數(shù)傳電臺(tái)在無(wú)人值守泵站監(jiān)控系統(tǒng)中的運(yùn)用

數(shù)字電臺(tái)是數(shù)字式無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)的簡(jiǎn)稱。無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)是通信行業(yè)發(fā)展較早的通信方式，也是比較成熟的一項(xiàng)無(wú)線通信技術(shù)，數(shù)傳電臺(tái)適用于各類點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如電力負(fù)荷監(jiān)控、配網(wǎng)自動(dòng)化、水文水情測(cè)報(bào)、自來(lái)水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)、城市路燈監(jiān)控、防空警報(bào)控制、鐵路信號(hào)監(jiān)控、鐵路供水集中控制、輸油供氣管網(wǎng)監(jiān)測(cè)、GPS定位系統(tǒng)、遠(yuǎn)程抄表、電子吊稱、自動(dòng)報(bào)靶、地震測(cè)報(bào)、防火防盜、環(huán)境監(jiān)測(cè)等工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。

1.概述

筼筜污水處理廠環(huán)筼筜湖原有濱北1、濱北2、濱北3、湖中、濱南1號(hào)、濱南2號(hào)、濱南3號(hào)、濱南4號(hào)，共8個(gè)污水提升泵站，分2路管道逐級(jí)提升周邊污水至筼筜污水處理廠進(jìn)行污水處理。原泵站為有人值守模式，值班人員三班倒24小時(shí)管理各個(gè)泵站的運(yùn)行狀況。由設(shè)在筼筜污水廠內(nèi)部的調(diào)度室對(duì)各級(jí)泵站進(jìn)行調(diào)度指揮。這樣的模式給生產(chǎn)管理、調(diào)度帶來(lái)諸多不便。同時(shí)由于污水具有腐蝕性，散發(fā)惡臭及有毒性氣體，也極大的影響的工作人員的身心健康。在這樣的背景下，筼筜污水處理廠建設(shè)了無(wú)線遠(yuǎn)程無(wú)人值守泵站監(jiān)控系統(tǒng)。

無(wú)人值守泵站監(jiān)控系統(tǒng)建成之后，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)泵站系統(tǒng)的主要工藝參數(shù)（如流量、水位、電壓、電流等）及安全報(bào)警信息（紅外線防盜及煙霧報(bào)警信號(hào)）、能在調(diào)度室直接下達(dá)限機(jī)數(shù)、能控制污水提升泵、格柵機(jī)等設(shè)備并監(jiān)視泵機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)提供生產(chǎn)管理所需的報(bào)表、曲線、數(shù)據(jù)查詢等功能。它的建立對(duì)污水泵站的安全生產(chǎn)、科學(xué)調(diào)度有著重要的意義。

2.系統(tǒng)組成

系統(tǒng)設(shè)置1個(gè)主站，下設(shè)濱北、濱南兩條支線共8個(gè)子站。主站（控制中心）設(shè)在二廠調(diào)度室，濱北支線泵站：濱北1號(hào)泵站、濱北2號(hào)泵站、湖中泵站、濱北3號(hào)泵站，濱南支線泵站：濱南1號(hào)泵站，濱南2號(hào)泵站，濱南3號(hào)泵站，濱南4號(hào)泵站。這些支線泵站相互聯(lián)系，組成一個(gè)整體，實(shí)時(shí)采集各泵站的狀態(tài)數(shù)據(jù)，在發(fā)生故障時(shí)從控制中心對(duì)故障泵站發(fā)出應(yīng)急指令。

系統(tǒng)由1個(gè)主站8個(gè)子站組成，采用一主多從結(jié)構(gòu)、分布式無(wú)線實(shí)時(shí)監(jiān)控方式（簡(jiǎn)稱SCADA）。

2.1 主站

采用西門子S7－200系列的以CPU－226PLC做主機(jī)，通過(guò)無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)以“輪詢”方式對(duì)8個(gè)子站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視與控制，上位機(jī)采用組態(tài)王跟西門子主機(jī)通信，人機(jī)界面實(shí)時(shí)模擬顯示現(xiàn)場(chǎng)工作情況。

2.2 子站

采用西門子CPU－226PLC實(shí)現(xiàn)泵站運(yùn)行自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)與主站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與遠(yuǎn)程控制。

3.系統(tǒng)功能

3.1 手/自動(dòng)的控制方式

考慮到控制系統(tǒng)的安全性及維護(hù)的實(shí)用性，系統(tǒng)控制方式分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式。系統(tǒng)的自動(dòng)化控制可大大減輕工作強(qiáng)度，提高工作效率。而當(dāng)控制回路出現(xiàn)故障或報(bào)警時(shí)，可安全的切換至手動(dòng)控制停機(jī)、調(diào)試。

(1)系統(tǒng)的手動(dòng)、自動(dòng)控制，由控制屏上轉(zhuǎn)換開關(guān)切換。手動(dòng)控制時(shí)，手動(dòng)按控制面板上的按鈕進(jìn)行操作；當(dāng)切換為自動(dòng)控制時(shí)，泵站由PLC智能自動(dòng)控制。

(2)為保證系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行時(shí)間，系統(tǒng)的自動(dòng)方式分為強(qiáng)制自動(dòng)和遙控自動(dòng)兩種。所謂強(qiáng)制自動(dòng)即由子站PLC全權(quán)控制所在子泵站系統(tǒng)，此方式用于通訊出故障時(shí)，獨(dú)立運(yùn)行子系統(tǒng)不受其他監(jiān)控系統(tǒng)故障的影響。遙控自動(dòng)即所有分站子系統(tǒng)接受由主PLC設(shè)置下傳的控制開機(jī)臺(tái)數(shù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)聯(lián)控。兩種自動(dòng)控制方式的選擇由PLC輸入端子設(shè)置。

3.2 泵站子系統(tǒng)自動(dòng)控制功能

按照工藝和系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)要求，實(shí)現(xiàn)子站自動(dòng)控制功能如下：

(1)PLC采集集水井的水位4-20mA模擬信號(hào)，設(shè)定水位高低限值，控制泵的開、停。以此保證不出現(xiàn)低水位抽空泵，也不發(fā)生溢流。

(2)按照工藝要求的泵的開、停順序進(jìn)行聯(lián)鎖控制：先開先停，循環(huán)運(yùn)行。保證系統(tǒng)安全正常運(yùn)行。

(3)對(duì)分南北池的泵站，實(shí)行輪流開機(jī)運(yùn)行方式。

(4)為免造成管道溢流或泵站自回流，在強(qiáng)制自動(dòng)方式時(shí)由輸入端子設(shè)置最多開機(jī)臺(tái)數(shù)，在遙控方式時(shí)由主站控制。

3.3 系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)及自動(dòng)控制功能

這部分功能主要是系統(tǒng)的聯(lián)鎖啟動(dòng)、停止，故障的自診斷及安全恢復(fù)、自動(dòng)運(yùn)行，具體功能如下：

(1)子站運(yùn)行過(guò)程中，若超過(guò)3分鐘沒(méi)收到主站信號(hào)，則自動(dòng)關(guān)閉本站。

(2)主站沒(méi)收到子站傳回的運(yùn)行信號(hào)時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉前級(jí)泵站。

(3)遙控方式時(shí)，最大開機(jī)臺(tái)數(shù)由主站控制。

(4)設(shè)定抽水量時(shí)，比較前、后級(jí)泵站的設(shè)定數(shù)據(jù)，若前級(jí)泵站大于后級(jí)泵站時(shí)，報(bào)警提示。

(5)后級(jí)泵站斷電時(shí)，立即關(guān)閉前級(jí)所有泵站的水泵，直到后級(jí)泵站恢復(fù)正常運(yùn)行后，前級(jí)泵站按順序重新啟動(dòng)運(yùn)行，每級(jí)泵站順延10分鐘啟動(dòng)。

(6)當(dāng)子站出現(xiàn)通訊等故障，不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)時(shí)，可通過(guò)主站關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)功能，使子站進(jìn)入強(qiáng)制自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。

3.4 機(jī)組故障保護(hù)功能

(1)過(guò)載保護(hù)：除熱繼電器硬件保護(hù)外，還具備PLC軟件過(guò)載保護(hù)，雙重保護(hù)。

(2)抽空泵保護(hù)（水泵欠載保護(hù)）。

(3)電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)保護(hù)，防止因控制回路元件接觸點(diǎn)接觸不良引起電機(jī)頻繁開停，燒毀交流接觸器或電機(jī)。

(4)潛水泵漏水、超溫保護(hù)。

3.5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控功能

(1)子站信號(hào)：輸入開關(guān)量信號(hào)；水位信號(hào)，低水位報(bào)警信號(hào)；泵、除污機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)；清沙信號(hào)；潛水泵故障信號(hào)；紅外線報(bào)警器，煙霧報(bào)警器輸入信號(hào)；限機(jī)、強(qiáng)制自動(dòng)輸入信號(hào)；故障復(fù)位信號(hào)。

(2)模擬量：各機(jī)組電流；三相電流；三相電壓；集水井水位；無(wú)功功率；有功功率。

(3)PLC輸出信號(hào)：泵開?？刂菩盘?hào)；關(guān)總電閘輸出；故障類型信號(hào)輸出。

(4)監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)包括：1)全部模擬量信號(hào)；2)泵、除污機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)；3)機(jī)組故障信號(hào)：過(guò)載、抽空泵、頻繁啟動(dòng)、漏水/超溫；4)報(bào)警信號(hào)：防盜、失火等；5)泵站清沙信號(hào)。

(5)主站控制顯示箱，箱內(nèi)安裝主站PLC：1)控制：a.緊急關(guān)總閘按鈕；b.泵站開機(jī)臺(tái)數(shù)設(shè)置；c.消聲按鈕；d.聯(lián)控開關(guān)。2)顯示：a.通訊故障顯示；b.泵站故障顯示；c.故障聲報(bào)警。

4.系統(tǒng)綜述

用無(wú)線電臺(tái)方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視與控制，相對(duì)于架設(shè)專用電纜（或光纜）、租用電信專線等，具有造價(jià)低廉、施工快捷、運(yùn)行可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

數(shù)字電臺(tái)采用數(shù)字信號(hào)處理、糾錯(cuò)編碼、軟件無(wú)線電、數(shù)字調(diào)制解調(diào)和表面貼片一體化設(shè)計(jì)等技術(shù)，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，電臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn)RS232數(shù)據(jù)口可直接與計(jì)算機(jī)、RTU、PLC、GPS接收機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)據(jù)終端等連接，傳輸速率達(dá)19200bps，誤碼低于10E-6（接收電平-110dBm時(shí)），發(fā)射功率0.5-25瓦可調(diào)節(jié)，任何型號(hào)電臺(tái)可設(shè)置為主站或遠(yuǎn)程站使用，無(wú)中轉(zhuǎn)通信距離達(dá)50公里以上，能適應(yīng)室內(nèi)或室外的惡劣工作環(huán)境。電臺(tái)數(shù)據(jù)和話音兼容，可工作于單工、半雙工、時(shí)分雙工TDD、全雙工方式，收發(fā)同頻或異頻中轉(zhuǎn)組網(wǎng)，并具有遠(yuǎn)程診斷、測(cè)試、監(jiān)管功能，滿足各行業(yè)調(diào)度或控制中心與眾多遠(yuǎn)方站之間的數(shù)據(jù)采集和控制。

4.1 采用數(shù)傳電臺(tái)方式進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)透明傳輸具有以下優(yōu)點(diǎn)

(1)系統(tǒng)響應(yīng)速度快：本系統(tǒng)采用雖只采用串口通訊常用的9600波特率，但在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中該通信速率已足夠滿足快速響應(yīng)的要求；

(2)傳輸距離較遠(yuǎn)：采用25W的數(shù)傳電臺(tái)測(cè)試有效的覆蓋半徑為10公里，滿足客戶的距離要求；

(3)實(shí)時(shí)性好，數(shù)傳電臺(tái)收發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)間為10ms；

(4)兼容性及擴(kuò)展性強(qiáng)：采用透明傳輸方式，采用PPI協(xié)議可以很方便地和西門子200PLC通信，可以滿足客戶設(shè)備上的需求；

(5)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低：僅需向無(wú)線管委會(huì)繳納少量的頻段管理費(fèi)用，即可長(zhǎng)期使用。

4.2 同時(shí)數(shù)傳電臺(tái)通訊存在以下缺限

(1)傳輸距離限制：在高樓林立的城區(qū)內(nèi)，發(fā)射信號(hào)容易受到安裝地點(diǎn)附近的高大建筑阻擋。使通訊中斷。

(2)通用性差，對(duì)使用人員專業(yè)性要求較高：本系統(tǒng)中，控制中心采用工業(yè)計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)RS-232串口和數(shù)字無(wú)線電臺(tái)相連，通過(guò)主站向從站發(fā)送數(shù)據(jù)，并接收從站發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)。主站接收從機(jī)傳來(lái)的各自信號(hào)，處理后顯示輸出，如果有異常情況發(fā)生，可進(jìn)行報(bào)警，提醒操作人員采取措施，防止事故發(fā)生。系統(tǒng)有在線組態(tài)功能，根據(jù)采集的水位、電流、電壓等模擬量及開關(guān)量等整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)狀況，自動(dòng)對(duì)各從機(jī)在線組態(tài)，控制整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。主機(jī)可自動(dòng)生成各種報(bào)表，并設(shè)有值班檢查功能及定時(shí)打印、隨機(jī)打印功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)泵站系統(tǒng)自動(dòng)化管理。

本系統(tǒng)針對(duì)廈門筼筜污水處理廠污水泵站的特點(diǎn)，利用數(shù)傳電臺(tái)通信構(gòu)成分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)污水泵站無(wú)人值守，提高了污水泵站使用效果，降低了運(yùn)行費(fèi)用，設(shè)計(jì)先進(jìn)、運(yùn)行可靠，適合于現(xiàn)代污水泵站的發(fā)展趨勢(shì)，已成功地應(yīng)用于城市污水泵站，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]龔欽霞.聯(lián)合站自動(dòng)控制系統(tǒng)的整合[J].油氣田地面工程,2008(06).

[2]張文亮,冷祎污.水泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2011(07).