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(diǎn)，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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)了泵站的無人值守、綜合監(jiān)控、信息處理、現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)調(diào)度指揮等功能，實(shí)現(xiàn)了城市污水排放體系的自動(dòng)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(shí)的意義關(guān)鍵詞：排水系統(tǒng)自動(dòng)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(guó)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(guó)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(shí)時(shí)傳送污水泵站的檢測(cè)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(shí)現(xiàn)泵站實(shí)時(shí)監(jiān)控，技術(shù)較為復(fù)雜、可靠性差、代價(jià)較高因此，如何把現(xiàn)代信息技術(shù)運(yùn)用到污水管理體系中，實(shí)現(xiàn)城市污水排放體系的自動(dòng)化管理、提高管理質(zhì)量和管理效率，具有現(xiàn)實(shí)的意義二、城市排污系統(tǒng)自動(dòng)化信息管理體系的基本建設(shè)要求排污系統(tǒng)自動(dòng)化信息管理體系實(shí)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(gè)管理體系的核心，是區(qū)域內(nèi)各污水泵站的信息匯總點(diǎn)和整個(gè)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(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則自動(dòng)實(shí)施對(duì)泵站的遙控操作，也可以在特殊情況下實(shí)施泵站現(xiàn)場(chǎng)的人工干預(yù)通過現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)監(jiān)控圖象的實(shí)時(shí)傳遞，控制中心可以遠(yuǎn)距離觀察現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的無人值守管理對(duì)于控制中心，一般有以下的要求：1、實(shí)時(shí)觀察區(qū)域內(nèi)各污水泵站的運(yùn)行狀態(tài)2、及時(shí)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(yùn)行信息的記錄4、各種報(bào)表、記錄的生成和輸出5、多種報(bào)警信號(hào)的處理與記錄污水泵站監(jiān)控系統(tǒng)是泵站現(xiàn)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)以下功能：1、泵站的總體供電狀況檢測(cè)與故障告警2、水泵的電氣運(yùn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)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(cè)、控制和故障告警5、啟閉機(jī)的工作狀態(tài)檢測(cè)、控制和故障告警6、液位、污水流量的檢測(cè)7、無人值守的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控排污系統(tǒng)自動(dòng)化信息管理體系的正常運(yùn)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞和控制信號(hào)的傳遞，還包括了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)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(shí)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(dòng)化信息管理體系的技術(shù)構(gòu)架排污系統(tǒng)自動(dòng)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)考慮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(jià)高、工期長(zhǎng)、網(wǎng)絡(luò)利用率低的缺點(diǎn)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(diǎn)，具有經(jīng)濟(jì)性好、建設(shè)周期短的優(yōu)點(diǎn)如圖1所示，系統(tǒng)分為三個(gè)層次結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場(chǎng)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(xiàng)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(chǎng)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(hào)經(jīng)過視頻服務(wù)器轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號(hào)，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(shí)監(jiān)控設(shè)備的調(diào)整控制信號(hào)通過同樣的鏈路，由控制中心傳送至現(xiàn)場(chǎng)??? 四、應(yīng)用實(shí)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(xiàng)目中由紹興市排水管理有限公司與杭州亞大自動(dòng)化有限公司聯(lián)合開發(fā)并具體實(shí)施，改造完成后的排污系統(tǒng)實(shí)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(chǎng)情況和各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控功能，使泵站實(shí)現(xiàn)無人值守自動(dòng)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(dòng)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(chǎng)檢測(cè)儀表系統(tǒng)及泵機(jī)、電動(dòng)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(jì)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(jì)算機(jī)采用Windows2000 Professional2）監(jiān)控軟件：基于Wonderware Intouch8.0軟件開發(fā)3）數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件：基于Mcrosoft SQL Sever6.0開發(fā)4）視頻管理軟件：采用VAJET nDVR4.2 現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)控制系統(tǒng)直接通過PLC控制器編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，并實(shí)現(xiàn)如下功能：一、泵站數(shù)據(jù)采集及現(xiàn)場(chǎng)控制：1、就地采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)如進(jìn)水池液位、流量、水泵的報(bào)警信號(hào)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(yùn)算、優(yōu)化，以達(dá)到各受控設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)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(shí)現(xiàn)污水泵變頻節(jié)能控制。

實(shí)際節(jié)電效率平均為30%；3、根據(jù)各個(gè)污水泵的累計(jì)工作時(shí)間，通過PLC編程實(shí)現(xiàn)泵運(yùn)行時(shí)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(hào)，當(dāng)出現(xiàn)非法入侵時(shí)，及時(shí)上傳報(bào)警信號(hào)主要編程控制對(duì)象：1.格柵機(jī)控制：可設(shè)定一時(shí)間周期，格柵機(jī)定時(shí)清渣2.污水泵控制：可設(shè)定污水泵站集水池的上下報(bào)警水位，通過控制開停泵的臺(tái)數(shù)和控制泵的運(yùn)行頻率，控制集水池的水位3.電動(dòng)閥門控制：①開泵時(shí)：電動(dòng)閥門關(guān)，啟動(dòng)污水泵，延時(shí)后，打開電動(dòng)閥門；②關(guān)泵時(shí)：關(guān)閉電動(dòng)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(yùn)行數(shù)據(jù)上傳至上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)：通過光纖有線傳輸網(wǎng)絡(luò)將泵站采集的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)以TCP/IP數(shù)據(jù)包的形式通過泵站測(cè)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(cè)泵站是否正常運(yùn)行，并保證能及時(shí)發(fā)現(xiàn)泵站的異常狀況、及時(shí)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(chǎng)信號(hào)，另一方面對(duì)于各單體泵站系統(tǒng)，采用CCTV圖像監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行全過程實(shí)時(shí)圖像監(jiān)視，視頻信號(hào)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(chǎng)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)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(chǎng)實(shí)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(dòng)，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(cè)、控制各個(gè)污水泵站的可控設(shè)備監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括管理服務(wù)器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)及外部設(shè)備、光纖計(jì)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(shí)時(shí)檢測(cè)中心計(jì)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(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測(cè)并報(bào)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(dòng)條等）表現(xiàn)出來主要功能實(shí)現(xiàn)：1.主界面：顯示泵站主要設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)，顯示PLC和中控室計(jì)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(dòng)運(yùn)行過程3.操作界面：所有設(shè)備控制都可在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)開、關(guān)、停4.參數(shù)監(jiān)控界面，查看泵站所有的檢測(cè)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(bào)警信息：可供實(shí)時(shí)查詢，便于維護(hù)人員維修，同時(shí)報(bào)警信息自動(dòng)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(shí)時(shí)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(shí)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(kù)管理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定和可靠的數(shù)據(jù)庫(kù)管理和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)服務(wù)功能可有效地實(shí)現(xiàn)泵站監(jiān)控與管理系統(tǒng)信息的數(shù)據(jù)共享，運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息和管理數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，滿足整個(gè)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(shí)現(xiàn)用戶的登錄管理、分級(jí)管理完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢、瀏覽、分析統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)發(fā)布和報(bào)表打印等功能數(shù)據(jù)庫(kù)需求分析和設(shè)計(jì)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(diǎn)是覆蓋面大，并且從遠(yuǎn)端至監(jiān)控中心有多路圖像信號(hào)需要傳輸和控制通過光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)圖像及相關(guān)控制信號(hào)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(jí)"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(chǎng)化運(yùn)作的需要為了實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站的無人值守、綜合監(jiān)控、現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)調(diào)度指揮及對(duì)災(zāi)害和突發(fā)事件的應(yīng)急處理，確保監(jiān)控場(chǎng)所內(nèi)設(shè)備的可靠運(yùn)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(shí)地掌握各處泵站設(shè)備的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息。