泵站远程监测系统-电器技术问题解答-天津奥特泵业有限责任公司 about

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 电器技术问题解答 => 泵站远程监测系统  
发布日期:[2017-12-22]    共阅[1358]次
    1现状与建设难点
  目前对于独立的泵站,建设一套计算机监控系统实现现场的
监控,已经有非常成熟的解决方案,相关的工程案例也非常多,
而通过建设远程计算机网络,实现异地的监控,也有非常多的成
功案例。这些解决方案,大多基于现地的PLC+传输设备(工业总
线,局域网)+上位机(组态软件)的方式实现,优点是监测范围
广,实时性好,但缺点是造价高,需要传输设备支持。当存在大
量的中小泵站需要进行运行监测时,其投入的成本和对基础设施
(计算机网)的要求非常高,几乎无法实施。
  2解决方案
  2.1体系架构
  本文所设计的泵站远程监测系统是基于在线自动测量技术,
计算机技术以及相关的专用监测软件和通讯网络所组成的一个综
合性的在线自动监测,统计,处理系统。它相对于普通的计算机
自动控制系统来说,最典型的区别在于:是基于"有人看护值班,
信息自动监测传输"要求进行的系统设计,保留日常运行管理人
员,实现泵站状态的自动传输和统一显示,因此,应该具备以下
几个条件。
  2.1.1具有独立的监控功能
  在分层分布式泵站远程自动监测中,按照监测对象的分布进
行设置,每个监测模块作为一个设备单元,可以利用通信通道连
接到资源共享的网络上实现分散控制。根据IEEE对分布式系统的
要求,各现地单元应具备自治性,模块性和并行性。
  2.1.2具有传输能力
  既然要实现泵站运行信息的自动传输,系统不仅应该具备现
地的各种监测功能,更主要必须保证与远方监测中心进行数据交
换,上传有关信息。对于本项目来说,必须选择一套覆盖面广,
建设成本和运营费用低,维护量小的信息传输网络。
  2.1.3统一的运行监测平台
  有别于常规的泵站计算机监测系统,本系统的监测对象主要
是大量中小型泵站,同时还包括已建成的一些有计算机监控系统
的大型泵站。需要利用计算机软件技术,在尽可能简洁的显示界
面下,显示尽可能多的泵站信息,可以和其他防汛指挥软件实现
整合和数据共享,因此要求在监测软件的开发中,脱离通常的组
态软件开发模式,采用更通用化的开发语言例如:VB,C,
C++等。
  经过上面的分析,可以看出,是一个包含现地监测,通讯网
络,中心软件的多层架构。
  2.2现地监测
  现地监测的功能主要是用于将传感设备监测到的信号量采集
并传输到监控中心的设备,包括监测各运行状态的仪器仪表和监
测主机组成。
  由于各泵站均已实现电气化,对于泵站的启停观测,直接通
过现地控制柜中的交流接触器即可获得;对于需要监测的如电
流,电压等参数,通过新添加的仪器仪表也可以取得,这些观测
仪器仪表市场上均有成熟的产品,均为常用的自动监测设备,安
装调试也和普通的泵站计算机监控系统相同,在此不一一赘述。
  与通常的泵站计算机监控系统相比,本系统的最大区别在于
现场没有采用PLC+上位机的结构,而是采用了集成化的测控终
端,与普通的PLC相比,该种测控终端价格更低,集成度更高,并
且集成了数据传输模块,可以直接进行数据发送,相当于整合了
部分上位机的功能,缺点是可以接入的仪表数量和控制功能相对
简单;但对于本系统的监测对象来说,已经能够满足每个泵站所
需报送的状态信息,以本项目中使用最多的测控终端WNC2000为
例:它支持模拟量(4~20mA)10个,开关量20个,当接入点数量
增加时,还可以通过加入扩展模块进行扩展,相对于传统的
PLC+模拟量模块+开关量模块+通讯模块来说,这种测控终端价格
低(设备价格仅相当于1个中档PLC的CPU模块),集成度高(整合
了通讯模块),安装部署方便(设备体积仅相当于一般的
MODEL),因此对于监测的信息量不大的情况下,采用这种一体化
监测终端是现有条件下的最佳选择。同时通过SD卡可以实现信息
存储功能,能够在通讯中断时自动记录采集的信号量,以备通讯
恢复时将监测信号重新发送至监测中心。
  2.3通讯信道的选择
  通信系统是监测站网建设工程信息采集子系统的信息传输基
础,它的优劣直接影响系统信息及时,准确向中心站汇集。如何
准确,及时地将信息传递到中心是本系统设计的关键环节,考虑
到工程造价和运营费用,较为可行的方案是采用公网的传输方
案,目前能够覆盖大部分泵站的公网传输方式主要有以下几种。
  2.3.1ADSL
  利用电话信道,带宽较大,但这种传输方式是一种非对称的
传输模式,下载带宽(网页浏览)远大于上传带宽(监测数据传
输),难以满足数据传输的需要,而且其覆盖范围和实际带宽效
果依赖与接入点与主光纤的距离,难以覆盖大部分泵站。
  2.3.2GPRS/CDMA
  利用移动Π联通的无线手机网络,覆盖面较广,能够覆盖大
多数泵站,能够提供点到点的实时数据连接;GPRS的峰值速率为
11512kbitΠs;CDMA1X系统的峰值速率为15316 kbit/s,但从实
际测试的结果看,GPRS在本地覆盖范围更广,而且实际测试的有
效带宽更大;因此在系统建设中,采用了GPRS通信方式发送系统
数据,其优势表现如下。
  (1)实时性强。GPRS网络具有永远在线的特点,只要设备打
开在1~3s内就可以登陆到核心网络,数据时延在700~3000ms之
内。
  (2)稳定性好,覆盖好。GPRS网络是在GSM网络上加载的分
组交换网,核心设备在移动公司机房,在信号较弱的地方可以自
动切换编码方式,增加冗余码保证数据的传输,基本上在移动手
机有信号的地方都可以使用GPRS网络,覆盖面广。
  (3)价格低。由于GPRS网络按照流量收费,在数据传输量不
是很大并终端特别多的情况下还可以按照APN接入点的流量收费,
整体网络运营费用较低。
  2.4集中监测软件的架构
  解决了现场参数的采集和传输问题,在监控中心,就需要开
发1套监测软件来显示这些实时采集到运行信息;通常的处理方法
有两种:一种是数据接收软件+数据库+显示界面;另一种是利用
测控终端自带的组态软件,直接显示监测数据,同时利用组态的
数据库功能,在数据库中定时写入监测记录。这两种方案均是普
遍采用的常规方案,软件开发难度低,但均有不足之处,主要表
现如下。
  (1)采用数据接收软件+数据库+显示界面的方式。
  在水资源计量,用电远程抄表系统中应用较多,监测数据通
过数据接收软件接收后直接写入数据库,显示界面的开发通常可
以使用通用的软件开发语言,可以很方便的与其他指挥系统相
连,但采集到的数据经过的流程长,实时性低;在常规的编程方
式下,显示的只是用户打开这个页面时数据库中的最新数据,实
时运行信息则无法自动更新示到界面,无法达到运行状态的动态
显示;虽然在程序开发中可以添加诸如定时刷新页面的功能,但
又会出现刷新间隔和系统资源占用的矛盾,很难达到实用性和实
时性的平衡。
  (2)利用测控终端自带的组态软件,系统监测数据直接显示
在自带的组态程序中,数据一旦接收,即显示在组态界面上,实
时性高,但缺点是受组态软件本身制约,很难与其他系统融合,
界面中只能显示当前系统数据,在本项目中,其他利用专网进行
监测的水利工程监测的实时信息无法整合到一起,很难加入其它
功能,功能局限性大,扩展困难。
  因此,在本项目监测软件的开发中,笔者进行调研,决定采
用一种不同于以往的架构模式:通用工业控制协议OPC+通用开发
语言,既满足了系统的实时性要求,又保证系统的扩展性。
OPC(用于过程控制的OLE)作为一个工业标准,它由一些世界上
占领先地位的自动化系统和硬件,软件公司与微软(Microsoft)
紧密合作而建立的,这个标准定义了应用Microsoft操作系统在基
于PC的客户机之间交换自动化实时数据的方法,取代了原来的
DDE,可以作为一个组件加入到1net的开发环境中。通过这个开发
环境,可以在编程过程中将远程变量在软件界面上进行实时显
示,同时1net的强大开发能力,可以整合其他业务系统,实现监
测系统与业务系统的无缝连接。
  (1)建立无线测控终端的OPC服务器,无线测控系统采集到
的数据通过架设在中心的OPC服务器进行发布。
  (2)对于已建成通过PLC方式实现的其它自动控制系统,通
过PLC或组态软件自带的OPC功能实现OPC服务,利用PLC或组态软
件中自带的OPC服务功能,可以在软件开发中实时访问其中的变
量,实现了泵站无线监测系统与其他计算机自动控制系统的融
合。
  (3)开发的监测软件通过添加OPC组件,可以访问上述OPC服
务器中的所有变量信息,利用1net的强大功能,可以对这些OPC服
务器发布的状态变量进行任意组合,整合到业务系统中。
  2.5与GIS的整合
  信息技术的发展,特别是软件技术的发展,使得监测系统软
件在建设中,不但仅仅考虑数据的正确显示,同时对软件界面和
显示方式的要求也越来越高,但在监测系统领域,往往仍停留在
以表格形式显示数据的层次,这一方面在于组态软件的扩展性较
低,不能支持更加活泼的显示模式,另一方面在于这些监测系统
通常应用的领域对于监测点位置信息要求不高,用户通常对于数
据的关注度远远大于对空间属性的关注;但对于本系统来说,系
统所面向的指挥决策人员往往不仅仅关注每个泵站实时的运行状
态,同时也要关注这些泵站所处的位置以及周边的社会经济和地
形地貌,因此,在显示运行状态的同时表现泵站的地理位置和地
形地貌,也是本系统软件开发工作的一项重大任务。
  综合软件开发的难度,显示效果和平台购置的成本,本项目
采用了外购的地理信息系统开发平台,通过在1net开发环境中加
入地理信息系统库,可以在软件界面中插入本地区的电子地图,
相关的河流,湖泊,地形地貌等都可以作为独立的图层加入,通
过开发图层控制功能用户在浏览时可以选择打开Π关闭相应图
层,查找自己感兴趣的目标,同时在地图中还将本项目监测的各
个泵站作为独立图层加入到地图中。通过编程,用户可以在显示
的地图中点击某个泵站,就可以将选中的泵站突出显示,并标记
其运行状态,要查看详细信息时,也可以通过界面选择,以表单
形式显示泵站的详细信息。
  3总结与展望
  本系统目前已经实际投入运行,从目前的情况看,运行比较
正常,采用的硬件设备运行稳定,没有发生异常;软件系统也具
备了比较高的稳定性,用户使用的反响也较好,但也有部分不足
之处。
  (1)基于OPC接口的监测中心软件开发经验不足,对于变量
和接口的定义未能在设计之初进行统一规划,各变量和接口的定
义在软件编程过程中多次扩充,修改,命名不够规范,后期扩展
的成本较高,希望能在今后的项目中引起重视,在设计之初即对
所有的监测项目和变量进行统一设计,规范命名。
  (2)由于先期实施的部分项目选择的电器仪器仪表没有按照
相关的规范要求选型和施工,辅助接点少,在现场很难取到需要
监测的信号,需要改装或更换,造成了浪费;在今后的类似项目
的设计和施工中,要注意在选择相关设备时,充分考虑今后的自
动化接口是否完备,预留扩展空间。
  (3)由于软件需求调研不够充分,或者要求不够明确,不能
形成统一的报表,只能在开发过程中随时添加和修改,而且报表
样式不够活泼,需要进一步扩展。
 
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