1 概述
根據深圳市泵站管理所提出的《深圳市泵站集散監(jiān)控系統(tǒng)功能設計方案》,，經過多次對泵站工藝流程、泵站設備工作原理,、泵站設備與遠動系統(tǒng)接口情況的分析,，并結合對類似的多種實時監(jiān)控制系統(tǒng)的調研，對在泵站管理所和泵站內實施集散監(jiān)控系統(tǒng)的可行性進行了多次論證,，提出本技術設計方案,。
設計方案遵循了先進、可靠,、實用,、經濟及“一次設計、分步實施”的原則,。
2 系統(tǒng)功能簡介
本系統(tǒng)在泵站管理所內的監(jiān)控中心和各泵站內的當地控制臺實現對各泵站設備的遙測,、遙信和遙控功能，實時監(jiān)視泵站狀態(tài)和運行參數、接收故障報警信息,、通過智能終端設備下達控制信號（現場手動優(yōu)先）,，并具有分級報警功能、操作權限管理功能,、報表統(tǒng)計打印功能,、圖像（或視頻）監(jiān)控功能、電話報警功能等,。系統(tǒng)功能詳見《深圳市泵站集散監(jiān)控系統(tǒng)功能設計方案》。
3 系統(tǒng)總體結構
3.1總體結構
該系統(tǒng)總體上設計為兩級管理系統(tǒng),，實現對泵站設備的集散監(jiān)控,。
圖3.1 監(jiān)控系統(tǒng)總體結構
第一，由設在設備現場的PLC,，實現對設備的定時控制,、閉環(huán)控制以及信號的采集和預處理等監(jiān)控功能。
第二,，在泵站管理所設置泵站監(jiān)控中心,，通過CDPD無線蜂窩數據網絡、ISDN,、DDN通道來構成聯(lián)接全市各泵站的星形網絡,，通過PLC對泵站設備進行監(jiān)控。
本系統(tǒng)由四大部分構成：
設在泵站管理所的監(jiān)控中心：它由多臺PC機/服務器構成局域網,，配以打印機,、顯示器、大型模擬屏或投影儀等,，處理人機接口命令, 進行各種數據處理,，實現信息共享等。
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無線蜂窩數據網絡和綜合業(yè)務數字網ISDN構成互為備用的通信通道,。其中，采用CDPD通道時,，監(jiān)控中心的計算機需經DDN與CDPD服務器連接,。
RTU：RTU為設在各泵站內的遠方終端單元。它們一方面實現數據采集及數據預處理,，并將數據上送監(jiān)控中心;另一方面執(zhí)行監(jiān)控中心的控制命令,、自動執(zhí)行定時控制指令和控制邏輯。
RTU采用單個或多個PLC分別監(jiān)控啟閉機,、格柵機,、泵及配電柜。多個PLC之間采用RS-485聯(lián)成網。
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)在結構上與本系統(tǒng)其它部分相對獨立,，具有獨立的通道和硬件配置。
在控制中心,，配置一臺多媒體圖像監(jiān)控終端,。在該終端的顯示器上，可以顯示所關心的泵站現場圖像,，并通過該終端,，可對泵站內的攝像機鏡頭和云臺進行遙控。
由于圖像數據雖然經過壓縮,，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
由于遠期泵站管理所將有近30個泵站/泵房要納入該集散監(jiān)控系統(tǒng),，考慮到系統(tǒng)的實時性及系統(tǒng)運行的可靠性等,，監(jiān)控中心對泵站實施分群管理，即正常情況下一臺計算機管理7-10個泵站/泵房;當其中有計算機故障時,，可配置使管理其它群的計算機代為管理;當故障排除后,，恢復到原有分群方式運行。
通訊采用Polling查詢方式,。
當監(jiān)控中心查詢RTUi（i表示第i個泵站）或向RTUi發(fā)送命令時,，數據通過設在監(jiān)控中心的網絡設備（路由器、DTU接口設備）,，經通道送到RTU,。
當啟用CDPD通道時，監(jiān)控中心的數據經DDN專線進入數據通信局CDPD網絡,。安裝在泵站內的CDPD無線MODEM,，接收從CDPD網絡發(fā)射來的無線信號，并將其解調為串行數據下送給RTU,。反之,，當RTU要應答監(jiān)控中心的查詢或將三遙數據上送監(jiān)控中心時，數據由RTU經上述鏈路逆向上傳至監(jiān)控中心,。
當啟用ISDN通道時,，則監(jiān)控中心的數據經TA、ISDN網絡,、TA下傳到RTU,。RTU的數據通過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“看門狗”對通道進行實時監(jiān)視并根據切換邏輯實現的,。
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PC機作為操作工作站和一臺服務器構成局域網，其中一臺工作站用于顯示報警信號,。外設配置多臺（與計算機數量相同）彩色顯示器,，一臺彩色打印機，一個路由器,，一個DTU接口設備,，一個集線器，一臺TA,，一臺UPS,，一塊語音卡，若干網卡,、網線及電源接插件,，一套EA01107配電柜、控制臺EA01104 三個單元,。
控制臺上擺放多臺顯示器，相應的鍵盤及鼠標,，兩臺打印機,，電話等。
控制臺內擺放工作站,、服務器,、集線器、路由器,、DTU設備,、電源接插件、各種電纜及電纜槽等,。
在經費允許的情況下,，在監(jiān)控中心可配置大型模擬屏或大屏幕投影儀。
監(jiān)控中心模擬盤由模擬盤驅動器和盤體組成,，模擬盤驅動器亦采用美國 ICS P2BX PentiumⅡ32位工控微機,，并通過網絡適配器與計算機網絡相連。
該工業(yè)PC機具備支持不少于4個I/O設備的驅動能力,，網卡為Inter Ether Express/10,，網絡軟/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,、維護方便,。
監(jiān)控中心模擬盤，采用分體自立式結構，馬賽克拼裝元件,，平面鑲嵌毛玻璃的LED顯示方式,。模擬盤架采用鋼結構，具有足夠的機械強度以保證設備安裝后無晃動,、盤架無變形,，同時裝備有檢修用照明燈。模擬盤的防護等級為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)單體結構,。
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)軟件平臺選用Microsoft Windows98/95,，服務器系統(tǒng)平臺為Microsoft Windows NT4.0，應用軟件平臺選取美國Intellution Fix7.0,、Microsoft Office97等,。
Fix7.0，是美國Intellution公司的工業(yè)自動化組態(tài)軟件,，居全世界各種監(jiān)控組態(tài)軟件中銷量第一,。Fix7.0在組網、系統(tǒng)靈活配置,、系統(tǒng)的擴展以及為用戶提供友好的界面等方面具有獨特的優(yōu)點,。FIX自動化軟件還具有易學習、易開發(fā),、易使用,、易連接、易生長,、易運行的特點,。
4.2泵站RTU
4.2.1配置
RTU可以由一個PLC構成，也可由多個PLC構成RS485網絡（如圖4.2.2示意）,。
每個PLC外圍電路配置如圖4.2.1示意,。
泵站內的RTU以日本三菱公司FX2N系列PLC作為其核心部件，配以相應系列的輸入/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無線MODEM,、TA、各種報警傳感器（包括門禁,、紅外,、煙霧、水浸,、溫度傳感器）,、一臺UPS電源，一個機柜,。
電纜采用鎧裝電纜,，接線采用標準的端子排，所有電子器件盡量采用進口器件,。
4.2.2 RTU運行方式
泵站RTU可工作在兩種狀態(tài)下：“遠動態(tài)”,、“當地態(tài)”。
當泵站處于“當地態(tài)”時,，遠動系統(tǒng)只具有監(jiān)視功能,，一切遠程控制如單控、時控等均失效,，被控設備的開關,，由目前設于泵站內的控制系統(tǒng)（如飛力泵控制柜）監(jiān)控。
當泵站處于“遠動態(tài)”時,，所有監(jiān)控功能均由遠動系統(tǒng)完成。
“當地態(tài)”通常是在系統(tǒng)出現故障時,，為了保證檢修人員安全檢查,，由檢修人員親自設置。
4.2.3 RTU硬件選型,、功能設計及施工工藝的特點
值得一提的是,，由于RTU工作在相對惡劣的環(huán)境當中，因此,，要求其設備的選型要充分考慮可靠性指標,，尤其要考慮設備的防水、防塵和防腐蝕,。
本方案所選取的主要設備如可編程控制器PLC,、模數轉換器A/D、繼電器,，分別采用世界著名的日本三菱公司和日本OMRON公司原裝的產品,，其性能指標均達到工業(yè)級標準。這些產品已廣泛應用于世界各地各種復雜的環(huán)境當中,，其可靠性是有保證的,。其中,，PLC和AD模塊平均無故障運行時間可達60萬小時以上，繼電器動作次數25萬次以上,。
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,。
采用標準的接線端子排，為設備擴展,、維護提供方便,。
通信線路加保安器進行防雷處理，信號地浮空,，機箱進行接地處理,。
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)維護的復雜性,。
4.3 通信方式及運行費用
CDPD是國家投資建設的公共數據網絡，使用開放的系統(tǒng)結構,、AIRLINK加密和世界標準的IP尋址模式,，性能優(yōu)良、可擴充性好,、安全可靠,。 CDPD的初期投入成本及運行維護成本都較低（150元/月點）。目前在美國等發(fā)達國家,，CDPD已廣泛應用于交通運輸,、金融交易、水電監(jiān)控,、移動辦公等領域,，是公認的最佳無線數據傳輸方式。CDPD的缺點是數據傳輸速率較低（最高傳輸速度19.2Kb/s）,。
ISDN是通過公用電話網來實現有線通訊的,，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行維護成本都較高（3000元/月點）,。
考慮到泵站被監(jiān)控量的變化均較緩慢，所以,，泵站的工況數據及控制命令可以采用CDPD網絡進行傳輸,。
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,。
絕大多數情況下,，CDPD正常運行時，ISDN處于掛機狀態(tài),，運行費用僅為CDPD月租費150元/月.點,，加上ISDN座機費30元/月.點，共 180元/月.點;個別情況下,，當CDPD通信故障,，啟用ISDN，運行費用僅為CDPD月租費150元/月.點,，加上ISDN月租費3000元/月.點（該費用就是一個月不間斷通信所需電話費）,，共3150元/月.點。
雖然圖像數據經過壓縮后已大大減小,，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PC機作為操作工作站,，及TA,。
4.4.2分站硬件配置
在泵站端，配置一臺多媒體工控計算機及通訊接口設備,，一臺視頻矩陣切換器,，數個解碼控制器，數個攝像機,，數臺可控云臺,，以及配套的防護罩等附件。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
本系統(tǒng)將達到如下技術指標：
使用TCP/IP協(xié)議對各個分控點進行巡檢時,，單點平均POLLING時間小于4秒。
使用TCP/IP協(xié)議對各個分控點進行巡回開關操作時,，平均打開（或關斷）一個分控點的時間不超過3秒。
使用定時校準時鐘,，各個分控點時間誤差小于1秒,。
電量測量精度：優(yōu)于1%
非電量測量精度：優(yōu)于2%
設備誤動率為0%
系統(tǒng)平均無故障時間：大于15000小時
所有軟件已解決了2KY問題。
6 結束語
本文提出的泵站集散監(jiān)控系統(tǒng)技術方案,，通過在深圳市泵站集散監(jiān)控系統(tǒng)的實施和經過該系統(tǒng)較長時間的試運行,，說明技術方案完全滿足其設計原則，具有廣泛推廣應用的價值,。