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管网/泵站无线监控与优化调度系统
zyc12273766 发表于 2008/9/25 16:11:44 1371 查看 6 回复 [上一主题] [下一主题]
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管网/泵站无线监控与优化调度系统引入了PLC控制、变频控制，使管网/泵站实现了PLC控制的变频调速输水系统，并通过GD无线数传电台网络，实现了管网/泵站的远程监控，开发了优化调度数据库系统，实现了优化的安全调度和自动统计报表。
1 管网/ 泵站自动化控制系统
1.1 硬件系统原理功能框图及系统配置
管网/泵站自动控制系统硬件功能框图如图1所示。图中，可编程序控制器(PLC)是控制系统的核心，它由CPU单元、基本单元、数字量（开关量）输入/输出单元（DI/O）、模拟量输入/输出（AI/O）单元组成。CPU单元包含了微处理器、存储器和总线控制器等，
图1管网/泵站自动控制系统硬件功能框图
基本单元包括了电源、外部总线、串行接口等。数字量输入/输出单元是PLC与外部开关控制系统进行开关量连接的通道，模拟量输入/输出单元是PLC与外部传感器、变频器进行模拟量（4～20mA或0～5V、0～10V）连接的接口。系统中，变频器用于变频调速控制，由PLC控制其的工作状态，并将其工作频率、输出电压、故障信号等反馈到PLC。系统的基础部分是继电器接触器开关控制系统，继电器、接触器的动作由PLC控制，实现对泵组的变频启动、变频运行和工频运行的控制以及对电动蝶阀开、关的控制。强电系统的开关量信号（接触器的辅助触点、热继电器的控制触点、脉冲电表的脉冲输出）和模拟量信号（由互感器测量，通过带4~20mA输出的数字电流表转换的泵组工作电流信号）分别输入至PLC的数字量和模拟量输入输入接口。PLC的输出信号为DC24V开关量，通过小型继电器驱动接触器。
1.2管网/泵站控制方案及PLC应用程序开发
泵站自动控制系统设置三种控制模式-手动控制模式、本地自动控制模式和联网优化控制模式。在正常情况下，泵站以联网优化调度模式运行。如果由于某泵站的无线网络链路发生故障时，则该泵站自动进入单机自动运行模式（其它泵站的运行模式不变）。在设备检修或自控设备发生故障时，采用手动控制模式。
1.2.1 手动控制模式：
各泵组的启动和停止由操作员操作相应的启动和停止按钮来控制，当所操作的泵组以变频方式启动时，还需操作控制盘上的频率旋钮来设定泵组的工作频率。若所操作的泵组以工频方式启动，则控制系统先将该泵组按自偶变压器起动方式起动，之后，自动接通全压工频（380V）电源，进入工频运行状态。
1.2.2泵站单机自动运行模式：
按照预先存储在PLC中的程序，根据当前的液位和来水变化趋势，以节能方式，控制水泵按变频或工频运行，即水位太低时，泵组均停机；当水位正常时，一台泵组变频运行，通过变频来保证分段恒流量连续输水；在运行过程中，系统始终是让水位保持在低于最高水位且处于中偏高的状态，以便降低输水能耗。这种工作模式，就是恒流节能工作方式。虽然在这种控制模式下，不能实现整区污水泵站群的最优控制，但也实现了单个泵站的优化节能控制。
1.2.3 联网中控优化调度模式：
在这种控制模式下，泵站将水位和流量以及其它工作状态变量通过无线网络传送到中控室，中控室一方面将各泵站的状态数据按分段滑动平均取样存入数据库，另一方面，依据状态变量的变化趋势和历史经验时变化曲线，按照预先设定的最优调度数学模型，分配各泵站的输水量，以实现入厂水量和水质平稳和各泵站节能运行。调度是通过无线网络实现的。各泵站按照分配的输水量，以变频+变台数恒流输水。泵站内部的变频和变台数恒流控制和电气安全连锁控制，都是由该泵站的PLC按预先编制的软件进行控制的。整个调度系统按集散型系统而设计。在工作过程中，数据库系统不断储存状态数据和能耗数据，并按一定的时间间隔，修改调度数学模型，使之不断优化。
2 组网方式、网络结构及其设备配置：
2.1无线网络的组网方式和网络结构：
管网/泵站自动化监控无线网络系统是以PLC(可编程序控制器)作远程终端，以IPC(工控PC)作上位机的主从式一点对多点远程无线监控网络。根据上位机的指令控制泵站的水泵、阀门和格栅机，并配置各种传感器等辅助设备，组成本地数据采集和控制系统。上位机按照半双工轮询方式，同各泵站通讯，以此形成SCADA(数据采集和监控)系统。无线数传机采用透明方式工作，只起数据传输作用。各个泵站的数传机采用同一频点，通讯时，站点的识别是通过PLC的地址来识别的。
网络结构如图 2所示：
图2 泵站监控无线网络结构图
3 监控、优化调度和统计报表子系统：
管网/泵站监控与调度系统用于对泵站群的运行状态进行集中监控和输水量的调度。用于监控的IPC既是管网/泵站PLC的上位机，其本身又是局域网的一个工作站。监控工作站是一台以Windows2000 professional作为操作系统的研华IPC, 用ROCKWELL 的RSView 32 作MMI（人机界面），通过RSLinx与各泵站实现数据通讯。监控画面使用AutoCAD和CoreDRAW制作。RSView32通过RSLinx获取的各泵站运行状态数据（如流量、PH值、泵的工作电流、变频器工作频率等）,在界面上显示出来，并设置了各变量的趋势变化曲线，还设置了专门报警界面，对各泵站的故障信号进行报警和记录。RSWiew 32通过RSSql 同局域网上的数据服务器连接，数据服务器是一台以Windows 2000 Server作为操作系统的MS SQL Server 2000 数据库服务器，前台IPC监控工作站的各泵站运行状态数据通过RSSql数据接口存储到后台的SQL Server 数据库，经过后台数据库系统的处理，生成生产报表。后台数据库的一个专门用于优化调度的子系统（由一系列的专门编写的SQL Server存储过程和触发器组成）,通过时间和事件触发，计算出最佳的平衡水量和各泵站调度水量，由监控工作站将这些数据发送到各泵站，泵站的PLC根据给定的调度水量，调整开启的水泵的台数和变频器的频率，将该泵站的输水量调整到调度水量。
4 社会效益和经济效益
广州经济技术开发区污水处理厂的成功案例，为降低污水处理成本、提高处理效率，污水管网/泵站无线监控与优化调度系统的投入使用，降低了污水收集泵站的运行成本。泵站的平均输水效率从改造前的9 M3/KWh提高到了22 M3/KWh。运行方式改成远程监控+定时巡视之后，人员使用从28人减少到12人。并使得进入处理厂的污水的水质和水量基本平稳，保证了水处理厂的正常运行。也使得生化处理工艺能在工业废水占的比例较高的工业区废水处理中能安全运行。这样，从整体上来看，大大降低了工业园区的污水处理成本，为推广污水处理技术的推广，提供了一个可供借鉴的范例
无线环境监测/监控系统
无线环境监测/监控系统采用了现场总线和支持现场总线的仪表及控制执行设备，并为非支持现场总线的仪表及控制执行设备设计了控制接口。在现场总线的一条双绞线上，提供24VDC直流电源和数据信息通道，节省了大量的电源线和信号线，也彻底避免了干扰信号，因为总线上传输的是打包的数据，在接收端自动对数据进行校验，从而提高了可靠性和抗干扰能力。并通过无线网络，实现了远程监控.网络结构如图3所示：
图3
无线数传电台：主站：GD230V-25W（数传距离约30—50公里）；天线：11dBi全向玻璃钢天线。天线架设高度30米；
从站：GD230V-25W，近处10公里左右采用GD230V-8W；天线：11dBi全向玻璃钢天线/13dBi定向天线。
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引用 geh29 2008/5/20 18:43:14 发表于2楼的内容
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引用 tjtbh 2008/5/29 16:05:10 发表于3楼的内容
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lihuajun123 | 当前状态：离线
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lihuajun123 发表于 2008/6/5 0:09:39
4楼 回复本楼
引用 lihuajun123 2008/6/5 0:09:39 发表于4楼的内容
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bjmonsoon 发表于 2008/7/7 23:35:28
TD-8310S是一款RS-485到无线数传的转换器。是深圳市天地华杰科技有限公司为了解决串口设备短距离无线传输数据而专业设计。TD-8310S无线数传转换器提供标准的RS-485接口方式，它能透明地有效地把RS-485串口信号双向无线传输500米，使用户在不用更改已有软件下就可以完成通信。TD-8310S采用成对使用的工作方式，能更好地把串口信号稳定地传输到设备上来。TD-8310S可以点对点，点对多点，多点对点的连接，让用户可以进一步构建大系统串口转无线的网络5楼 回复本楼
引用 bjmonsoon 2008/7/7 23:35:28 发表于5楼的内容
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引用 txax 2008/9/24 15:35:50 发表于6楼的内容
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引用 netwell 2008/9/25 16:11:44 发表于7楼的内容