1 概述

　　根據深圳市泵站管理所提出的《深圳市泵站集散監控系統功能設計方案》，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接口情況的分析，并結合對類似的多種實時監控制系統的調研，對在泵站管理所和泵站內實施集散監控系統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 系統功能簡介

　　本系統在泵站管理所內的監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，實時監視泵站狀態和運行參數、接收故障報警信息、通過智能終端設備下達控制信號（現場手動優先），并具有分級報警功能、操作權限管理功能、報表統計打印功能、圖像（或視頻）監控功能、電話報警功能等。系統功能詳見《深圳市泵站集散監控系統功能設計方案》。

3 系統總體結構

　　3.1總體結構

　　該系統總體上設計為兩級管理系統，實現對泵站設備的集散監控。

圖3.1 監控系統總體結構

　　第一，由設在設備現場的PLC，實現對設備的定時控制、閉環控制以及信號的采集和預處理等監控功能。

　　第二，在泵站管理所設置泵站監控中心，通過CDPD無線蜂窩數據網絡、ISDN、DDN通道來構成聯接全市各泵站的星形網絡，通過PLC對泵站設備進行監控。

　　本系統由四大部分構成：

　　設在泵站管理所的監控中心：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：通道是連接監控中心與泵站的通信信道。本系統采用CDPD無線蜂窩數據網絡和綜合業務數字網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，并將數據上送監控中心;另一方面執行監控中心的控制命令、自動執行定時控制指令和控制邏輯。

　　RTU采用單個或多個PLC分別監控啟閉機、格柵機、泵及配電柜。多個PLC之間采用RS-485聯成網。

　　圖像監控系統：本系統配置圖像監控系統。圖像監控系統在結構上與本系統其它部分相對獨立，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控系統，考慮到系統的實時性及系統運行的可靠性等，監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。

　　當監控中心查詢RTUi（i表示第i個泵站）或向RTUi發送命令時，數據通過設在監控中心的網絡設備（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要應答監控中心的查詢或將三遙數據上送監控中心時，數據由RTU經上述鏈路逆向上傳至監控中心。

　　當啟用ISDN通道時，則監控中心的數據經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”對通道進行實時監視并根據切換邏輯實現的。

4 系統硬件、軟件配置及工作方式

　　4.1監控中心

　　4.1.1硬件配置

　　監控中心配置多臺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，在監控中心可配置大型模擬屏或大屏幕投影儀。

　　監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，燈元件為雙色三態單體結構。

　　大型投影儀采用高亮度、高清晰度的工業監控用投影儀。

　　4.1.2 軟件選型

　　工作站系統軟件平臺選用Microsoft Windows98/95，服務器系統平臺為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公司的工業自動化組態軟件，居全世界各種監控組態軟件中銷量第一。Fix7.0在組網、系統靈活配置、系統的擴展以及為用戶提供友好的界面等方面具有獨特的優點。FIX自動化軟件還具有易學習、易開發、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可工作在兩種狀態下：“遠動態”、“當地態”。

　　當泵站處于“當地態”時，遠動系統只具有監視功能，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（如飛力泵控制柜）監控。

　　當泵站處于“遠動態”時，所有監控功能均由遠動系統完成。

　　“當地態”通常是在系統出現故障時，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級標準。這些產品已廣泛應用于世界各地各種復雜的環境當中，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，同原有監控系統中采用的PLC具有一致性，可降低系統維護的復雜性。

　　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，使用開放的系統結構、AIRLINK加密和世界標準的IP尋址模式，性能優良、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）。目前在美國等發達國家，CDPD已廣泛應用于交通運輸、金融交易、水電監控、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，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圖像監控系統

　　4.4.1監控中心硬件配置

　　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。分站圖像監控硬件配置如下圖所示。

5 監控系統性能指標

　　本系統將達到如下技術指標：

　　使用TCP/IP協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：優于1%

　　非電量測量精度：優于2%

　　設備誤動率為0%

　　系統平均無故障時間：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控系統技術方案，通過在深圳市泵站集散監控系統的實施和經過該系統較長時間的試運行，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。