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案例頻道 一、 前言
排水泵站，污水泵站（下簡(jiǎn)稱泵站）作為市政建設(shè)和管理工程的主要設(shè)施，擔(dān)負(fù)著城市排水防澇的重要任務(wù)。
實(shí)現(xiàn)泵站的自動(dòng)化也是降低城市內(nèi)澇，取信于民的民心工程，在2011年的各地城市內(nèi)澇突出的年份顯得尤為重要。
2011年，北京，武漢，杭州，南京等地都發(fā)生了所謂的“看海”事件。城市內(nèi)澇有市政建設(shè)的問題，有人員的問題，當(dāng)然也有現(xiàn)有的設(shè)施，運(yùn)行方式與城市規(guī)模發(fā)展不相稱的問題。
從目前國內(nèi)大部分的泵站控制和管理來看還是處于相當(dāng)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(dòng)化監(jiān)控程度低，大部分的泵站僅有單級(jí)的常規(guī)控制。在管理水平上，大部分泵站的管理記錄和統(tǒng)計(jì)都是手工操作。泵站控制和管理沒有形成區(qū)域化的網(wǎng)絡(luò)。隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)市政建設(shè)和管理提出了更高的要求。所以必需對(duì)現(xiàn)有泵站控制和管理進(jìn)行改造和完善。向國外無人化泵站監(jiān)控管理發(fā)展，以達(dá)到減員增效和提高管理水平的目的。
我們的目標(biāo)是打造一套完整的城市泵站的監(jiān)控方案。
二、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（圖1）
圖1
監(jiān)控中心能夠通過網(wǎng)絡(luò)或者通信手段，對(duì)泵站進(jìn)行遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和控制，視頻監(jiān)控可以作為一個(gè)可選項(xiàng)。
控制器，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，監(jiān)控中心構(gòu)成。實(shí)線框起來的是監(jiān)控中心。其余的就是控制器。
三、 控制中心
我們控制中心采用的是基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)平臺(tái)。
該平臺(tái)是基于B/S架構(gòu)的軟件，采用大型數(shù)據(jù)庫作為支撐平臺(tái)，系統(tǒng)為三層結(jié)構(gòu)，包括數(shù)據(jù)庫，中間層和WEB服務(wù)器。支持用戶部署和租用兩種運(yùn)營方式。用戶部署就是用戶安裝服務(wù)器，配置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，安裝數(shù)據(jù)庫和軟件，并負(fù)責(zé)系統(tǒng)的維護(hù)。而用戶租用的方式是由騰控提供服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并負(fù)責(zé)系統(tǒng)的維護(hù)；用戶僅需繳納開戶費(fèi)用和每年的服務(wù)費(fèi)用，騰控科技為用戶提供相應(yīng)的網(wǎng)址和帳號(hào)，用戶通過WEB瀏覽器，就可以看到自己關(guān)心的數(shù)據(jù)。
控制中心由一臺(tái)或者多臺(tái)服務(wù)器和2臺(tái)或者多臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)構(gòu)成。考慮到監(jiān)控點(diǎn)不是很多，如果是用戶部署的話，僅設(shè)一臺(tái)服務(wù)器和2臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)。
監(jiān)控服務(wù)器的工作是把數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)把控制器的數(shù)據(jù)取回來，放到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器內(nèi)。要求服務(wù)器支持騰控的TCBUS物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。服務(wù)器上還要運(yùn)行一個(gè)WEB SERVER，供外部計(jì)算機(jī)展示數(shù)據(jù)。監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)就是通過瀏覽器模式進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)視和視頻監(jiān)控的。
騰控的TCBUS協(xié)議是一個(gè)騰控科技針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模監(jiān)控需求開發(fā)的專有協(xié)議，它克服的原來MODBUS協(xié)議地址空間小，必須是TCP服務(wù)器方式運(yùn)行的缺點(diǎn)，采用32位地址空間，采用UDP方式，支持POLL和REPORT兩種通信方式，降低主機(jī)通信負(fù)擔(dān)，非常適合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。該協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)安全上也有所考慮，增加了訪問列表和報(bào)文校驗(yàn)，如果用戶能增加相應(yīng)的防火墻設(shè)備，就非常適合于在互聯(lián)網(wǎng)上部署。
用戶在異地，通過VPN協(xié)議接入到監(jiān)控中心，就可以通過瀏覽器訪問每個(gè)泵站的數(shù)據(jù)甚至視頻。這樣大大方便了用戶的使用。
軟件架構(gòu)采用三層結(jié)構(gòu)，包括數(shù)據(jù)庫，中間層和WEB服務(wù)器。有關(guān)軟件的需求和性能，在實(shí)際應(yīng)用過程中再討論。
同樣的平臺(tái)不但可以用于水源井監(jiān)控，也可以監(jiān)控管網(wǎng)，水處理設(shè)施等，騰控科技提供相應(yīng)的軟件和硬件設(shè)備。
其登錄畫面（圖2）
圖2
四、 網(wǎng)絡(luò)
作為中心最好是有一條專線接入，能夠提供至少1個(gè)靜態(tài)的IP地址,最好是多個(gè)靜態(tài)IP，以便給服務(wù)器分配地址。作為每個(gè)控制點(diǎn)，至少要提供1條寬帶的接入，考慮到視頻監(jiān)控，其帶寬最好不低于512K。如果不部署視頻監(jiān)控，采用GPRS或者CDMA的通信方式也是可行的。
由于采用的TCBUS協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安裝和配置就簡(jiǎn)化很多。
采用光纖和以太網(wǎng)方式，幾乎不需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行太多的配置。每臺(tái)控制器需要配置IP地址，網(wǎng)關(guān)地址，子網(wǎng)掩碼和中心服務(wù)器的地址，以及一些TCBUS的協(xié)議參數(shù)。
對(duì)于ADSL的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，用戶只需在ADSL的路由器上配置用戶名和密碼，配置局域網(wǎng)的IP地址，打開NAT即可。每臺(tái)控制器需要配置IP地址，網(wǎng)關(guān)地址，子網(wǎng)掩碼和中心服務(wù)器的地址，以及一些TCBUS的協(xié)議參數(shù)。
對(duì)于GPRS和CDMA的設(shè)備，我們建議用戶購買GPRS或者CDMA的路由器，配置起來和ADSL類似。
五、 泵站控制
控制對(duì)象
大型泵站一般包括：
進(jìn)出水閘門：
用來防止排水倒灌和泵站維修。
集水池：
地下管道的污水匯集在此集水池，集水池被不銹鋼格柵分成內(nèi)外區(qū)，污水由內(nèi)區(qū)流經(jīng)格柵除污后，到外區(qū)排入黃浦江中。集水池內(nèi)外區(qū)邊安裝有超聲波液位儀用來檢測(cè)內(nèi)外區(qū)水位和水位差。
除污機(jī)：
泵站裝有鋼絲繩牽引式格柵除污機(jī)2臺(tái)，除污機(jī)用于把附于格柵 上的垃圾和污物從集水池中提出來處理。
變壓器房：
為保證泵站的可靠工作，泵站一般建有兩座電力變壓器。電力變壓器安裝有溫度監(jiān)控器監(jiān)測(cè)三相溫度，當(dāng)溫度超限能自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)降溫和報(bào)警。
水泵房：
一般安裝了多臺(tái)軸流水泵；在存水房裝有水位檢測(cè)器。
控制柜房：
房?jī)?nèi)裝有進(jìn)線柜，功率因素補(bǔ)償柜，泵開關(guān)柜，聯(lián)接柜。
控制要求
改造泵站的水泵控制開關(guān)柜，使之具有就地和遠(yuǎn)程控制的功能。
改造泵站的功率因素補(bǔ)償柜，能實(shí)現(xiàn)就地自動(dòng)補(bǔ)償和遠(yuǎn)程電網(wǎng)監(jiān)控。
改造泵站的變壓器房對(duì)于變壓器A，B，C三相溫度進(jìn)行遠(yuǎn)程顯示，高溫報(bào)警等功能；
建立泵站的控制室，對(duì)泵站實(shí)施三級(jí)控制，在控制室內(nèi)設(shè)置自動(dòng)化監(jiān)控操作臺(tái)和信號(hào)處理柜。
采用騰控的T9系列PLC，對(duì)整個(gè)泵站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控 ，水泵將根據(jù)泵的狀態(tài) ，水位，雨量，電網(wǎng)狀況，閘門位置等工況自動(dòng)投切。
通過對(duì)水位差的檢測(cè)，提示或自動(dòng)投切除污機(jī)。
采用高性能的監(jiān)控計(jì)算機(jī)，對(duì)整個(gè)泵站進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理，故障報(bào)警，工況記錄和報(bào)表打印。
通過ADSL線路或DDN網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行區(qū)域監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳送。
設(shè)備配置
對(duì)于泵站監(jiān)控騰控科技有一款T-960可編程控制器可選。
T-960是騰控科技集多年研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，在騰控T9系列可編程控制器的基礎(chǔ)之上研發(fā)的一款集成了電力信號(hào)采集，電力保護(hù)和可編程控制于一體的產(chǎn)品。它非常適合于具有電機(jī)，電力控制方面的控制和保護(hù)，可以用于水源井監(jiān)控，泵站監(jiān)控，功率因數(shù)補(bǔ)償，節(jié)能控制等等應(yīng)用。
它提供如下輸入輸出信號(hào)：
交流輸入 三相電壓（0～400v），電流（0～5A/80A)，頻率20～65Hz，計(jì)算電壓有效值，電流有效值，有功功率，無功功率，功率因數(shù)，諧波等數(shù)據(jù)，可供PLC編程使用。
8路開關(guān)量輸入，6路繼電器輸出（3A/250V)
3路直流模擬量輸入（0～5V/0～20mA)
1路模擬量輸出 （0～5v(10V)/0～20mA )
1個(gè)10M/100M網(wǎng)絡(luò)接口
2個(gè)RS232/RS485串口
它具有如下的功能特點(diǎn)：
T9系列其他產(chǎn)品的各種功能塊，如串口自由口編程，MODBUS功能塊，ENET功能塊，文件操作，PID，模糊控制功能塊，編程環(huán)境符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)。
支持MODBUS,MODBUS TCP/IP協(xié)議，騰控TCBUS協(xié)議，騰控ENET協(xié)議等。
提供三段過流保護(hù)，過電壓保護(hù)，欠電壓保護(hù)，缺相/負(fù)序電流保護(hù)，逆相序/負(fù)序電壓保護(hù)，反時(shí)限過流保護(hù)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)/堵轉(zhuǎn)保護(hù)，零序保護(hù)。
在泵站監(jiān)控應(yīng)用中，我們的配置非常簡(jiǎn)單
每臺(tái)變壓器1臺(tái)T－960
每個(gè)電容器柜 1臺(tái)T-960
每個(gè)水泵 1臺(tái)T-960
最后剩余的信號(hào)接在一臺(tái) T-920上即可
所有的T9系列PLC通過一臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)連接在一起，通過一臺(tái)防火墻接ADSL MODEM通過網(wǎng)絡(luò)上傳到中心，協(xié)議采用騰控物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議TCBUS.
PLC如果需要共享數(shù)據(jù)，可以通過以太網(wǎng)交換機(jī)和TCNET協(xié)議進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)交換。有些靠接線不容易實(shí)現(xiàn)的連鎖控制，可以通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享實(shí)現(xiàn)。
泵站內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖（圖3）
圖3
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)