城市排水泵站远程监控系统的建立及技术措施.pdf

l l 2 江苏建筑 2 0 1 0年第 2期 ( 总第 1 3 3期 ) 城市排水泵站远程监控系统的建立及技术措施 徐 中宏 ( 南 京市市 政设 计研 究院有 限责 任公 司 。 江 苏南 京2 1 0 0 0 8 ) [ 摘 要】 ．针对目 前城市排水泵站自 动化程度低及管理落后的现状， 本文通过对泵站内 控制检测设备和泵站与监控中心间 通讯 方 式 的 比较 与选 择 ． 建 立 了一 个 符 合城 市 管理 需要 的 排 水 泵 站远 程 监 控 系统 ， 探 讨 了远 程 监 控 系统 建 立 的技 术 措 施 。 [ 关键 词】 排水工程； 城市泵站； 自 动控制； 监控系统； 组网技术 [ 中图分类~1 T U 9 9 2 [ 文献标识码] B [ 文章编号] 1 0 0 5 — 6 2 7 0 ( 2 0 1 0 ) 0 2 — 0 1 1 2 — 0 3 Es t a b l i s h me n t a n d Te c h n i c a l M e a s u r e o f Re mo t e M o n i t o r i n g S y s t e m f o r Ur b a n Dr a i na g e Pu m p s tat i o n XU Z ho n g —h on g f N a n j i n g Mu n i c i p a l D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e C o ． ， L t d ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 0 8 C h i n a ) Ab s t r a c t ： S i n c e t h e a u t o ma t i c o p e r a t i o n a n d ma n a g e me n t l e v e l o f u r b a n d r a i n a g e p u mp s t a t i o n i s r e l a t i v e l y l o w， t h r o u g h c o mp a ris o n a n d s e l e c t i o n o f c o mmu n i c a t i o n mo d e s b e t we e n p u mp s t a t i o n’ S i n t e r n a l c o n t r o l& c h e c k i n g de v i c e s a n d mo n i t o rin g c e n t e r ，t h e p a p e r p u t s f o r wa r d a r e mo t e mo ni t o ring s y s t e m a n d i t s t e c hn i c a l me a s u r e i n a c c o r d a n c e w i t h t h e d e ma n d s o f u r b a n ma n a g e me n t ． Ke y wor ds ：d r a i n a g e wo r k ；u r b a n pu mps t a t i o n；a ut o ma t i c c o n t r o l ；mo n i t o rin g s y s t e m；n e t wo r k t e c h n o l o g y 0引言 随着城市的不断发展 。政府对城市水 环境治理的力度 日益加 大， 每年都新 增不 少市政设施 。 城市排水泵站作为市 政设施 的重要组成部分有其 自身不 同的特点 ，它们的运行 和管理方式也较为特别 。 排水泵站一般分 布在 市区内各处 ．大多靠近城区的河 道附近。 泵站 内一般均设有 1 至 2台格栅清污机、 台数不等 的大小水泵 、 阀门及相应 的变配电设备 。 目前 已建成的泵站 内大多采用水位标尺测量前池或河道水位 ， 泵站内配备 2 4 h 人员值班 。对泵站 内设备 的控制大多凭工作人员 的以往经 验 ， 采用 定时开启 、 定时关 闭或到设 定水位 开启／ 关 闭水泵 的方式 。 各泵 站各 自为政 ， 同一 片区或同一河道 区域 内的泵 站无法协调运行 。同时泵站 的职能管理部门仅能凭电话通 过人工 口头汇报方式 了解各泵站 的运行状况 。 无 法实 时 、 准 确 、 全面地掌握整个城区泵站的运行情况。 鉴于 目前的排水泵 站基本上是采 取人工测 报水位 、 流 量等运行参数和人工 开停机等相对落后 的方式进行运行和 管理 ， 而随着科学 技术的发展 ， 网络化 、 信息化 已成为发展 趋势 ，这种落后 的运 行管理方式越来越不能适应社会 的发 展和使用管理的需求。特别是 我国近几年来社会经济 的飞 速发展 ，对社会公共事业特别是市政设施的运行管理要求 越来越高 ，公众对市政设施在 突发事件时运转的及时性和 保证率的关注也越来 越高 。 因此 ， 建立泵站远程分布式 自动 监控系统 ．建成 由_个 中心监控室及泵站群组成 的泵机 自 动控制 ． 泵站水位 、 水 量、 机泵运 行参数及 开机状况等参数 自动采集 、 传输处理 、 数据库存储和数据检索系统 已成为城 市管理 的迫 切要求 。 l 对 泵 站 远 程 监 控 系 统 的 要 求 泵站远程监控系统首先要求各泵站能根据泵房水位 或 河道水位实现 自动控 制 ，同时要能够将泵站 的主要运行参 数及运行工况上传给监控 中心 ，并 能接 收和执行监控 中心 的控制或调度指令。 一般在整个城区设 立一个监 控中心 ， 该 中心应能远程监测各泵站的运行情 况 、 采集 主要运行参数 ； 能完成 对这些参数 的计算 、 统计 、 分析 、 打印 、 存 储 ； 能根据 整个城区管网 、河道 及泵站的实时情况对泵 站下 达运 行调 度指令 ( 鉴 于 目前泵站设备情况 、 人 员素质及 所处 的周 边环 境 ． 笔 者认 为不 宜采用监控 中心直接遥控 的方式 ) 。如果有 条件的话 ． 还可将一些泵站 的主要运行参数在 网上发 布 ， 实 现业 内人士或一般公众的远程查阅。 2 建立泵站远程监控 系统的主要技术措施 2 ． 1 建立泵站 内自动控制系统 ( 1 ) 泵 站的主要控制设 备采用具 有高 可靠性和强 大控 趔 自 堑堂 亘绝垂蕉 壁( P I c ) 。 鉴于一般城市排水 【 收稿日 ~] 2 0 1 0 — 0 2 — 2 4 【 作者简介】 徐 中 宏 ， 女 ( 1 9 6 7 一 ) ， 南 京 市 市 政 设 计 研 究 院 有 限 责 任 公 司 ， 高 级 工 程 师 ， 国 家 注 册 电 气 工 程 师 ( 供 配 电 ) 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 0年第 2期 ( 总第 1 3 3期 ) l l 3 泵站设备不多，控制点数在 l 0 0 — 2 0 0点左右 。可选用小型 P L C产 品，如 R o c k w e l l自动化 的 S L C 5 0 0系列 、 M o d i c o n的 P r e mi u m 系列 及 S i e me n s的 S 7 — 2 0 0系列 。 ( 2 ) 为了便 于泵站内部的运行管理 ． 泵站 内应设置人机 接 口设备( 计算机 ) 及报表打印等外部设备。P L C采集现场 各种数据 ， 并通过高速总线传送到计算机 ， 进行集 中监控 和 管理。同样控 制室计算机的控制命令 也通过上述高速总线 传送到 P L C， 实施对各种设备 的控制 。 ( 3 ) 泵站的监控软件应 选用界面友好 、 操作 简便 、 成熟 开放的软件产品。 泵站控制计算机应能提供清晰 、 友善的人 机界面 ， 在图形界面上显示 的内容除表格 、 图形 、 曲线外 ， 还 能生成工艺 流程 图、 变配电系统实时电量状 态、 主要设备运 行工况 ， 使生产管理人员很方便地掌握当前泵站 运行情况 ； 计算机系统还可在线诊断各类故障 ， 查找故障部位并 报警 ； 在基于图形和中文菜单基础上 ， 进行工艺参数的设定 。 ( 4 ) 操作人员在控制 室可通过键盘或 鼠标下达 控制命 令 ； 町设 置 不 同 的 操 作权 限 ， 记 录操 作 员 的工 号 、 操 作 时 间 、 操作 内容 ， 防止非法操作 ， 确保 泵站设 备安全运行 ； 完成控 制事件 、 故 障报警 、 历史数据 、 生产指标 、 历史趋势 曲线 的登 录 、 储存 、 显示 和查询 ； 生成 、 打印各类 生产运行管理报表。 1 ．2建立仪 表检测系统 仪表是采集工艺参数的设备 ．是完成泵站 自动化控制 的重要前提。 泵站所需的检测仪表为水位计和流量计 ， 而水 位计是关键 的检测仪表设备。由于 目前泵站来水大多为又 黑又臭的污水， 河道内的水也基本是被污染的黑水 ， 对在这 些地方设置的水位计笔者进行了设备比选 。目前用于水位 检测常用的仪表有 ： 浮子式水位计 、 压力式水位计和超声波 水位计 ( 1 ) 浮子式水位计的工作原理是用浮子感应水位 。浮子 上 的悬索绕过水位轮悬挂一平衡锤 ，由平衡锤 自动控制悬 索 的位移和张紧。 悬索在水位升降时带 动水位轮旋转 ， 从 而 将水位的升降转换为水位轮的旋 转 ，再转换为编码输出f l】 。 这种水位计运行稳定 ， 即使水质较差也不受影响 ， 维护量较 小 ， 价格低廉 ， 但数据的输出是格 雷码 ， 接收需配转换接 口。 ( 2 ) 压力式水位计是将扩散硅集成压阻式半导体压力传 感器或压力变送 器直接投入水下测点感应静水压力 的水位 测量装置． 1 】 。 这种水位计安装简便 ， 价格低廉 ． 能输出 4 m A ～ 2 0 mA标准信号进行远 传，但一般适用于 比较洁净 的水体 里 ， 如用于一些水质较差的水体 ． 需频繁进行维护清洗 。 ( 3 ) 超声波水位计是利用超声波在媒质 中传播 ，碰到不 同媒质分界面后 ， 即产生反射 的原理进行制造的阁 。这种仪 表不与介质接触就可进行水位测量 ．甚 至可测量水质极为 恶 劣的水体 ． 而且设备维 护量较小 ． 并能输 出 4 m A 一 2 0 m A 标准信号进行远传 ， 但该类设 备价格较为 昂贵 ． 若发生设备 遗失 ， 损失较大 。 综上所述 ． 若水位计安装在环境封 闭 、 管理 良好 的泵站 或河道 内， 首选超声波水位计 ； 若安装在敞开式 的河道或 易 发生盗窃的地段 ， 则选用浮子式水位计 。 1 - 3 监控中心的设置 监控 中心内应设 置数据接收服务器 、 数据服务器 、 WE B 服务器 、 工程师站 、 操作员站及打印机 等设备。监控中心是 全系统的核心 。 其任务是接 收本 系统各个泵站的上传信息 ， 并进行数据 处理 、 存贮 、 显示和 打印 ， 实施实 时城 区水情预 报和泵站运行 调度 。以分级授权 的方式进行 WE B发布； 从 而建立高效 可靠 、 先进 实用 的城市泵站 自动监测 系统 。 由于泵站遍布在城 区各处且数量较多 ．与监控中心有 着长短不一的距离 ．监控中心与各泵 站的通讯组网方式对 整个系统 的可靠运行 、系统造价及 长期运行费用都有着极 大 的 影 响 。 目前 可 行 且 常 用 的通 讯 方 式 有 ： 有 线 拨 号 通 讯 、 移动无线 分组交换 和无线通讯。现将这 3种通讯方式简述 如 下 ： ( 1 ) 有线 通讯方式 ( P S T N) ， 为拨号联 网方式 。 其传输可 靠 ， 设 备安装简便 ， 前期投资较少 ， 是 目前常 用的一种数据 传输方式 。 但其需要一定的运行费用 。 如本 系统 中的一个站 点 ． 若要求 它每 5 m i n上传一 次数据 ． 每 l h需进 行 l 2次 数据传输 ， 每天需进行 1 2 ~ 2 4 = 2 8 8次通信 ， 以每次通信 0 ．0 7 元／ 次计 ， 每天的通信费用约 2 0元左右 ， 每月 的通信 费用将 达 6 0 0多元 ． 每条线路还需长年 向电信部 门缴纳月租 费 ． 因 此其运行费用较高 。 ( 2 ) 移动 无线分组 交换 ( G P R S ) ， 是在 现有 G S M 网格 上 开通的一种新 型的分组数据传输技术 ，其传输的可靠性与 实时性均较好 ， 可实现大范围的远程数据传输 。 采用这种方 式前期投资较少 ， 但也需要一定 的运行费用 ， 其计费方式为 按照收发 的数据量付费 0 ． 0 3元， I ( B， 也可采用包月 的形式 。 系统中泵站可采用包月的形式 ，每站月租费约 2 O元左右， 但监控中心需 申请一条数据专线 与移动通信公司的网络中 心 相 连 ， 月 租 费 约 1 5 o o元一 2 0 0 0元 左 右 。 ( 3 ) 无线 通讯方式 ( V H F ) ， 又 称超短波 通信 ， 其信 道质 量较好 ， 设备和技术都 比较成熟 ， 系统 的所有设备由拥有者 管理 ， 自成体系 ． 通信协议 、 波特率可由 自己决定 ， 因此得到 广泛应用翻 。采用这种方式不但前期投资较少 ， 而且市无线 电管理委员会 每年仅收取几百元 的频道 占用费 。几乎没有 其他运行费用 。但其传输距 离较短( 约几 十 k m) ， 频点 由无 线电管理委员会管理 ， 申请 比较 困难 。 通过 以上 比较可见 ， 若条件许 可， 可 申请 到频点 ， 应优 先采用 V HF无线通讯组网方式 。尽管其传输距 离仅有 1 O 一 2 0 k m．但对 中小城市来说 已经足够 。这里需要指出的是 ， V H F无线 通讯在城 区有时会 出现受 到干扰 或阻隔通 讯不 畅的问题 。 对此可在泵站通讯设备配置时加人中继 功能 ， 从 而在城区信道发生变化时通过改变路 由即可保证系统的畅 通 。 3结 语 城市泵站远程监控系统 的建立 。可改变多年 以来城市 泵站传统人工管理的状 况。 可保证泵站设施的稳定 、 可靠运 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 1 4 江苏建筑 2 0 1 0年第 2期 ( 总第 1 3 3期 ) 行 ， 可减轻泵 站员工 的劳动 强度 、 改善工作环境 ， 实现整个 城市泵站的科学管理 、 统筹调度 。 ( 1 ) 泵站 内 自动控制系统宜采用 P L C为主控设备并配 备人机接 口设备 ， 采用 的监控软件应选用界面友好 、 操作简 便 、 成熟 开放 的软件产 品。 ( 2 ) 仪表 设备的正确选择是 实现 泵站 自动控 制的先决 条件 。 对其 中关键设备水位计 的选择原则是 ： 若水位计 安装 在环境封闭 、管理 良好的泵站 或河道 内 。首选超声波水位 计 ： 若安装在 敞开式 的河道或易发生盗窃的地段 ， 则选用浮 子式水位计 。 ( 3 ) 监控 中心与各泵站 的通讯组 网方式对 整个系统 的 可靠运行 、 系统造价及长期运行费用都有着极大的影响。 对 于中小城市来说 ， 应 优先采用 V HF无线通讯组网方式。 城市排水泵 站远程监控 系统是适应 目前城 市管理科学 化 、 规范化 要求 ， 提高市政行业管理水平的一个标 志。随着 社会经 济 、 科 学技术的发展 和人员素质 、 设备性 能的提高 ， 可在此基础上实 现城市泵站 的远 程遥控乃至无 人值守 ． 真 正实现泵站等市政设施的无人化 、 网络化 、 信息化 管理 。 参考文献 [ 1 】 姚永 熙． 水文仪 器与 水利 水文 自动"f NM] ． 南京： 河海 大学 出版 社 ． 2 0 o 1 ． 【 2 】 袁普 生 ， 陈敏． 水利 自动化量测仪 器[ M】 ． 北京 ： 中国三峡 出版 社 ． 2 0 0 1 ． ( 上接第 1 0 4页) 及通过热泵等先进 技术取 自自然 环境 ( 如大气 、 地表水 、 污 水 、 浅层地下水、 土壤等 ) 的能量 。 可再生能源 的使用不应造 成对环境和原生态 系统 的破坏 以及对 自然资源的污染 。考 虑到成本 、 施工 、 建设等 因素 。 在 目前 阶段绿色建筑 中。 可再 生能源的使用 主要 以地热及光伏发 电( 太 阳能 ) 为主。本文 仅介绍太 阳能光伏系统 的相关技术 。 ( 1 ) 太 阳能 光 伏 发 电 系 统 形 式 的 比较 ①独立在线运行方式 其工作 原理如下 ： 白天太 阳能电池方 阵产生 的电能 ． 经 过独立在线控 制运 行方式 ， 实现与 市电的同步 ( 同相位 ， 同 频率 ) 跟踪 ， 并通过 电流控制 的模 式完成与 市电的并联 ， 以 太阳能优先使用 ． 市电补充太 阳能瞬 时功率不足 的方式 ． 完 成向指定 负载供 电的能量传输及能量控制 ：白天太阳能电 池方阵产生 的电能除提供给指定负载外 ，多余的电能也将 通过独立在线控制运行设备给蓄电池组进行太阳能的储存 充电 ， 进入夜间 ， 指定负载 的用 电将 由蓄电池组通过独立在 线控制运行方式提供 。 独立在线型发电系统的另 一个 重要 功能是在市电停电 的应 急 情 况 下 ．可 以通 过 太 阳能 电池 板 及 蓄 电 池 组 共 同 为 负载提供数小时的临时应急供 电。 ②并网发电 自用 运行方式 其工作原理如下 ： 白天太 阳能 电池方阵产生的 电能 。 经 过太 阳能功率调节器并 网输 出功能 ， 实现 与市 电的同步 ( 同 相位 ， 同频率 ) ， 完成与市电电网的并 网工作运行功能 ， 指定 负载优先使用太 阳能发 电能量 。 当太阳能的发 电量小 于指定负载 的用 电量 时 ．通 过市 电补充供 电方式 ，完成 向指定负载补充 供电的能量传输及 能量控制； 当太阳能的发电量大 于指定负载 的用 电量时 ， 通 过功率调节器检测负载 的用 电量 ，自动调节太阳能系统输 出功率， 仅满足负载的正常使用需求 。 ③ 并网发电上送运行方式 其工作原理如下 ： 白天太 阳能 电池方 阵产生的电能 ， 经 过太阳能功率调节器并 网输 出功能 ， 实现与市电的同步( 同 相位 ， 同频率 ) ， 完成与市电 电网的并网运行功能 ， 并通 过并 网发电的最大功率跟 踪功能 ， 最大化的输 出发 电电量。 太 阳能发 电的电能则优先上送到市 电电网，当负 载使 用时可从 市电电网重新取 电使用 。此运行方式有利于太 阳 能光伏 发电上网电价补贴政策 出台后 ．通过太 阳能发 电系 统 向电网卖电 。 以获取最大的经济收益。 ( 2 ) 太 阳能光伏发 电系统设计步骤 ①首先根据当地 日照、 温度、 风速条件， 从使用方式、 维 护简便 及系统可靠 、 投资等方面考虑确定采用哪种系统。 ②确定系统供电的区域( 主要为照明) 及系统容量大小。 2 ． 2运营管理技术 的应用 2 ． 2 ． 1 住宅单体管线设计 根据工程特点 ， 在每层公 共区域设 置电气管井 ， 分层小 集 中设置居 民电表 、 公 共管线 ， 方便住户查 看 、 维护 、 改造。 在每栋楼 1 层公共 区域设置 电气进线配 电间 ．集 中设置每 栋楼的公共 区域计量 表箱 ．方便物业及供 电检修人员 维护 及管理。 地下 车库根据 防火分 区划分配 电系统 。 各 分区集 中 独立设 置配电箱 ， 设置在主要通道 ， 方便管理 。本工程每栋 楼公共 区域设置弱 电管井 ，集 中设置弱 电干线及智能化控 制设备 等。 2 ． 2 ． 2 住宅单体水 、 电、 气计量系统设计 住宅公 共管井 内安装 水 、 电 、 气 、 热 等具有信 号输 出的 表具 ， 并将表具计量数据远传至居住小区物业管理中心 ． 实 现 自动抄表 。 3结 语 可持续发展的人类住 区是 人类 居住 环境发展 的必然趋 势 ， 随着 科技 的发展和观 念的不 断更新．“ 绿色建筑 ” 的发 展必将 推动居住区的可持 续发展， 推进人与环境 的和谐发 展 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m