1 概述

　　根据深圳市泵站管理所提出的《深圳市泵站集散监控系统功能设计方案》，经过多次对泵站工艺流程、泵站设备工作原理、泵站设备与远动系统接口情况的分析，并结合对类似的多种实时监控制系统的调研，对在泵站管理所和泵站内实施集散监控系统的可行性进行了多次论证，提出本技术设计方案。

　　设计方案遵循了先进、可靠、实用、经济及“一次设计、分步实施”的原则。

2 系统功能简介

　　本系统在泵站管理所内的监控中心和各泵站内的当地控制台实现对各泵站设备的遥测、遥信和遥控功能，实时监视泵站状态和运行参数、接收故障报警信息、通过智能终端设备下达控制信号（现场手动优先），并具有分级报警功能、操作权限管理功能、报表统计打印功能、图像（或视频）监控功能、电话报警功能等。系统功能详见《深圳市泵站集散监控系统功能设计方案》。

3 系统总体结构

　　3.1总体结构

　　该系统总体上设计为两级管理系统，实现对泵站设备的集散监控。

图3.1 监控系统总体结构

　　第一，由设在设备现场的PLC，实现对设备的定时控制、闭环控制以及信号的采集和预处理等监控功能。

　　第二，在泵站管理所设置泵站监控中心，通过CDPD无线蜂窝数据网络、ISDN、DDN通道来构成联接全市各泵站的星形网络，通过PLC对泵站设备进行监控。

　　本系统由四大部分构成：

　　设在泵站管理所的监控中心：它由多台PC机/服务器构成局域网，配以打印机、显示器、大型模拟屏或投影仪等，处理人机接口命令, 进行各种数据处理，实现信息共享等。

　　通道：通道是连接监控中心与泵站的通信信道。本系统采用CDPD无线蜂窝数据网络和综合业务数字网ISDN构成互为备用的通信通道。其中，采用CDPD通道时，监控中心的计算机需经DDN与CDPD服务器连接。

　　RTU：RTU为设在各泵站内的远方终端单元。它们一方面实现数据采集及数据预处理，并将数据上送监控中心;另一方面执行监控中心的控制命令、自动执行定时控制指令和控制逻辑。

　　RTU采用单个或多个PLC分别监控启闭机、格栅机、泵及配电柜。多个PLC之间采用RS-485联成网。

　　图像监控系统：本系统配置图像监控系统。图像监控系统在结构上与本系统其它部分相对独立，具有独立的通道和硬件配置。

　　在控制中心，配置一台多媒体图像监控终端。在该终端的显示器上，可以显示所关心的泵站现场图像，并通过该终端，可对泵站内的摄像机镜头和云台进行遥控。

　　由于图像数据虽然经过压缩，但仍然比较大，因此采用具有较高传输速率的ISDN通道。

　　3.2工作方式

　　由于远期泵站管理所将有近30个泵站/泵房要纳入该集散监控系统，考虑到系统的实时性及系统运行的可靠性等，监控中心对泵站实施分群管理，即正常情况下一台计算机管理7-10个泵站/泵房;当其中有计算机故障时，可配置使管理其它群的计算机代为管理;当故障排除后，恢复到原有分群方式运行。

　　通讯采用Polling查询方式。

　　当监控中心查询RTUi（i表示第i个泵站）或向RTUi发送命令时，数据通过设在监控中心的网络设备（路由器、DTU接口设备），经通道送到RTU。

　　当启用CDPD通道时，监控中心的数据经DDN专线进入数据通信局CDPD网络。安装在泵站内的CDPD无线MODEM，接收从CDPD网络发射来的无线信号，并将其解调为串行数据下送给RTU。反之，当RTU要应答监控中心的查询或将三遥数据上送监控中心时，数据由RTU经上述链路逆向上传至监控中心。

　　当启用ISDN通道时，则监控中心的数据经TA、ISDN网络、TA下传到RTU。RTU的数据通过同样的通道上送到监控中心。

　　CDPD通道与ISDN通道的切换，是靠软件“看门狗”对通道进行实时监视并根据切换逻辑实现的。

4 系统硬件、软件配置及工作方式

　　4.1监控中心

　　4.1.1硬件配置

　　监控中心配置多台PC机作为操作工作站和一台服务器构成局域网，其中一台工作站用于显示报警信号。外设配置多台（与计算机数量相同）彩色显示器，一台彩色打印机，一个路由器，一个DTU接口设备，一个集线器，一台TA，一台UPS，一块语音卡，若干网卡、网线及电源接插件，一套EA01107配电柜、控制台EA01104 三个单元。

　　控制台上摆放多台显示器，相应的键盘及鼠标，两台打印机，电话等。

　　控制台内摆放工作站、服务器、集线器、路由器、DTU设备、电源接插件、各种电缆及电缆槽等。

　　在经费允许的情况下，在监控中心可配置大型模拟屏或大屏幕投影仪。

　　监控中心模拟盘由模拟盘驱动器和盘体组成，模拟盘驱动器亦采用美国 ICS P2BX PentiumⅡ32位工控微机，并通过网络适配器与计算机网络相连。

　　该工业PC机具备支持不少于4个I/O设备的驱动能力，网卡为Inter Ether Express/10，网络软/硬件资源丰富，支持10 Base 2（10 Base T），并提供图形加速卡Mach64等。配置灵活，使用、维护方便。

　　监控中心模拟盘，采用分体自立式结构，马赛克拼装元件，平面镶嵌毛玻璃的LED显示方式。模拟盘架采用钢结构，具有足够的机械强度以保证设备安装后无晃动、盘架无变形，同时装备有检修用照明灯。模拟盘的防护等级为IP40。马赛克拼装元件采用抗腐蚀、阻燃材料，模块大小为25mm×25mm，灯元件为双色三态单体结构。

　　大型投影仪采用高亮度、高清晰度的工业监控用投影仪。

　　4.1.2 软件选型

　　工作站系统软件平台选用Microsoft Windows98/95，服务器系统平台为Microsoft Windows NT4.0，应用软件平台选取美国Intellution Fix7.0、Microsoft Office97等。

　　Fix7.0，是美国Intellution公司的工业自动化组态软件，居全世界各种监控组态软件中销量第一。Fix7.0在组网、系统灵活配置、系统的扩展以及为用户提供友好的界面等方面具有独特的优点。FIX自动化软件还具有易学习、易开发、易使用、易连接、易生长、易运行的特点。

　　4.2泵站RTU

　　4.2.1配置

　　RTU可以由一个PLC构成，也可由多个PLC构成RS485网络（如图4.2.2示意）。

　　每个PLC外围电路配置如图4.2.1示意。

　　泵站内的RTU以日本三菱公司FX2N系列PLC作为其核心部件，配以相应系列的输入/输出模块，采用日本OMRON公司继电器，并配置电流变送器、电压变送器、脉冲电度表、CDPD无线MODEM、TA、各种报警传感器（包括门禁、红外、烟雾、水浸、温度传感器）、一台UPS电源，一个机柜。

　　电缆采用铠装电缆，接线采用标准的端子排，所有电子器件尽量采用进口器件。

　　4.2.2 RTU运行方式

　　泵站RTU可工作在两种状态下：“远动态”、“当地态”。

　　当泵站处于“当地态”时，远动系统只具有监视功能，一切远程控制如单控、时控等均失效，被控设备的开关，由目前设于泵站内的控制系统（如飞力泵控制柜）监控。

　　当泵站处于“远动态”时，所有监控功能均由远动系统完成。

　　“当地态”通常是在系统出现故障时，为了保证检修人员安全检查，由检修人员亲自设置。

　　4.2.3 RTU硬件选型、功能设计及施工工艺的特点

　　值得一提的是，由于RTU工作在相对恶劣的环境当中，因此，要求其设备的选型要充分考虑可靠性指标，尤其要考虑设备的防水、防尘和防腐蚀。

　　本方案所选取的主要设备如可编程控制器PLC、模数转换器A/D、继电器，分别采用世界著名的日本三菱公司和日本OMRON公司原装的产品，其性能指标均达到工业级标准。这些产品已广泛应用于世界各地各种复杂的环境当中，其可靠性是有保证的。其中，PLC和AD模块平均无故障运行时间可达60万小时以上，继电器动作次数25万次以上。

　　电缆选择铠装电缆，则考虑了防水、防老化、防鼠及电气性能等。

　　采用标准的接线端子排，为设备扩展、维护提供方便。

　　通信线路加保安器进行防雷处理，信号地浮空，机箱进行接地处理。

　　本方案选用的可编程逻辑控制器PLC，同原有监控系统中采用的PLC具有一致性，可降低系统维护的复杂性。

　　4.3 通信方式及运行费用

　　CDPD是国家投资建设的公共数据网络，使用开放的系统结构、AIRLINK加密和世界标准的IP寻址模式，性能优良、可扩充性好、安全可靠。 CDPD的初期投入成本及运行维护成本都较低（150元/月点）。目前在美国等发达国家，CDPD已广泛应用于交通运输、金融交易、水电监控、移动办公等领域，是公认的最佳无线数据传输方式。CDPD的缺点是数据传输速率较低（最高传输速度19.2Kb/s）。

　　ISDN是通过公用电话网来实现有线通讯的，其通讯的可靠性高、传输速度快（2B最高传输速度128Kb/s），但初期投入成本及运行维护成本都较高（3000元/月点）。

　　考虑到泵站被监控量的变化均较缓慢，所以，泵站的工况数据及控制命令可以采用CDPD网络进行传输。

　　考虑到CDPD通讯覆盖范围，也为了提高系统通信的可靠性，采用ISDN作为CDPD通道的备用通道。

　　绝大多数情况下，CDPD正常运行时，ISDN处于挂机状态，运行费用仅为CDPD月租费150元/月.点，加上ISDN座机费30元/月.点，共 180元/月.点;个别情况下，当CDPD通信故障，启用ISDN，运行费用仅为CDPD月租费150元/月.点，加上ISDN月租费3000元/月.点（该费用就是一个月不间断通信所需电话费），共3150元/月.点。

　　虽然图像数据经过压缩后已大大减小，但仍然较大，因此图像的传输需要ISDN通道。

　　4.4图像监控系统

　　4.4.1监控中心硬件配置

　　一台PC机作为操作工作站，及TA。

　　4.4.2分站硬件配置

　　在泵站端，配置一台多媒体工控计算机及通讯接口设备，一台视频矩阵切换器，数个解码控制器，数个摄像机，数台可控云台，以及配套的防护罩等附件。分站图像监控硬件配置如下图所示。

5 监控系统性能指标

　　本系统将达到如下技术指标：

　　使用TCP/IP协议对各个分控点进行巡检时，单点平均POLLING时间小于4秒。

　　使用TCP/IP协议对各个分控点进行巡回开关操作时，平均打开（或关断）一个分控点的时间不超过3秒。

　　使用定时校准时钟，各个分控点时间误差小于1秒。

　　电量测量精度：优于1%

　　非电量测量精度：优于2%

　　设备误动率为0%

　　系统平均无故障时间：大于15000小时

　　所有软件已解决了2KY问题。

6 结束语

　　本文提出的泵站集散监控系统技术方案，通过在深圳市泵站集散监控系统的实施和经过该系统较长时间的试运行，说明技术方案完全满足其设计原则，具有广泛推广应用的价值。