關于泵站無線監控系統設計初探

陳俊

深圳市水務技術服務有限公司 518000

摘要：以某泵站無線監控系統設計為例，分別對監控中心、通信平臺、監控子站三大組成部分進行分析，從而實現良好的系統調度、監控及指揮，提高水庫泵站運行效率。

關鍵詞：泵站；無線監控；設計

1前言

水力資源在國民經濟建設中占據著重要的地位，隨著我國綜合國力的不斷提高，在水利工程建設方面也增大了投資力度，合理的充分利用水力資源也顯得越來越重要。泵站是水利資源調度的重要組成部分，但目前我國的大部分泵站的控制和管理與國外相比還處于相對落后。因此，一定要對現有的泵站電氣自動化提出更高要求。

泵站自動化監控系統是實現水利信息化的重要環節之一，對供水系統進行有效、合理的監測，特別是加強每個工藝環節的自動控制及監測，是提高供水系統工作安全與質量的重要因素。本文論述的該項設計是以3個泵站實現計算機集中控制與監測，根據用戶用水量對各水泵進行合理調度，從而確保用戶供水需求，實現降低成本、節能減排。

2系統方案設計

該系統是由3大部分構成：第一部分是監控中心，監控中心由監控服務器、客戶端主機、GPRS無線通信模塊、網絡交換機、組態軟件、打印機、UPS電源等組成，主要對人機接口命令及各種數據進行處理；第二部分是通信平臺，通過對系統的安全性和可靠性的充分考慮，該系統選擇了GPRS系統作為集中監控系統的數據通信平臺；第三部分是監控子站，它是子系統的監控中心。

2.1監控中心

監控中心的系統結構圖如圖1，監控中心監控服務器由GPRS無線通信模塊連接到移動公司GPRS網絡，通過GPRS網絡接收各泵站數據信號，并向各泵站進行命令傳送，對泵站水泵、閥門等設備運行實行控制。

圖1 監控中心結構圖

監控服務器裝有功能強大、畫面豐富的組態監控軟件、運行穩定可靠的系統軟件和通信應用軟件。監控中心是整個供水調度系統的控制中樞，它可以實現多畫面實時顯示調蓄池液位、各泵站用電參數、水泵運行電流等實時數據及各設備的運行狀況等，并且可對被控對象實行遠距離實時控制，并對當前數據和歷史數據匯總，根據實際情況對出現的故障進行報警。監控服務器采用雙機熱備系統，雙機熱備就是實時數據、報警信息和變量歷史記錄的熱備。主從機都正常運行時，主機從設備采集數據，并產生報警和事件信息。從機通過網絡從主機

獲取實時數據和報警信息，而不會從設備讀取或自己產生報警信息。主從機會對變量歷史數據各自記錄。同時，從機通過網絡監聽主機，從機與主機之間的監聽采取請求與應答的方式，從機以一定的時間間隔向主機發出請求，主機應答表示工作正常，若主機沒有作出應答，從機將切斷與主機的網絡數據傳輸，轉入活動狀態，改由下位設備獲取數據，并產生報警和事件信息。此后，從機還會定時監聽主機狀態，一旦主機恢復，就切換到熱備狀態，實現了熱備。

客戶端主機主要給操作的人員提供一個人機界面，授權用戶可通過此操作站訪問系統的監控服務器數據，并且可對數據進行人機交互的相關處理。客戶端主機安裝有客戶端軟件和在此平臺上開發的監控軟件人機交互處理軟件。

2.2無線通信平臺

無線通信平臺會顯得非常靈活，具有投資較少、建設周期短、

運行維護簡單、性價比高等優點。通過比較分析，決定選用中國移動的GPRS系統作為集中監控系統的數據通信平臺。目前，GSM網絡經過電信部門的多年建設，覆蓋范圍不斷擴大，已成為成熟、穩定、可靠的通信網絡，特別是中國移動新推出的GPRS數據業務。GPRS系統可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業務平臺上構建供水調度監控系統，實現各泵站監控點的無線數據傳輸具有可充分利用現有網絡，縮短建設周期，降低建設成本的優點，而且設備安裝方便、維護簡單。

監控中心用一個GPRS模塊，通過串口與服務器連接，模塊內安裝一張SIM卡?，F場每個測控終端內有GPRS模塊，模塊內安裝一張SIM卡。中心和現場的GPRS模塊都能登陸移動公司的GPRS-VPN專網，在網上傳輸數據。

VPN是一門網絡新技術，為人們提供了一種通過公用網絡安全地對企業內部專用網絡進行遠程訪問的連接方式。一個網絡連接通常由3個部分組成：客戶機、傳輸介質和服務器。同樣也由這3部分組成，不同的是VPN連接使用隧道作為傳輸通道，這個隧道是建立在公共網絡或專用網絡基礎之上的，如Internet或Intranet。GPRS-VPN專網系統采用中國移動分配的專門的APN進行無線網絡接入，在網絡側對SIM卡和APN進行綁定，只有屬于指定APN的SIM卡才能訪問此專用APN。利用SIM卡的唯一性，劃定用戶可接入某系統的范圍，可以有效避免非法入侵。企業通過專線和移動公司GPRS網的GGSN相連，在移動GGSN網元上為企業設置一個專用的接入APN點，從而在企業使用的移動設備和企業內部網絡之間構成一條無線虛擬專網（VPN）通道，解決了企業提出的內部網絡安全性及數據私密性的要求。無線終端在進行GPRS附著時，SGSN首先向HLR查詢移動終端所允許使用的APN，然后通過DNS將APN解析成相應的IP地址。專用的APN在GGSN上將體現為專用的網絡地址段。由于企業通過專線和移動公司連接，此時無線終端已通過此種方式通過GPRS相接到企業專網。

2.3監控子站

各泵站設監控子站一座，由遠程測控終端及GPRS無線通信模塊組成，遠程測控終端通過GPRS無線通信模塊接入移動GPRS網絡，同監控中心實現數據的實時交換，并接收監控中心控制指令，控制子站設備啟停運行。各泵站設備的運行不依賴于監控中心，可獨立運行，大大提高了系統運行的可靠性。

遠程測控終端是一套完整的PLC控制系統，由相應的CPU模塊、通信模塊、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、模擬量模塊、UPS不間斷電源組成。遠程測控終端實時采集各水泵及閥門運行狀態、水泵電流、調蓄池水位、供水壓力、供水流量等，通信模塊同GPRS模塊相連，通過GPRS模塊內置嵌入式處理器對數據進行處理、協議封裝后發送到GPRS網絡，實現向監控中心數據傳遞，并接收監控中心控制指令，實現泵站遠程監控調度。

3系統實現

3.1自動控制

自動控制顯示各水泵運行狀態、運行電流、水池水位及電動閥門開度等，當泵站就地系統選擇集控時，可對設備進行自動或手動控制，并實現了水位和水泵的自動控制。

3.2實時監控報警

實時監控為該系統提供了集成、靈活、易用的開發環境和廣泛的功能，能夠快速建立、測試和部署自動化應用，來連接、傳遞和記錄實時信息，使用戶可以實時查看和控制工業生產過程，圖2是系統運行的實時曲線。

圖2 泵站無線監控系統實時曲線

4結語

該泵站運用計算機監控系統，系統設計實現了無線通信，自動控制和實時報警等功能。通過實踐證明該系統不僅實現了自動控制的作用，還達到節能降耗、合理調配的目的。

參考文獻：

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[2]趙洪亮，王加奎等.基于西門子PLC的煤礦井下自動化監控系統設計[J].煤礦機械，2012，33.