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電器技術(shù)問(wèn)題解答 => 泵站遠程監測系統

發(fā)布日期：[2017-12-22] 共閱[4901]次

1現狀與建設難點(diǎn)
　　目前對于獨立的泵站，建設一套計算機監控系統實(shí)現現場(chǎng)的
監控，已經(jīng)有非常成熟的解決方案，相關(guān)的工程案例也非常多，
而通過(guò)建設遠程計算機網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現異地的監控，也有非常多的成
功案例。這些解決方案，大多基于現地的PLC+傳輸設備（工業(yè)總
線(xiàn)，局域網(wǎng)）+上位機（組態(tài)軟件）的方式實(shí)現，優(yōu)點(diǎn)是監測范圍
廣，實(shí)時(shí)性好，但缺點(diǎn)是造價(jià)高，需要傳輸設備支持。當存在大
量的中小泵站需要進(jìn)行運行監測時(shí)，其投入的成本和對基礎設施
（計算機網(wǎng)）的要求非常高，幾乎無(wú)法實(shí)施。
　　2解決方案
　　2.1體系架構
　　本文所設計的泵站遠程監測系統是基于在線(xiàn)自動(dòng)測量技術(shù)，
計算機技術(shù)以及相關(guān)的專(zhuān)用監測軟件和通訊網(wǎng)絡(luò )所組成的一個(gè)綜
合性的在線(xiàn)自動(dòng)監測，統計，處理系統。它相對于普通的計算機
自動(dòng)控制系統來(lái)說(shuō)，最典型的區別在于：是基于"有人看護值班，
信息自動(dòng)監測傳輸"要求進(jìn)行的系統設計，保留日常運行管理人
員，實(shí)現泵站狀態(tài)的自動(dòng)傳輸和統一顯示，因此，應該具備以下
幾個(gè)條件。
　　2.1.1具有獨立的監控功能
　　在分層分布式泵站遠程自動(dòng)監測中，按照監測對象的分布進(jìn)
行設置，每個(gè)監測模塊作為一個(gè)設備單元，可以利用通信通道連
接到資源共享的網(wǎng)絡(luò )上實(shí)現分散控制。根據IEEE對分布式系統的
要求，各現地單元應具備自治性，模塊性和并行性。
　　2.1.2具有傳輸能力
　　既然要實(shí)現泵站運行信息的自動(dòng)傳輸，系統不僅應該具備現
地的各種監測功能，更主要必須保證與遠方監測中心進(jìn)行數據交
換，上傳有關(guān)信息。對于本項目來(lái)說(shuō)，必須選擇一套覆蓋面廣，
建設成本和運營(yíng)費用低，維護量小的信息傳輸網(wǎng)絡(luò )。
　　2.1.3統一的運行監測平臺
　　有別于常規的泵站計算機監測系統，本系統的監測對象主要
是大量中小型泵站，同時(shí)還包括已建成的一些有計算機監控系統
的大型泵站。需要利用計算機軟件技術(shù)，在盡可能簡(jiǎn)潔的顯示界
面下，顯示盡可能多的泵站信息，可以和其他防汛指揮軟件實(shí)現
整合和數據共享，因此要求在監測軟件的開(kāi)發(fā)中，脫離通常的組
態(tài)軟件開(kāi)發(fā)模式，采用更通用化的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言例如：VB，C，
C++等。
　　經(jīng)過(guò)上面的分析，可以看出，是一個(gè)包含現地監測，通訊網(wǎng)
絡(luò )，中心軟件的多層架構。
　　2.2現地監測
　　現地監測的功能主要是用于將傳感設備監測到的信號量采集
并傳輸到監控中心的設備，包括監測各運行狀態(tài)的儀器儀表和監
測主機組成。
　　由于各泵站均已實(shí)現電氣化，對于泵站的啟停觀(guān)測，直接通
過(guò)現地控制柜中的交流接觸器即可獲得；對于需要監測的如電
流，電壓等參數，通過(guò)新添加的儀器儀表也可以取得，這些觀(guān)測
儀器儀表市場(chǎng)上均有成熟的產(chǎn)品，均為常用的自動(dòng)監測設備，安
裝調試也和普通的泵站計算機監控系統相同，在此不一一贅述。
　　與通常的泵站計算機監控系統相比，本系統的最大區別在于
現場(chǎng)沒(méi)有采用PLC+上位機的結構，而是采用了集成化的測控終
端，與普通的PLC相比，該種測控終端價(jià)格更低，集成度更高，并
且集成了數據傳輸模塊，可以直接進(jìn)行數據發(fā)送，相當于整合了
部分上位機的功能，缺點(diǎn)是可以接入的儀表數量和控制功能相對
簡(jiǎn)單；但對于本系統的監測對象來(lái)說(shuō)，已經(jīng)能夠滿(mǎn)足每個(gè)泵站所
需報送的狀態(tài)信息，以本項目中使用最多的測控終端WNC2000為
例：它支持模擬量（4～20mA）10個(gè)，開(kāi)關(guān)量20個(gè)，當接入點(diǎn)數量
增加時(shí)，還可以通過(guò)加入擴展模塊進(jìn)行擴展，相對于傳統的
PLC+模擬量模塊+開(kāi)關(guān)量模塊+通訊模塊來(lái)說(shuō)，這種測控終端價(jià)格
低（設備價(jià)格僅相當于1個(gè)中檔PLC的CPU模塊），集成度高（整合
了通訊模塊），安裝部署方便（設備體積僅相當于一般的
MODEL），因此對于監測的信息量不大的情況下，采用這種一體化
監測終端是現有條件下的最佳選擇。同時(shí)通過(guò)SD卡可以實(shí)現信息
存儲功能，能夠在通訊中斷時(shí)自動(dòng)記錄采集的信號量，以備通訊
恢復時(shí)將監測信號重新發(fā)送至監測中心。
　　2.3通訊信道的選擇
　　通信系統是監測站網(wǎng)建設工程信息采集子系統的信息傳輸基
礎，它的優(yōu)劣直接影響系統信息及時(shí)，準確向中心站匯集。如何
準確，及時(shí)地將信息傳遞到中心是本系統設計的關(guān)鍵環(huán)節，考慮
到工程造價(jià)和運營(yíng)費用，較為可行的方案是采用公網(wǎng)的傳輸方
案，目前能夠覆蓋大部分泵站的公網(wǎng)傳輸方式主要有以下幾種。
　　2.3.1ADSL
　　利用電話(huà)信道，帶寬較大，但這種傳輸方式是一種非對稱(chēng)的
傳輸模式，下載帶寬（網(wǎng)頁(yè)瀏覽）遠大于上傳帶寬（監測數據傳
輸），難以滿(mǎn)足數據傳輸的需要，而且其覆蓋范圍和實(shí)際帶寬效
果依賴(lài)與接入點(diǎn)與主光纖的距離，難以覆蓋大部分泵站。
　　2.3.2GPRS／CDMA
　　利用移動(dòng)Π聯(lián)通的無(wú)線(xiàn)手機網(wǎng)絡(luò )，覆蓋面較廣，能夠覆蓋大
多數泵站，能夠提供點(diǎn)到點(diǎn)的實(shí)時(shí)數據連接；GPRS的峰值速率為
11512kbitΠs；CDMA1X系統的峰值速率為15316 kbit／s，但從實(shí)
際測試的結果看，GPRS在本地覆蓋范圍更廣，而且實(shí)際測試的有
效帶寬更大；因此在系統建設中，采用了GPRS通信方式發(fā)送系統
數據，其優(yōu)勢表現如下。
　�。�1）實(shí)時(shí)性強。GPRS網(wǎng)絡(luò )具有永遠在線(xiàn)的特點(diǎn)，只要設備打
開(kāi)在1～3s內就可以登陸到核心網(wǎng)絡(luò )，數據時(shí)延在700～3000ms之
內。
　�。�2）穩定性好，覆蓋好。GPRS網(wǎng)絡(luò )是在GSM網(wǎng)絡(luò )上加載的分
組交換網(wǎng)，核心設備在移動(dòng)公司機房，在信號較弱的地方可以自
動(dòng)切換編碼方式，增加冗余碼保證數據的傳輸，基本上在移動(dòng)手
機有信號的地方都可以使用GPRS網(wǎng)絡(luò )，覆蓋面廣。
　�。�3）價(jià)格低。由于GPRS網(wǎng)絡(luò )按照流量收費，在數據傳輸量不
是很大并終端特別多的情況下還可以按照APN接入點(diǎn)的流量收費，
整體網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)費用較低。
　　2.4集中監測軟件的架構
　　解決了現場(chǎng)參數的采集和傳輸問(wèn)題，在監控中心，就需要開(kāi)
發(fā)1套監測軟件來(lái)顯示這些實(shí)時(shí)采集到運行信息；通常的處理方法
有兩種：一種是數據接收軟件+數據庫+顯示界面；另一種是利用
測控終端自帶的組態(tài)軟件，直接顯示監測數據，同時(shí)利用組態(tài)的
數據庫功能，在數據庫中定時(shí)寫(xiě)入監測記錄。這兩種方案均是普
遍采用的常規方案，軟件開(kāi)發(fā)難度低，但均有不足之處，主要表
現如下。
　�。�1）采用數據接收軟件+數據庫+顯示界面的方式。
　　在水資源計量，用電遠程抄表系統中應用較多，監測數據通
過(guò)數據接收軟件接收后直接寫(xiě)入數據庫，顯示界面的開(kāi)發(fā)通�？�
以使用通用的軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，可以很方便的與其他指揮系統相
連，但采集到的數據經(jīng)過(guò)的流程長(cháng)，實(shí)時(shí)性低；在常規的編程方
式下，顯示的只是用戶(hù)打開(kāi)這個(gè)頁(yè)面時(shí)數據庫中的最新數據，實(shí)
時(shí)運行信息則無(wú)法自動(dòng)更新示到界面，無(wú)法達到運行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)
顯示；雖然在程序開(kāi)發(fā)中可以添加諸如定時(shí)刷新頁(yè)面的功能，但
又會(huì )出現刷新間隔和系統資源占用的矛盾，很難達到實(shí)用性和實(shí)
時(shí)性的平衡。
　�。�2）利用測控終端自帶的組態(tài)軟件，系統監測數據直接顯示
在自帶的組態(tài)程序中，數據一旦接收，即顯示在組態(tài)界面上，實(shí)
時(shí)性高，但缺點(diǎn)是受組態(tài)軟件本身制約，很難與其他系統融合，
界面中只能顯示當前系統數據，在本項目中，其他利用專(zhuān)網(wǎng)進(jìn)行
監測的水利工程監測的實(shí)時(shí)信息無(wú)法整合到一起，很難加入其它
功能，功能局限性大，擴展困難。
　　因此，在本項目監測軟件的開(kāi)發(fā)中，筆者進(jìn)行調研，決定采
用一種不同于以往的架構模式：通用工業(yè)控制協(xié)議OPC+通用開(kāi)發(fā)
語(yǔ)言，既滿(mǎn)足了系統的實(shí)時(shí)性要求，又保證系統的擴展性。
OPC（用于過(guò)程控制的OLE）作為一個(gè)工業(yè)標準，它由一些世界上
占領(lǐng)先地位的自動(dòng)化系統和硬件，軟件公司與微軟（Microsoft）
緊密合作而建立的，這個(gè)標準定義了應用Microsoft操作系統在基
于PC的客戶(hù)機之間交換自動(dòng)化實(shí)時(shí)數據的方法，取代了原來(lái)的
DDE，可以作為一個(gè)組件加入到1net的開(kāi)發(fā)環(huán)境中。通過(guò)這個(gè)開(kāi)發(fā)
環(huán)境，可以在編程過(guò)程中將遠程變量在軟件界面上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯
示，同時(shí)1net的強大開(kāi)發(fā)能力，可以整合其他業(yè)務(wù)系統，實(shí)現監
測系統與業(yè)務(wù)系統的無(wú)縫連接。
　�。�1）建立無(wú)線(xiàn)測控終端的OPC服務(wù)器，無(wú)線(xiàn)測控系統采集到
的數據通過(guò)架設在中心的OPC服務(wù)器進(jìn)行發(fā)布。
　�。�2）對于已建成通過(guò)PLC方式實(shí)現的其它自動(dòng)控制系統，通
過(guò)PLC或組態(tài)軟件自帶的OPC功能實(shí)現OPC服務(wù)，利用PLC或組態(tài)軟
件中自帶的OPC服務(wù)功能，可以在軟件開(kāi)發(fā)中實(shí)時(shí)訪(fǎng)問(wèn)其中的變
量，實(shí)現了泵站無(wú)線(xiàn)監測系統與其他計算機自動(dòng)控制系統的融
合。
　�。�3）開(kāi)發(fā)的監測軟件通過(guò)添加OPC組件，可以訪(fǎng)問(wèn)上述OPC服
務(wù)器中的所有變量信息，利用1net的強大功能，可以對這些OPC服
務(wù)器發(fā)布的狀態(tài)變量進(jìn)行任意組合，整合到業(yè)務(wù)系統中。
　　2.5與GIS的整合
　　信息技術(shù)的發(fā)展，特別是軟件技術(shù)的發(fā)展，使得監測系統軟
件在建設中，不但僅僅考慮數據的正確顯示，同時(shí)對軟件界面和
顯示方式的要求也越來(lái)越高，但在監測系統領(lǐng)域，往往仍停留在
以表格形式顯示數據的層次，這一方面在于組態(tài)軟件的擴展性較
低，不能支持更加活潑的顯示模式，另一方面在于這些監測系統
通常應用的領(lǐng)域對于監測點(diǎn)位置信息要求不高，用戶(hù)通常對于數
據的關(guān)注度遠遠大于對空間屬性的關(guān)注；但對于本系統來(lái)說(shuō)，系
統所面向的指揮決策人員往往不僅僅關(guān)注每個(gè)泵站實(shí)時(shí)的運行狀
態(tài)，同時(shí)也要關(guān)注這些泵站所處的位置以及周邊的社會(huì )經(jīng)濟和地
形地貌，因此，在顯示運行狀態(tài)的同時(shí)表現泵站的地理位置和地
形地貌，也是本系統軟件開(kāi)發(fā)工作的一項重大任務(wù)。
　　綜合軟件開(kāi)發(fā)的難度，顯示效果和平臺購置的成本，本項目
采用了外購的地理信息系統開(kāi)發(fā)平臺，通過(guò)在1net開(kāi)發(fā)環(huán)境中加
入地理信息系統庫，可以在軟件界面中插入本地區的電子地圖，
相關(guān)的河流，湖泊，地形地貌等都可以作為獨立的圖層加入，通
過(guò)開(kāi)發(fā)圖層控制功能用戶(hù)在瀏覽時(shí)可以選擇打開(kāi)Π關(guān)閉相應圖
層，查找自己感興趣的目標，同時(shí)在地圖中還將本項目監測的各
個(gè)泵站作為獨立圖層加入到地圖中。通過(guò)編程，用戶(hù)可以在顯示
的地圖中點(diǎn)擊某個(gè)泵站，就可以將選中的泵站突出顯示，并標記
其運行狀態(tài)，要查看詳細信息時(shí)，也可以通過(guò)界面選擇，以表單
形式顯示泵站的詳細信息。
　　3總結與展望
　　本系統目前已經(jīng)實(shí)際投入運行，從目前的情況看，運行比較
正常，采用的硬件設備運行穩定，沒(méi)有發(fā)生異常；軟件系統也具
備了比較高的穩定性，用戶(hù)使用的反響也較好，但也有部分不足
之處。
　�。�1）基于OPC接口的監測中心軟件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗不足，對于變量
和接口的定義未能在設計之初進(jìn)行統一規劃，各變量和接口的定
義在軟件編程過(guò)程中多次擴充，修改，命名不夠規范，后期擴展
的成本較高，希望能在今后的項目中引起重視，在設計之初即對
所有的監測項目和變量進(jìn)行統一設計，規范命名。
　�。�2）由于先期實(shí)施的部分項目選擇的電器儀器儀表沒(méi)有按照
相關(guān)的規范要求選型和施工，輔助接點(diǎn)少，在現場(chǎng)很難取到需要
監測的信號，需要改裝或更換，造成了浪費；在今后的類(lèi)似項目
的設計和施工中，要注意在選擇相關(guān)設備時(shí)，充分考慮今后的自
動(dòng)化接口是否完備，預留擴展空間。
　�。�3）由于軟件需求調研不夠充分，或者要求不夠明確，不能
形成統一的報表，只能在開(kāi)發(fā)過(guò)程中隨時(shí)添加和修改，而且報表
樣式不夠活潑，需要進(jìn)一步擴展。


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