一、總體設(shè)計(jì)
系統(tǒng)分布在山區(qū)，各加壓站、各水池之間距離較遠(yuǎn)，用電纜敷設(shè)并不現(xiàn)實(shí)。因此均采用GPRS或CDMA無線通信方式。由于各加壓站泵機(jī)的開停與相應(yīng)水池的水位、上下級泵站之間均有互相聯(lián)系，因此加壓站之間、加壓站與各水池之間均需進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。為此，在中控室中需設(shè)置一個(gè)中轉(zhuǎn)軟件，用于水池、加壓站間的數(shù)據(jù)交換。
系統(tǒng)原理圖如下：
整個(gè)系統(tǒng)由泵站監(jiān)控系統(tǒng)、水池監(jiān)控系統(tǒng)、和監(jiān)控中心組成。整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行過程如下：
開泵過程：每個(gè)泵站自動(dòng)監(jiān)測其直接進(jìn)水的水池水位及下一級泵站狀態(tài)，當(dāng)對應(yīng)水池水位低于設(shè)定水位或下一級泵站需要供水時(shí)，置一個(gè)需要供水標(biāo)志，并將該標(biāo)志發(fā)送到前一級泵站。如果此時(shí)該泵站滿足開泵條件時(shí)（包括有進(jìn)水，泵機(jī)無故障等），自動(dòng)開啟該泵站。最前一級泵站（1#泵站）開泵條件中還可以包括允許開泵的時(shí)間段，以避開供水高峰。
停泵過程：每個(gè)泵站對應(yīng)的水池水位高于設(shè)定水位并且下一級泵站不需要供水時(shí)，清除一個(gè)需要供水標(biāo)志，并將該標(biāo)志發(fā)送到前一級泵站。同時(shí)運(yùn)行該泵。最前一級泵站（1#泵站）如果進(jìn)入不允許開泵的時(shí)間段，將首先自動(dòng)停泵。停泵后出口壓力下降，下一級泵站的進(jìn)站壓力低于允許開泵壓力，下一級泵站也自動(dòng)停泵。逐級向后傳遞，所有泵都會停止。
水池監(jiān)控系統(tǒng)采集各點(diǎn)的水位數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)，泵站的信號采用雙址發(fā)送功能發(fā)送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)及調(diào)度服務(wù)器上，監(jiān)控計(jì)算機(jī)綜合水池及泵站的信號把相應(yīng)的水池信號及泵站信號發(fā)送到對應(yīng)的泵站上去。
二、分系統(tǒng)設(shè)計(jì)
（一）、泵站自動(dòng)控制系統(tǒng)
控制方式
系統(tǒng)共有多個(gè)加壓泵站，各級水泵具有三種控制模式：手動(dòng)、自動(dòng)及中控。不論何種方式，變頻器均采用恒壓控制功能，設(shè)定的出站壓力需大于水池進(jìn)水的最小壓力。
手動(dòng)：當(dāng)水泵的控制選擇開關(guān)打在手動(dòng)控制時(shí)，系統(tǒng)置于手動(dòng)控制模式。操作員可通過現(xiàn)場按鈕控制水泵的啟停。此時(shí)RTU只是作為監(jiān)控狀態(tài)，發(fā)送數(shù)據(jù)到中控室，不參與控制。
中控：當(dāng)水泵的控制選擇開關(guān)打在自動(dòng)控制時(shí)，系統(tǒng)置于中控、自動(dòng)控制模式。此時(shí)中控室發(fā)送中控命令到RTU，系統(tǒng)即處于中控控制模式下；控室發(fā)送自動(dòng)命令到RTU，系統(tǒng)即處于自動(dòng)控制模式下。在中控模式下，RTU接收中控室發(fā)送的開停泵命令，開停管道泵。RTU只有對操作員通過中控室選擇的保護(hù)功能起自動(dòng)保護(hù)功能。其他情況只是做監(jiān)控功能。
自控：當(dāng)水泵的控制選擇開關(guān)打在自動(dòng)控制時(shí)，系統(tǒng)置于中控、自動(dòng)控制模式。此時(shí)中控室發(fā)送中控命令到RTU，系統(tǒng)即處于中控控制模式下；控室發(fā)送自動(dòng)命令到RTU，系統(tǒng)即處于自動(dòng)控制模式 下。在自動(dòng)模式下，整個(gè)系統(tǒng)是以無人值守功能進(jìn)行設(shè)計(jì)的。整體自動(dòng)功能如下：
1#管道泵控制（最前一級）:
啟動(dòng)：1#管道泵的啟動(dòng)根據(jù)時(shí)間及需求控制，當(dāng)設(shè)定開泵的時(shí)間段到并且進(jìn)水壓力滿足開泵要求，下級泵站需要開泵或?qū)?yīng)水池水位不足時(shí)，開啟管道泵。開泵時(shí)間段可有中控室遠(yuǎn)程設(shè)定，也可在現(xiàn)場操作面板上進(jìn)行操作。
增泵：當(dāng)變頻頻率到達(dá)上限，出站壓力仍達(dá)不到設(shè)定壓力時(shí)，連續(xù)10分鐘后，把這臺泵自動(dòng)設(shè)置成滿負(fù)荷運(yùn)行，開啟下一臺泵運(yùn)行并進(jìn)行恒壓供水調(diào)整。
減泵：當(dāng)變頻頻率到達(dá)下限，出站壓力仍超過設(shè)定壓力時(shí)，連續(xù)10分鐘后，停止最開始運(yùn)行的水泵。
停止：
1、當(dāng)設(shè)定的時(shí)間段到時(shí)，自動(dòng)停泵。
2、當(dāng)下一級的泵站不需開泵并停機(jī)，相應(yīng)的水池水位已滿時(shí)，停止水泵運(yùn)行。
保護(hù)：
1、硬件保護(hù)功能。當(dāng)變頻器故障等出現(xiàn)硬件故障時(shí)，把對應(yīng)泵標(biāo)記為故障狀態(tài)，切換到另一臺備用泵上運(yùn)行。該故障標(biāo)記自動(dòng)發(fā)送到中控室。
2、進(jìn)站壓力保護(hù)功能。進(jìn)站壓力設(shè)有兩個(gè)設(shè)定壓力，上限壓力與下限壓力。當(dāng)進(jìn)站壓力達(dá)到上限壓力并維持1分鐘后，才允許開泵。當(dāng)水泵在運(yùn)行時(shí)，進(jìn)站壓力低于下限并保持30秒后，表示來水不足，自動(dòng)停泵。此時(shí)停泵后進(jìn)水恢復(fù)到上限壓力，將繼續(xù)開泵。
3、出站壓力保護(hù)功能。出站壓力也有兩個(gè)設(shè)定壓力，上限壓力與下限壓力。上限壓力用來判斷泵站自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)是否失效，當(dāng)出口壓力到達(dá)設(shè)定壓力上限并維持1分鐘后，表示變頻恒壓功能已經(jīng)失效，為保護(hù)出口管道，停止水泵運(yùn)行。此故障需中控室發(fā)送命令解除后或現(xiàn)場解除后才能重新開泵。
當(dāng)出口壓力低于下限壓力并維持20分鐘后，判定為管道爆管，停止水泵運(yùn)行，同時(shí)向中控室報(bào)警。此故障需中控室發(fā)送命令解除后或現(xiàn)場解除才能重新開泵。
4、連續(xù)運(yùn)行時(shí)間保護(hù)功能。每個(gè)泵站均設(shè)有兩個(gè)最大連續(xù)運(yùn)行時(shí)間：泵站最大連續(xù)運(yùn)行時(shí)間及水池最大連續(xù)運(yùn)行時(shí)間，用來防止通信中斷、管道漏水等意外情況。
泵站最大連續(xù)運(yùn)行時(shí)間用來控制下一級的泵站運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)下一級泵站的通信已經(jīng)中斷，原來泵站在運(yùn)行，經(jīng)過泵站最大連續(xù)運(yùn)行時(shí)間后，自動(dòng)認(rèn)為下一級泵站已停止。
水池最大連續(xù)運(yùn)行時(shí)間用來判斷水池的進(jìn)水情況，有兩種情況：（一）管道漏水使水池水位一直無法達(dá)到設(shè)定水位，（二）水池通信中斷。當(dāng)水泵連續(xù)運(yùn)行到設(shè)定時(shí)間時(shí)，也認(rèn)為水池已滿。把此類事件作為一個(gè)報(bào)警點(diǎn)發(fā)送到中控室。
其余管道泵控制
啟動(dòng)：其余管道泵的啟動(dòng)根據(jù)來水及下一級泵站（如有）及對應(yīng)水池水位來控制，當(dāng)進(jìn)水壓力達(dá)到設(shè)定開泵要求壓力時(shí)，判定下一級泵站需要開泵時(shí)或?qū)?yīng)水池需要進(jìn)水時(shí)，開啟管道泵。
增泵：當(dāng)變頻頻率到達(dá)上限，出站壓力仍達(dá)不到設(shè)定壓力時(shí)，連續(xù)10分鐘后，把這臺泵自動(dòng)設(shè)置成滿負(fù)荷運(yùn)行，開啟下一臺泵運(yùn)行并進(jìn)行恒壓供水調(diào)整。
減泵：當(dāng)變頻頻率到達(dá)下限，出站壓力仍超過設(shè)定壓力時(shí)，連續(xù)10分鐘后，停止最開始運(yùn)行的水泵。
停止：當(dāng)下一級的泵站不需開泵并停機(jī)，相應(yīng)的水池水位已滿時(shí)，停止水泵運(yùn)行。
保護(hù)：
1、硬件保護(hù)功能。當(dāng)變頻器故障等出現(xiàn)硬件故障時(shí)，把對應(yīng)泵標(biāo)記為故障狀態(tài)，切換到另一臺備用泵上運(yùn)行。該故障標(biāo)記自動(dòng)發(fā)送到中控室。
2、進(jìn)站壓力保護(hù)功能。進(jìn)站壓力設(shè)有兩個(gè)設(shè)定壓力，上限壓力與下限壓力。當(dāng)進(jìn)站壓力達(dá)到上限壓力并維持1分鐘后，才允許開泵。當(dāng)水泵在運(yùn)行時(shí)，進(jìn)站壓力低于下限并保持30秒后，表示來水不足，自動(dòng)停泵。此時(shí)停泵后進(jìn)水恢復(fù)到上限壓力，將繼續(xù)開泵。
3、出站壓力保護(hù)功能。出站壓力也有兩個(gè)設(shè)定壓力，上限壓力與下限壓力。上限壓力用來判斷泵站自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)是否失效，當(dāng)出口壓力到達(dá)設(shè)定壓力上限并維持1分鐘后，表示變頻恒壓功能已經(jīng)失效，為保護(hù)出口管道，停止水泵運(yùn)行。此故障需中控室發(fā)送命令解除后或現(xiàn)場解除后才能重新開泵。
當(dāng)出口壓力低于下限壓力并維持20分鐘后，判定為管道爆管，停止水泵運(yùn)行，同時(shí)向中控室報(bào)警。此故障需中控室發(fā)送命令解除后或現(xiàn)場解除才能重新開泵。
4、連續(xù)運(yùn)行時(shí)間保護(hù)功能。每個(gè)泵站均設(shè)有兩個(gè)最大連續(xù)運(yùn)行時(shí)間：泵站最大連續(xù)運(yùn)行時(shí)間及水池最大連續(xù)運(yùn)行時(shí)間，用來防止通信中斷、管道漏水等意外情況。
泵站最大連續(xù)運(yùn)行時(shí)間用來控制下一級的泵站運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)下一級泵站的通信已經(jīng)中斷，原來泵站在運(yùn)行，經(jīng)過泵站最大連續(xù)運(yùn)行時(shí)間后，自動(dòng)認(rèn)為下一級泵站已停止。
水池最大連續(xù)運(yùn)行時(shí)間用來判斷水池的進(jìn)水情況，有兩種情況：（一）管道漏水使水池水位一直無法達(dá)到設(shè)定水位，（二）水池通信中斷。當(dāng)水泵連續(xù)運(yùn)行到設(shè)定時(shí)間時(shí)，也認(rèn)為水池已滿。把此類事件作為一個(gè)報(bào)警點(diǎn)發(fā)送到中控室。
自控模式下，所有的設(shè)定壓力、時(shí)間均可以通過現(xiàn)場操作面板或中控室進(jìn)行設(shè)定。
（二）、水池監(jiān)測系統(tǒng)
系統(tǒng)共有多個(gè)水池，每個(gè)水池上安裝一套監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測各水池的液位。
水池發(fā)送的信號發(fā)送到中控室監(jiān)控軟件，經(jīng)其轉(zhuǎn)發(fā)到對應(yīng)的加壓泵站，用來控制加壓泵站的開停。
根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，水池監(jiān)測需解決以下幾個(gè)問題：
1、供電問題
水池一般均遠(yuǎn)離村莊，有專用的市電接入。但該市電是用于原水池的水處理設(shè)備，供電不一定得到保證。因此采用太陽能加后備鋰電池供電方式，后備時(shí)間為一個(gè)月。
2、防雷問題
水池一般在山上，受雷電影響比較大。雷電主要有兩個(gè)來源：市電及信號線。采用太陽能供電可有效防止市電電源的影響，而本身可靠接地可以較好的防止信號線的雷電影響。
本系統(tǒng)中配置我公司的EN3113采集終端。
（三）、中控遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)
中控遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)安裝在中控室，主要完成以下功能：
1、接收加壓站、水池發(fā)送的數(shù)據(jù)
2、顯示各加壓站的運(yùn)行狀態(tài)及數(shù)據(jù)
3、顯示各水池的液位
4、遠(yuǎn)程設(shè)置泵站的各設(shè)定參數(shù)，如出站壓力、保護(hù)壓力、運(yùn)行時(shí)間段等。
5、向各泵站轉(zhuǎn)發(fā)下級泵站及相關(guān)水池的信息，用于加壓泵站的自動(dòng)運(yùn)行。
6、可以遠(yuǎn)程控制加壓站的運(yùn)行。
本系統(tǒng)中我們選用了市面流行的組態(tài)軟件（配置WEB組件），并配置我公司的GPRS驅(qū)動(dòng)程序Flying OPC,以DDE方式與組態(tài)軟件交換數(shù)據(jù)。
1、維護(hù)通信鏈路功能。
現(xiàn)場GPRS模塊通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接到Flying OPC 軟件上，F(xiàn)lying OPC自動(dòng)維護(hù)該鏈路，包括TCP/UDP端口守護(hù)，心跳包發(fā)送，線路斷開重連等功能，保證現(xiàn)場RTU與監(jiān)控計(jì)算機(jī)的連接線路暢通。
2、數(shù)據(jù)解析功能
根據(jù)RTU及水池發(fā)送的數(shù)據(jù)串，自動(dòng)解析出相應(yīng)的物理量數(shù)據(jù)，如進(jìn)出站壓力、泵機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、水池水位等。解析出的數(shù)據(jù)自動(dòng)保存在內(nèi)存中，在需要的時(shí)候發(fā)送到組態(tài)軟件中。
3、數(shù)據(jù)控制功能
根據(jù)組態(tài)軟件寫入的數(shù)據(jù)，自動(dòng)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到RTU模塊中，完成參數(shù)的設(shè)置及設(shè)備的控制。
4、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能
自動(dòng)完成轉(zhuǎn)發(fā)功能，對應(yīng)的水池水位數(shù)據(jù)及泵站數(shù)據(jù)自動(dòng)發(fā)送到對應(yīng)的加壓站的功能。要將什么水池的數(shù)據(jù)、什么泵站的數(shù)據(jù)以什么樣的數(shù)據(jù)格式發(fā)送到哪個(gè)泵站，都可在軟件中設(shè)置。
5、提供完整的數(shù)據(jù)接口
提供兩種數(shù)據(jù)接口功能（DDE及OPC）用于與組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)交換。在這里建議采用最簡單的DDE功能，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。
