基于無線網橋的水廠監控系統

鄭勇峰 趙勇 （天津渤海職業技術學院 天津300402）

基于無線網橋的水廠監控系統

鄭勇峰 趙勇 （天津渤海職業技術學院 天津300402）

采用“主站＋無線網橋+子站”建立水源地井群微機遠程控制系統，采用無線通訊方式，使之能夠監測井泵出水口流量，監控井泵的啟停狀態等。建立水源地井群及水廠安防監控系統，以無線網橋的通訊方式，監視水廠及深水泵房內外設備等。

無線網橋 PLC 監控

0 引言

供水設施是社會穩定和經濟發展的基礎。隨著現代社會的發展，尤其是工業的發展，對水的需求越來越大，如何建立一個高效、功能強大的供水監控系統引發了越來越多人的重視。[1]在水源地距離水廠較遠的地方，建立一套具有遠程通信、監視、控制的供水監控系統是非常必要的。[2]本文介紹了廣西某縣縣城的供水系統建立的一個基于無線網橋的監控系統，該系統經過實際運行，收到了良好的效果。

1 方案要求

廣西某縣老城區供水管網改造工程，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入一水廠水池，另外10臺深水泵房抽取的地下水進入二水廠水池，最后通過自流形式送入管網。水廠水池水位與消防用水水位相互連鎖。水廠監控中心實時監控各個水井的壓力、流量、電壓、電流、泵的啟停以及水井房的視頻信號。23口冷水井的位置分布為：其中13口水井分布在一水廠周圍，半徑為3 km的近似圓弧上面；另外10口水井分布于二水廠周圍，在長軸為3 km，短軸為2 km的近似橢圓弧上面。當地雨雪天氣較多。

常見的遠程控制有無線網橋、光纖傳輸、無線電臺、GPRS通信方式等4種，它們的傳輸特點如下：

1.1 無線網橋

拋棄了傳統的銅線或光纖，利用無線通訊技術，以空氣作為媒介進行網絡數據傳輸，達到連接不同的網段的目的。其優點是：能夠完成許多相距較遠的建筑物之間的相互通信。其缺點是：設備價格較高，數據傳輸易受外界電磁干擾；微波信號為直線傳輸，中間不能有山體、建筑物遮擋。

1.2 光纖傳輸

常見的有模擬光端機和數字光端機，是解決幾十甚至幾百公里數據傳輸的最佳解決方式，通過把數據及控制信號轉換為光信號在光纖中傳輸。其優點是：傳輸距離遠，衰減小，抗干擾性能最好，適合遠距離傳輸。其缺點是：對于幾公里內監控信號傳輸不夠經濟；光熔接及維護需專業技術人員及設備操作處理，維護技術要求高，不易升級擴容。

1.3 無線電臺

采用調頻調制或調幅調制的辦法，將圖像搭載到高頻載波上，轉換為高頻電磁波在空中傳輸。其優點是：省去布線及線纜維護費用，可動態實時傳輸廣播級圖像。其缺點是：傳輸環境是開放的空間很容易受外界電磁干擾；微波信號為直線傳輸，中間不能有山體、建筑物遮擋；波段受天氣影響較為嚴重，尤其是雨雪天氣會有嚴重雨衰。

1.4 GPRS通信

GPRS是在現有GSM系統上發展出來的一種新的數據承載業務,支持TCP/IP協議，可以與分組數據網（Internet等）直接互通。優點是：通信距離遠，成本費用較低。缺點是：通信方式受3G信號的強度大小影響，并且傳送的數據只能是數字量和模擬量信號，不適合傳送圖像、視頻信號以及同時傳送大量的數據。

2 方案實施

根據水廠的自動化控制要求，結合他們的需求：距離較遠，舍去光纖傳輸的方式；因為傳輸的信號有視頻信號，因此去掉GPRS通信方式；當地雨雪天氣較多，去掉無線電臺的方式。因此本通信方案選定為無線網橋的通信方式。一水廠控制結構圖如圖1所示。

二水廠控制方式與一水廠相同，兩個水廠之間通過網線連接。水廠控制采用“主站＋無線網橋+子站”方式的水廠供水工程微機遠程系統。無線網橋采用以色列奧維通系列產品。操作員站采用ifix5.1運行版組態軟件，主站采用三菱系列PLC進行取水、供水等過程控制。水源地冷水井井群控制采用無線網橋的無線通訊形式與水廠控制中心進行無線通訊。水源地泵房采用三菱系列PLC，與水廠控制中心進行無線通訊，上傳井口出水流量、井泵電量等信息及井泵運行狀態信號，接受控制中心對井泵的啟停控制。

本系統自動控制分為三級控制，第一級為就地手動控制（低壓控制柜面板操作），它的優先級是最高的，在有緊急情況的時候可無視自動系統對其進行手動控制；第二級為上位（工控機）手動控制，可以通過工控機對每臺深水井泵及電動閥門進行手動控制；第三級為自動控制，只需要對上位機進行一鍵操作（啟動系統），即可完成整條流水線的聯動運行。PLC將自動發出指令對各個設備進行控制。它的優先級為最低。

水廠監視中心采用“前端部分+無線網橋+液晶電腦顯示”方式的水廠供水工程安防監控系統。通過該系統的圖像管理服務器能夠在監控中心對遠處的深水泵房內設備進行實時監視。圖像管理服務器采用“NDVision視頻軟件平臺”，它為客戶提供通用視頻監控管理平臺及最佳應用解決方案。NDVision視頻軟件平臺是基于C/S架構，可無限擴容的網絡視頻監控系統。支持DVR、DVS、IP Camera多種設備接入。監控系統在運作效能及管理的便利性上有了大幅的提升。

整個控制系統設兩臺操作員站。兩個水廠各自一臺操作員站，操作員站同時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行在線或離線的上下位控制程序修改。根據需求設計操作員站的功能為：通過控制中心能夠遠程監控各井泵啟停，實現統一指揮、統一調度，保障系統運行不間斷；在畫面上顯示通訊站號、通訊速率、通訊口信息，當和某一井泵房通訊出現故障時，畫面上會出現信息提示；控制中心的值班人員可以根據各井泵房的實際運行狀況在監控室對各井泵房進行相應控制操作，各井泵房可完全實現24小時無人值守作業；當井泵出水口壓力、井泵電機故障等達到報警狀態時，控制中心自動發出聲光報警，及時通知工作人員處理，同時顯示報警信息并存儲該報警信息；控制中心把各個井泵房傳輸上來的數據按要求存入歷史數據庫，可以通過查詢歷史數據或曲線查詢各井泵房某一段時間的運行情況。

3 結論

本水廠項目歷時10個月，其中安裝調試時間為3個月，項目核心部件無線網橋部分更是經過反復的測試，對于部分信號傳輸差的地方，增加了大功率天線。系統運行一年，控制操作簡單可靠，數字信號、模擬信號以及視頻信號傳輸迅速，響應及時，達到了預定的目標。■

[1]黃志強，韓月霞，周茂.基于G PRS-Internet的城市路燈遠程監控實現［J］．微計算機信息，2007（1）:50-52.

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

2012-07-09