泵站綜合監(jiān)控系統(tǒng) 排水泵站作為城市建設(shè)中的重要設(shè)施，具有數(shù)量多、分布廣的特點，本文介紹了一種基于"三網(wǎng)合一"及VPN技術(shù)的廣域監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對大量分散在廣闊地域的各單體污水泵站進(jìn)行分散控制、集中管理的 "三位一體"的創(chuàng)新管理模式，實現(xiàn)了泵站的無人值守、綜合監(jiān)控、信息處理、現(xiàn)場生產(chǎn)調(diào)度指揮等功能，實現(xiàn)了城市污水排放體系的自動化管理，并顯著降低能耗、提高管理質(zhì)量和管理效率，具有現(xiàn)實的意義。 關(guān)鍵詞：排水系統(tǒng)自動化管理體系 無人值守泵站 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控 三網(wǎng)合一 VPN 一、概述 隨著我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市政排水泵站數(shù)量日益增多，地域日益分散，使得相關(guān)的管理維護(hù)工作量大幅增加。污水泵站的日常維護(hù)工作一般采用人工巡視檢查的辦法，工作量大、效率低、反應(yīng)慢，這種管理方式越來越不適應(yīng)城市發(fā)展的要求。國內(nèi)也有部分較為先進(jìn)的污水排放管理系統(tǒng)采用了無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，用于實時傳送污水泵站的檢測數(shù)據(jù)，但其管理和維護(hù)仍需采用人工巡視的方法。采用無線方式實現(xiàn)泵站實時監(jiān)控，技術(shù)較為復(fù)雜、可靠性差、代價較高。因此，如何把現(xiàn)代信息技術(shù)運用到污水管理體系中，實現(xiàn)城市污水排放體系的自動化管理、提高管理質(zhì)量和管理效率，具有現(xiàn)實的意義。 二、城市排污系統(tǒng)自動化信息管理體系的基本建設(shè)要求 排污系統(tǒng)自動化信息管理體系實際包含中央控制管理系統(tǒng)、各污水泵站監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)等五大部分。其中中央控制管理系統(tǒng)可構(gòu)成控制中心，控制中心是整個管理體系的核心，是區(qū)域內(nèi)各污水泵站的信息匯總點和整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制中心。 通過控制中心可以全面掌握區(qū)域內(nèi)各污水泵站的實時運行狀態(tài)，并根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則自動實施對泵站的遙控操作，也可以在特殊情況下實施泵站現(xiàn)場的人工干預(yù)。通過現(xiàn)場自動監(jiān)控圖象的實時傳遞，控制中心可以遠(yuǎn)距離觀察現(xiàn)場實況，實現(xiàn)現(xiàn)場的無人值守管理。 對于控制中心，一般有以下的要求： 1、實時觀察區(qū)域內(nèi)各污水泵站的運行狀態(tài) 2、及時控制區(qū)域內(nèi)各污水泵站的可控設(shè)備 3、區(qū)域內(nèi)各污水泵站歷史運行信息的記錄 4、各種報表、記錄的生成和輸出 5、多種報警信號的處理與記錄 污水泵站監(jiān)控系統(tǒng)是泵站現(xiàn)場控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制中心集中管理的信息源，一般實現(xiàn)以下功能： 1、泵站的總體供電狀況檢測與故障告警 2、水泵的電氣運行數(shù)據(jù)檢測及故障告警 3、污水泵的遙控、手控啟停功能 4、清污隔柵的工作狀態(tài)檢測、控制和故障告警 5、啟閉機(jī)的工作狀態(tài)檢測、控制和故障告警 6、液位、污水流量的檢測 7、無人值守的現(xiàn)場監(jiān)控 排污系統(tǒng)自動化信息管理體系的正常運行依賴于泵站監(jiān)控系統(tǒng)與監(jiān)控中心之間的有效信息交換，信息的傳遞不僅包括一般的實時數(shù)據(jù)傳遞和控制信號的傳遞，還包括了遠(yuǎn)程實時監(jiān)控視頻圖象信息的傳遞，如何利用現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)可靠、穩(wěn)定的信息交換是系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵之一。 三、城市排污系統(tǒng)自動化信息管理體系的技術(shù)構(gòu)架 排污系統(tǒng)自動化信息管理體系的核心在于信息的遠(yuǎn)傳與控制，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為信息遠(yuǎn)距離交流提供了技術(shù)基礎(chǔ)?？紤]到污水泵站分布面廣、距離遠(yuǎn)，采用人工布線構(gòu)建專用的局域網(wǎng)具有代價高、工期長、網(wǎng)絡(luò)利用率低的缺點。本文提出了基于租用電信光纖線路構(gòu)建虛擬專用廣域網(wǎng)的方案，可避免專用網(wǎng)絡(luò)的缺點，具有經(jīng)濟(jì)性好、建設(shè)周期短的優(yōu)點。 如圖1所示，系統(tǒng)分為三個層次結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場控制設(shè)備、單體泵站監(jiān)控系統(tǒng)、中央監(jiān)控管理系統(tǒng)。 各單體泵站監(jiān)控系統(tǒng)核心采用PLC控制器，泵站內(nèi)的各項數(shù)據(jù)采集和控制均由PLC來協(xié)調(diào)完成，PLC系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能模塊通過VPN光纖網(wǎng)絡(luò)與控制中心的管理服務(wù)器形成信息交換鏈路，完成控制中心與泵站現(xiàn)場的數(shù)據(jù)交換和控制信息傳遞。泵站內(nèi)視頻監(jiān)控設(shè)備的模擬信號經(jīng)過視頻服務(wù)器轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號，由視頻服務(wù)器通過VPN光纖網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)控中心的視頻服務(wù)器，同時監(jiān)控設(shè)備的調(diào)整控制信號通過同樣的鏈路，由控制中心傳送至現(xiàn)場。     四、應(yīng)用實例 以上排污泵站信息化系統(tǒng)管理體系建設(shè)方案已在紹興市城區(qū)污水泵站改造項目中由紹興市排水管理有限公司與杭州亞大自動化有限公司聯(lián)合開發(fā)并具體實施，改造完成后的排污系統(tǒng)實現(xiàn)了近30座排水泵站區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制功能，在控制中心不僅可以監(jiān)視遠(yuǎn)程泵站現(xiàn)場情況和各種運行數(shù)據(jù)，同時可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控功能，使泵站實現(xiàn)無人值守自動化管理，大大提高了管理的質(zhì)量和效率。 4.1 系統(tǒng)組成 污水泵站骨干網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)為光纖有線傳輸網(wǎng)絡(luò)。自動化管理系統(tǒng)由中央監(jiān)控系統(tǒng)、各污水泵站控制系統(tǒng)、光纖網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)和CCTV圖象監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場檢測儀表系統(tǒng)及泵機(jī)、電動閥門等組成。 系統(tǒng)主要硬件配置包括： 1）管理服務(wù)器：采用Dell PE2600 Sever(XEON2.4G/512M SDROM/120G SCSI HDD) 2）視頻服務(wù)器：采用Dell PE1600SC Sever（雙XEON2.8G/1G SDROM/2×146G SCSI HDD） 3）監(jiān)控計算機(jī)：采用AdvanTech IPC610( PIV3G/1G SDROM/80G HDD) 4）泵站PLC系統(tǒng)： 采用SIEMENS S7-300系列以及GE90-30系列 5）泵站視頻服務(wù)器：采用VAJET嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器。 系統(tǒng)主要軟件配置包括： 1）操作系統(tǒng)：服務(wù)器采用Windows2000 Sever、監(jiān)控計算機(jī)采用Windows2000 Professional 2）監(jiān)控軟件：基于Wonderware Intouch8.0軟件開發(fā) 3）數(shù)據(jù)庫管理軟件：基于Mcrosoft SQL Sever6.0開發(fā) 4）視頻管理軟件：采用VAJET nDVR 4.2 現(xiàn)場無人值守泵站控制 處于最底層的就是分布于市內(nèi)各地區(qū)的無人值守污水泵站，在正常情況下，污水泵站現(xiàn)場控制系統(tǒng)直接通過PLC控制器編程實現(xiàn)自動控制，并實現(xiàn)如下功能： 一、泵站數(shù)據(jù)采集及現(xiàn)場控制： 1、就地采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)如進(jìn)水池液位、流量、水泵的報警信號和一些電量參數(shù)等，經(jīng)控制程序分析處理，將各工藝部分的各類儀器、儀表采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、運算、優(yōu)化，以達(dá)到各受控設(shè)備的自動運行、故障保護(hù)等功能； 2、節(jié)能控制：根據(jù)泵站液位智能控制算法實現(xiàn)污水泵變頻節(jié)能控制。實際節(jié)電效率平均為30%； 3、根據(jù)各個污水泵的累計工作時間，通過PLC編程實現(xiàn)泵運行時間的排序算法，以啟停具有最適合條件的污水泵，達(dá)到提高污水泵壽命的目的。 4、采集泵站防盜系統(tǒng)信號，當(dāng)出現(xiàn)非法入侵時，及時上傳報警信號。 主要編程控制對象： 1.格柵機(jī)控制：可設(shè)定一時間周期，格柵機(jī)定時清渣。 2.污水泵控制：可設(shè)定污水泵站集水池的上下報警水位，通過控制開停泵的臺數(shù)和控制泵的運行頻率，控制集水池的水位。 3.電動閥門控制：①開泵時：電動閥門關(guān)，啟動污水泵，延時后，打開電動閥門；②關(guān)泵時：關(guān)閉電動閥門，停污水泵。 4.啟閉機(jī)控制：根據(jù)集水池的水位開或關(guān)啟閉機(jī)，控制污水進(jìn)水流量。 二、是將各受控設(shè)備的運行數(shù)據(jù)上傳至上位監(jiān)控計算機(jī)：通過光纖有線傳輸網(wǎng)絡(luò)將泵站采集的現(xiàn)場信號以TCP/IP數(shù)據(jù)包的形式通過泵站測控系統(tǒng)的以太網(wǎng)通訊鏈路發(fā)送到監(jiān)控中心； 三是接受監(jiān)控中心控制指令并執(zhí)行控制指令。 4.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控 為了監(jiān)測泵站是否正常運行，并保證能及時發(fā)現(xiàn)泵站的異常狀況、及時作出調(diào)度決策，一方面中央監(jiān)控系統(tǒng)接收來自PLC采集的現(xiàn)場信號，另一方面對于各單體泵站系統(tǒng)，采用CCTV圖像監(jiān)視系統(tǒng)對現(xiàn)場的運行狀況進(jìn)行全過程實時圖像監(jiān)視，視頻信號采用MPEG-4視頻壓縮技術(shù)，轉(zhuǎn)換成TPC/IP數(shù)據(jù)包通過以太網(wǎng)通信鏈路發(fā)送到監(jiān)控中心。以太網(wǎng)通信鏈路由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和光纖有線傳輸設(shè)備，電信廣域網(wǎng)絡(luò)及交換設(shè)備組成。這樣通過基于TCP/IP協(xié)議的嵌入式Web服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控方式，可以在控制中心顯示泵站采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和設(shè)備運行狀況，使遠(yuǎn)程監(jiān)控中心能通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視到現(xiàn)場實況。并可在監(jiān)控中心通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制攝像機(jī)鏡頭的水平、垂直轉(zhuǎn)動，以及修改視頻系統(tǒng)配置。 中控室匯集各污水泵站所有信息，并監(jiān)測、控制各個污水泵站的可控設(shè)備。監(jiān)控中心的計算機(jī)系統(tǒng)包括管理服務(wù)器、監(jiān)控計算機(jī)及外部設(shè)備、光纖計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)及接口、 CCTV圖像監(jiān)視系統(tǒng)。中央監(jiān)控系統(tǒng)可實時檢測中心計算機(jī)系統(tǒng)與下位機(jī)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊是否正常。當(dāng)與下位機(jī)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊失敗（PLC斷電、電纜斷開等）時，系統(tǒng)可以自動檢測并報警。網(wǎng)絡(luò)通訊狀況可以在監(jiān)控畫面上以不同的形式（如文字、流動條等）表現(xiàn)出來。 主要功能實現(xiàn)： 1.主界面：顯示泵站主要設(shè)備的實時運行狀態(tài)和故障狀態(tài)，顯示PLC和中控室計算機(jī)之間的光纖網(wǎng)絡(luò)連接狀況。 2.參數(shù)設(shè)置：保證控制系統(tǒng)按照人的意志去執(zhí)行全自動運行過程。 3.操作界面：所有設(shè)備控制都可在觸摸屏上實現(xiàn)開、關(guān)、停。 4.參數(shù)監(jiān)控界面，查看泵站所有的檢測參數(shù)和設(shè)備的開停狀態(tài)、故障信息等狀態(tài)；以及其他主要參數(shù)。 5.報警信息：可供實時查詢，便于維護(hù)人員維修，同時報警信息自動被記錄并歸檔，以增強(qiáng)管理功能。 6.曲線圖：顯示流量、壓力、液位等參數(shù)的實時曲線。 監(jiān)控中心的設(shè)備按照初期系統(tǒng)規(guī)模需求情況配置，還要考慮以后系統(tǒng)擴(kuò)大后的最終需求；另外還要在配置PLC控制系統(tǒng)時留有一定的冗余量。 4.4 管理功能 為了加強(qiáng)控制中心的管理功能，本系統(tǒng)還開發(fā)了采用分布式客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，以實現(xiàn)穩(wěn)定和可靠的數(shù)據(jù)庫管理和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)服務(wù)功能?？捎行У貙崿F(xiàn)泵站監(jiān)控與管理系統(tǒng)信息的數(shù)據(jù)共享，運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息和管理數(shù)據(jù)的實時處理，滿足整個系統(tǒng)的工程組織管理、生產(chǎn)管理和技術(shù)管理的要求。 在客戶端可實現(xiàn)用戶的登錄管理、分級管理。完成數(shù)據(jù)的存儲、查詢、瀏覽、分析統(tǒng)計、數(shù)據(jù)發(fā)布和報表打印等功能。數(shù)據(jù)庫需求分析和設(shè)計采用正規(guī)化分析原則，可確保數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。 為了更方便地從外界獲得信息，還通過交換機(jī)連入外網(wǎng)的專線，為了防止外部入侵，本系統(tǒng)在控制中心的和外部互聯(lián)網(wǎng)之間設(shè)立了防火墻。 五、總結(jié) 本排污系統(tǒng)自控系統(tǒng)目標(biāo)是建成"無人值守"的監(jiān)控系統(tǒng)，特點是覆蓋面大，并且從遠(yuǎn)端至監(jiān)控中心有多路圖像信號需要傳輸和控制。通過光纖網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)圖像及相關(guān)控制信號的遠(yuǎn)程傳輸，真正做到語音、數(shù)據(jù)、圖像的"三網(wǎng)合一"。 通過光纖組成VPN城域網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對眾多分散在廣闊地域的單體各污水泵站進(jìn)行分散控制、集中管理的 "三位一體"的創(chuàng)新管理模式。充分體現(xiàn)了"集中管理、分散控制、多層分級"的現(xiàn)代化控制和管理理念，以利于最大化地提高效益、節(jié)約成本，適應(yīng)排水管理企業(yè)化、市場化運作的需要。 為了實現(xiàn)對泵站的無人值守、綜合監(jiān)控、現(xiàn)場生產(chǎn)調(diào)度指揮及對災(zāi)害和突發(fā)事件的應(yīng)急處理，確保監(jiān)控場所內(nèi)設(shè)備的可靠運行及人員的安全，系統(tǒng)采用視頻監(jiān)控方式。這樣就方便了泵站的日常管理，增強(qiáng)了泵站的安全性和防范能力，使管理人員準(zhǔn)確及時地掌握各處泵站設(shè)備的實時動態(tài)信息。