之間的相互通信。其缺點(diǎn)是：設(shè)備價(jià)格較高，數(shù)據(jù)傳輸易受外界電磁干擾；微波信號(hào)為直線傳輸，中間不能有山體、建筑物遮擋。

1.2 光纖傳輸

常見(jiàn)的有模擬光端機(jī)和數(shù)字光端機(jī)，是解決幾十甚至幾百公里數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴呀鉀Q方式，通過(guò)把數(shù)據(jù)及控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)在光纖中傳輸。其優(yōu)點(diǎn)是：傳輸距離遠(yuǎn)，衰減小，抗干擾性能最好，適合遠(yuǎn)距離傳輸。其缺點(diǎn)是：對(duì)于幾公里內(nèi)監(jiān)控信號(hào)傳輸不夠經(jīng)濟(jì)；光熔接及維護(hù)需專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員及設(shè)備操作處理，維護(hù)技術(shù)要求高，不易升級(jí)擴(kuò)容。

1.3 無(wú)線電臺(tái)

采用調(diào)頻調(diào)制或調(diào)幅調(diào)制的辦法，將圖像搭載到高頻載波上，轉(zhuǎn)換為高頻電磁波在空中傳輸。其優(yōu)點(diǎn)是：省去布線及線纜維護(hù)費(fèi)用，可動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)傳輸廣播級(jí)圖像。其缺點(diǎn)是：傳輸環(huán)境是開(kāi)放的空間很容易受外界電磁干擾；微波信號(hào)為直線傳輸，中間不能有山體、建筑物遮擋；波段受天氣影響較為嚴(yán)重，尤其是雨雪天氣會(huì)有嚴(yán)重雨衰。

1.4 GPRS通信

GPRS是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種新的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù),支持TCP/IP協(xié)議，可以與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)（Internet等）直接互通。優(yōu)點(diǎn)是：通信距離遠(yuǎn)，成本費(fèi)用較低。缺點(diǎn)是：通信方式受3G信號(hào)的強(qiáng)度大小影響，并且傳送的數(shù)據(jù)只能是數(shù)字量和模擬量信號(hào)，不適合傳送圖像、視頻信號(hào)以及同時(shí)傳送大量的數(shù)據(jù)。

2 方案實(shí)施

根據(jù)水廠的自動(dòng)化控制要求，結(jié)合他們的需求：距離較遠(yuǎn)，舍去光纖傳輸?shù)姆绞?；因?yàn)閭鬏數(shù)男盘?hào)有視頻信號(hào)，因此去掉GPRS通信方式；當(dāng)?shù)赜暄┨鞖廨^多，去掉無(wú)線電臺(tái)的方式。因此本通信方案選定為無(wú)線網(wǎng)橋的通信方式。一水廠控制結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

二水廠控制方式與一水廠相同，兩個(gè)水廠之間通過(guò)網(wǎng)線連接。水廠控制采用“主站＋無(wú)線網(wǎng)橋+子站”方式的水廠供水工程微機(jī)遠(yuǎn)程系統(tǒng)。無(wú)線網(wǎng)橋采用以色列奧維通系列產(chǎn)品。操作員站采用ifix5.1運(yùn)行版組態(tài)軟件，主站采用三菱系列PLC進(jìn)行取水、供水等過(guò)程控制。水源地冷水井井群控制采用無(wú)線網(wǎng)橋的無(wú)線通訊形式與水廠控制中心進(jìn)行無(wú)線通訊。水源地泵房采用三菱系列PLC，與水廠控制中心進(jìn)行無(wú)線通訊，上傳井口出水流量、井泵電量等信息及井泵運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，接受控制中心對(duì)井泵的啟?？刂?。

本系統(tǒng)自動(dòng)控制分為三級(jí)控制，第一級(jí)為就地手動(dòng)控制（低壓控制柜面板操作），它的優(yōu)先級(jí)是最高的，在有緊急情況的時(shí)候可無(wú)視自動(dòng)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行手動(dòng)控制；第二級(jí)為上位（工控機(jī)）手動(dòng)控制，可以通過(guò)工控機(jī)對(duì)每臺(tái)深水井泵及電動(dòng)閥門(mén)進(jìn)行手動(dòng)控制；第三級(jí)為自動(dòng)控制，只需要對(duì)上位機(jī)進(jìn)行一鍵操作（啟動(dòng)系統(tǒng)），即可完成整條流水線的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。PLC將自動(dòng)發(fā)出指令對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行控制。它的優(yōu)先級(jí)為最低。

水廠監(jiān)視中心采用“前端部分+無(wú)線網(wǎng)橋+液晶電腦顯示”方式的水廠供水工程安防監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)該系統(tǒng)的圖像管理服務(wù)器能夠在監(jiān)控中心對(duì)遠(yuǎn)處的深水泵房?jī)?nèi)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。圖像管理服務(wù)器采用“NDVision視頻軟件平臺(tái)”，它為客戶(hù)提供通用視頻監(jiān)控管理平臺(tái)及最佳應(yīng)用解決方案。NDVision視頻軟件平臺(tái)是基于C/S架構(gòu)，可無(wú)限擴(kuò)容的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。支持DVR、DVS、IP Camera多種設(shè)備接入。監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)作效能及管理的便利性上有了大幅的提升。

整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)兩臺(tái)操作員站。兩個(gè)水廠各自一臺(tái)操作員站，操作員站同時(shí)具有工程師工作站的功能，用于PLC-HMI控制程序編輯、修改、下裝，即可在就地控制室進(jìn)行在線或離線的上下位控制程序修改。根據(jù)需求設(shè)計(jì)操作員站的功能為：通過(guò)控制中心能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控各井泵啟停，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一指揮、統(tǒng)一調(diào)度，保障系統(tǒng)運(yùn)行不間斷；在畫(huà)面上顯示通訊站號(hào)、通訊速率、通訊口信息，當(dāng)和某一井泵房通訊出現(xiàn)故障時(shí)，畫(huà)面上會(huì)出現(xiàn)信息提示；控制中心的值班人員可以根據(jù)各井泵房的實(shí)際運(yùn)行狀況在監(jiān)控室對(duì)各井泵房進(jìn)行相應(yīng)控制操作，各井泵房可完全實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無(wú)人值守作業(yè)；當(dāng)井泵出水口壓力、井泵電機(jī)故障等達(dá)到報(bào)警狀態(tài)時(shí)，控制中心自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警，及時(shí)通知工作人員處理，同時(shí)顯示報(bào)警信息并存儲(chǔ)該報(bào)警信息；控制中心把各個(gè)井泵房傳輸上來(lái)的數(shù)據(jù)按要求存入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，可以通過(guò)查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)或曲線查詢(xún)各井泵房某一段時(shí)間的運(yùn)行情況。

3 結(jié)論

本水廠項(xiàng)目歷時(shí)10個(gè)月，其中安裝調(diào)試時(shí)間為3個(gè)月，項(xiàng)目核心部件無(wú)線網(wǎng)橋部分更是經(jīng)過(guò)反復(fù)的測(cè)試，對(duì)于部分信號(hào)傳輸差的地方，增加了大功率天線。系統(tǒng)運(yùn)行一年，控制操作簡(jiǎn)單可靠，數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)以及視頻信號(hào)傳輸迅速，響應(yīng)及時(shí)，達(dá)到了預(yù)定的目標(biāo)?！?/p>

[1]黃志強(qiáng)，韓月霞，周茂.基于G PRS-Internet的城市路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)現(xiàn)［J］．微計(jì)算機(jī)信息，2007（1）:50-52.

[2]夏海芳.我國(guó)城市供水管制改革研究[J].科技信息，2008（27）：490-491.

2012-07-09