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 電器技術(shù)問題解答 => 泵站遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)  
發(fā)布日期:[2017-12-22]    共閱[5816]次
    1現(xiàn)狀與建設(shè)難點
  目前對于獨立的泵站,建設(shè)一套計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)現(xiàn)場的
監(jiān)控,已經(jīng)有非常成熟的解決方案,相關(guān)的工程案例也非常多,
而通過建設(shè)遠(yuǎn)程計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)異地的監(jiān)控,也有非常多的成
功案例。這些解決方案,大多基于現(xiàn)地的PLC+傳輸設(shè)備(工業(yè)總
線,局域網(wǎng))+上位機(jī)(組態(tài)軟件)的方式實現(xiàn),優(yōu)點是監(jiān)測范圍
廣,實時性好,但缺點是造價高,需要傳輸設(shè)備支持。當(dāng)存在大
量的中小泵站需要進(jìn)行運行監(jiān)測時,其投入的成本和對基礎(chǔ)設(shè)施
(計算機(jī)網(wǎng))的要求非常高,幾乎無法實施。
  2解決方案
  2.1體系架構(gòu)
  本文所設(shè)計的泵站遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)是基于在線自動測量技術(shù),
計算機(jī)技術(shù)以及相關(guān)的專用監(jiān)測軟件和通訊網(wǎng)絡(luò)所組成的一個綜
合性的在線自動監(jiān)測,統(tǒng)計,處理系統(tǒng)。它相對于普通的計算機(jī)
自動控制系統(tǒng)來說,最典型的區(qū)別在于:是基于"有人看護(hù)值班,
信息自動監(jiān)測傳輸"要求進(jìn)行的系統(tǒng)設(shè)計,保留日常運行管理人
員,實現(xiàn)泵站狀態(tài)的自動傳輸和統(tǒng)一顯示,因此,應(yīng)該具備以下
幾個條件。
  2.1.1具有獨立的監(jiān)控功能
  在分層分布式泵站遠(yuǎn)程自動監(jiān)測中,按照監(jiān)測對象的分布進(jìn)
行設(shè)置,每個監(jiān)測模塊作為一個設(shè)備單元,可以利用通信通道連
接到資源共享的網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)分散控制。根據(jù)IEEE對分布式系統(tǒng)的
要求,各現(xiàn)地單元應(yīng)具備自治性,模塊性和并行性。
  2.1.2具有傳輸能力
  既然要實現(xiàn)泵站運行信息的自動傳輸,系統(tǒng)不僅應(yīng)該具備現(xiàn)
地的各種監(jiān)測功能,更主要必須保證與遠(yuǎn)方監(jiān)測中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交
換,上傳有關(guān)信息。對于本項目來說,必須選擇一套覆蓋面廣,
建設(shè)成本和運營費用低,維護(hù)量小的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)。
  2.1.3統(tǒng)一的運行監(jiān)測平臺
  有別于常規(guī)的泵站計算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng),本系統(tǒng)的監(jiān)測對象主要
是大量中小型泵站,同時還包括已建成的一些有計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)
的大型泵站。需要利用計算機(jī)軟件技術(shù),在盡可能簡潔的顯示界
面下,顯示盡可能多的泵站信息,可以和其他防汛指揮軟件實現(xiàn)
整合和數(shù)據(jù)共享,因此要求在監(jiān)測軟件的開發(fā)中,脫離通常的組
態(tài)軟件開發(fā)模式,采用更通用化的開發(fā)語言例如:VB,C,
C++等。
  經(jīng)過上面的分析,可以看出,是一個包含現(xiàn)地監(jiān)測,通訊網(wǎng)
絡(luò),中心軟件的多層架構(gòu)。
  2.2現(xiàn)地監(jiān)測
  現(xiàn)地監(jiān)測的功能主要是用于將傳感設(shè)備監(jiān)測到的信號量采集
并傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的設(shè)備,包括監(jiān)測各運行狀態(tài)的儀器儀表和監(jiān)
測主機(jī)組成。
  由于各泵站均已實現(xiàn)電氣化,對于泵站的啟停觀測,直接通
過現(xiàn)地控制柜中的交流接觸器即可獲得;對于需要監(jiān)測的如電
流,電壓等參數(shù),通過新添加的儀器儀表也可以取得,這些觀測
儀器儀表市場上均有成熟的產(chǎn)品,均為常用的自動監(jiān)測設(shè)備,安
裝調(diào)試也和普通的泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相同,在此不一一贅述。
  與通常的泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相比,本系統(tǒng)的最大區(qū)別在于
現(xiàn)場沒有采用PLC+上位機(jī)的結(jié)構(gòu),而是采用了集成化的測控終
端,與普通的PLC相比,該種測控終端價格更低,集成度更高,并
且集成了數(shù)據(jù)傳輸模塊,可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送,相當(dāng)于整合了
部分上位機(jī)的功能,缺點是可以接入的儀表數(shù)量和控制功能相對
簡單;但對于本系統(tǒng)的監(jiān)測對象來說,已經(jīng)能夠滿足每個泵站所
需報送的狀態(tài)信息,以本項目中使用最多的測控終端WNC2000為
例:它支持模擬量(4~20mA)10個,開關(guān)量20個,當(dāng)接入點數(shù)量
增加時,還可以通過加入擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展,相對于傳統(tǒng)的
PLC+模擬量模塊+開關(guān)量模塊+通訊模塊來說,這種測控終端價格
低(設(shè)備價格僅相當(dāng)于1個中檔PLC的CPU模塊),集成度高(整合
了通訊模塊),安裝部署方便(設(shè)備體積僅相當(dāng)于一般的
MODEL),因此對于監(jiān)測的信息量不大的情況下,采用這種一體化
監(jiān)測終端是現(xiàn)有條件下的最佳選擇。同時通過SD卡可以實現(xiàn)信息
存儲功能,能夠在通訊中斷時自動記錄采集的信號量,以備通訊
恢復(fù)時將監(jiān)測信號重新發(fā)送至監(jiān)測中心。
  2.3通訊信道的選擇
  通信系統(tǒng)是監(jiān)測站網(wǎng)建設(shè)工程信息采集子系統(tǒng)的信息傳輸基
礎(chǔ),它的優(yōu)劣直接影響系統(tǒng)信息及時,準(zhǔn)確向中心站匯集。如何
準(zhǔn)確,及時地將信息傳遞到中心是本系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié),考慮
到工程造價和運營費用,較為可行的方案是采用公網(wǎng)的傳輸方
案,目前能夠覆蓋大部分泵站的公網(wǎng)傳輸方式主要有以下幾種。
  2.3.1ADSL
  利用電話信道,帶寬較大,但這種傳輸方式是一種非對稱的
傳輸模式,下載帶寬(網(wǎng)頁瀏覽)遠(yuǎn)大于上傳帶寬(監(jiān)測數(shù)據(jù)傳
輸),難以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰移涓采w范圍和實際帶寬效
果依賴與接入點與主光纖的距離,難以覆蓋大部分泵站。
  2.3.2GPRS/CDMA
  利用移動Π聯(lián)通的無線手機(jī)網(wǎng)絡(luò),覆蓋面較廣,能夠覆蓋大
多數(shù)泵站,能夠提供點到點的實時數(shù)據(jù)連接;GPRS的峰值速率為
11512kbitΠs;CDMA1X系統(tǒng)的峰值速率為15316 kbit/s,但從實
際測試的結(jié)果看,GPRS在本地覆蓋范圍更廣,而且實際測試的有
效帶寬更大;因此在系統(tǒng)建設(shè)中,采用了GPRS通信方式發(fā)送系統(tǒng)
數(shù)據(jù),其優(yōu)勢表現(xiàn)如下。
 。1)實時性強(qiáng)。GPRS網(wǎng)絡(luò)具有永遠(yuǎn)在線的特點,只要設(shè)備打
開在1~3s內(nèi)就可以登陸到核心網(wǎng)絡(luò),數(shù)據(jù)時延在700~3000ms之
內(nèi)。
  (2)穩(wěn)定性好,覆蓋好。GPRS網(wǎng)絡(luò)是在GSM網(wǎng)絡(luò)上加載的分
組交換網(wǎng),核心設(shè)備在移動公司機(jī)房,在信號較弱的地方可以自
動切換編碼方式,增加冗余碼保證數(shù)據(jù)的傳輸,基本上在移動手
機(jī)有信號的地方都可以使用GPRS網(wǎng)絡(luò),覆蓋面廣。
 。3)價格低。由于GPRS網(wǎng)絡(luò)按照流量收費,在數(shù)據(jù)傳輸量不
是很大并終端特別多的情況下還可以按照APN接入點的流量收費,
整體網(wǎng)絡(luò)運營費用較低。
  2.4集中監(jiān)測軟件的架構(gòu)
  解決了現(xiàn)場參數(shù)的采集和傳輸問題,在監(jiān)控中心,就需要開
發(fā)1套監(jiān)測軟件來顯示這些實時采集到運行信息;通常的處理方法
有兩種:一種是數(shù)據(jù)接收軟件+數(shù)據(jù)庫+顯示界面;另一種是利用
測控終端自帶的組態(tài)軟件,直接顯示監(jiān)測數(shù)據(jù),同時利用組態(tài)的
數(shù)據(jù)庫功能,在數(shù)據(jù)庫中定時寫入監(jiān)測記錄。這兩種方案均是普
遍采用的常規(guī)方案,軟件開發(fā)難度低,但均有不足之處,主要表
現(xiàn)如下。
 。1)采用數(shù)據(jù)接收軟件+數(shù)據(jù)庫+顯示界面的方式。
  在水資源計量,用電遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中應(yīng)用較多,監(jiān)測數(shù)據(jù)通
過數(shù)據(jù)接收軟件接收后直接寫入數(shù)據(jù)庫,顯示界面的開發(fā)通?
以使用通用的軟件開發(fā)語言,可以很方便的與其他指揮系統(tǒng)相
連,但采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過的流程長,實時性低;在常規(guī)的編程方
式下,顯示的只是用戶打開這個頁面時數(shù)據(jù)庫中的最新數(shù)據(jù),實
時運行信息則無法自動更新示到界面,無法達(dá)到運行狀態(tài)的動態(tài)
顯示;雖然在程序開發(fā)中可以添加諸如定時刷新頁面的功能,但
又會出現(xiàn)刷新間隔和系統(tǒng)資源占用的矛盾,很難達(dá)到實用性和實
時性的平衡。
 。2)利用測控終端自帶的組態(tài)軟件,系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)直接顯示
在自帶的組態(tài)程序中,數(shù)據(jù)一旦接收,即顯示在組態(tài)界面上,實
時性高,但缺點是受組態(tài)軟件本身制約,很難與其他系統(tǒng)融合,
界面中只能顯示當(dāng)前系統(tǒng)數(shù)據(jù),在本項目中,其他利用專網(wǎng)進(jìn)行
監(jiān)測的水利工程監(jiān)測的實時信息無法整合到一起,很難加入其它
功能,功能局限性大,擴(kuò)展困難。
  因此,在本項目監(jiān)測軟件的開發(fā)中,筆者進(jìn)行調(diào)研,決定采
用一種不同于以往的架構(gòu)模式:通用工業(yè)控制協(xié)議OPC+通用開發(fā)
語言,既滿足了系統(tǒng)的實時性要求,又保證系統(tǒng)的擴(kuò)展性。
OPC(用于過程控制的OLE)作為一個工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),它由一些世界上
占領(lǐng)先地位的自動化系統(tǒng)和硬件,軟件公司與微軟(Microsoft)
緊密合作而建立的,這個標(biāo)準(zhǔn)定義了應(yīng)用Microsoft操作系統(tǒng)在基
于PC的客戶機(jī)之間交換自動化實時數(shù)據(jù)的方法,取代了原來的
DDE,可以作為一個組件加入到1net的開發(fā)環(huán)境中。通過這個開發(fā)
環(huán)境,可以在編程過程中將遠(yuǎn)程變量在軟件界面上進(jìn)行實時顯
示,同時1net的強(qiáng)大開發(fā)能力,可以整合其他業(yè)務(wù)系統(tǒng),實現(xiàn)監(jiān)
測系統(tǒng)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)的無縫連接。
 。1)建立無線測控終端的OPC服務(wù)器,無線測控系統(tǒng)采集到
的數(shù)據(jù)通過架設(shè)在中心的OPC服務(wù)器進(jìn)行發(fā)布。
  (2)對于已建成通過PLC方式實現(xiàn)的其它自動控制系統(tǒng),通
過PLC或組態(tài)軟件自帶的OPC功能實現(xiàn)OPC服務(wù),利用PLC或組態(tài)軟
件中自帶的OPC服務(wù)功能,可以在軟件開發(fā)中實時訪問其中的變
量,實現(xiàn)了泵站無線監(jiān)測系統(tǒng)與其他計算機(jī)自動控制系統(tǒng)的融
合。
  (3)開發(fā)的監(jiān)測軟件通過添加OPC組件,可以訪問上述OPC服
務(wù)器中的所有變量信息,利用1net的強(qiáng)大功能,可以對這些OPC服
務(wù)器發(fā)布的狀態(tài)變量進(jìn)行任意組合,整合到業(yè)務(wù)系統(tǒng)中。
  2.5與GIS的整合
  信息技術(shù)的發(fā)展,特別是軟件技術(shù)的發(fā)展,使得監(jiān)測系統(tǒng)軟
件在建設(shè)中,不但僅僅考慮數(shù)據(jù)的正確顯示,同時對軟件界面和
顯示方式的要求也越來越高,但在監(jiān)測系統(tǒng)領(lǐng)域,往往仍停留在
以表格形式顯示數(shù)據(jù)的層次,這一方面在于組態(tài)軟件的擴(kuò)展性較
低,不能支持更加活潑的顯示模式,另一方面在于這些監(jiān)測系統(tǒng)
通常應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)τ诒O(jiān)測點位置信息要求不高,用戶通常對于數(shù)
據(jù)的關(guān)注度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對空間屬性的關(guān)注;但對于本系統(tǒng)來說,系
統(tǒng)所面向的指揮決策人員往往不僅僅關(guān)注每個泵站實時的運行狀
態(tài),同時也要關(guān)注這些泵站所處的位置以及周邊的社會經(jīng)濟(jì)和地
形地貌,因此,在顯示運行狀態(tài)的同時表現(xiàn)泵站的地理位置和地
形地貌,也是本系統(tǒng)軟件開發(fā)工作的一項重大任務(wù)。
  綜合軟件開發(fā)的難度,顯示效果和平臺購置的成本,本項目
采用了外購的地理信息系統(tǒng)開發(fā)平臺,通過在1net開發(fā)環(huán)境中加
入地理信息系統(tǒng)庫,可以在軟件界面中插入本地區(qū)的電子地圖,
相關(guān)的河流,湖泊,地形地貌等都可以作為獨立的圖層加入,通
過開發(fā)圖層控制功能用戶在瀏覽時可以選擇打開Π關(guān)閉相應(yīng)圖
層,查找自己感興趣的目標(biāo),同時在地圖中還將本項目監(jiān)測的各
個泵站作為獨立圖層加入到地圖中。通過編程,用戶可以在顯示
的地圖中點擊某個泵站,就可以將選中的泵站突出顯示,并標(biāo)記
其運行狀態(tài),要查看詳細(xì)信息時,也可以通過界面選擇,以表單
形式顯示泵站的詳細(xì)信息。
  3總結(jié)與展望
  本系統(tǒng)目前已經(jīng)實際投入運行,從目前的情況看,運行比較
正常,采用的硬件設(shè)備運行穩(wěn)定,沒有發(fā)生異常;軟件系統(tǒng)也具
備了比較高的穩(wěn)定性,用戶使用的反響也較好,但也有部分不足
之處。
 。1)基于OPC接口的監(jiān)測中心軟件開發(fā)經(jīng)驗不足,對于變量
和接口的定義未能在設(shè)計之初進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃,各變量和接口的定
義在軟件編程過程中多次擴(kuò)充,修改,命名不夠規(guī)范,后期擴(kuò)展
的成本較高,希望能在今后的項目中引起重視,在設(shè)計之初即對
所有的監(jiān)測項目和變量進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計,規(guī)范命名。
 。2)由于先期實施的部分項目選擇的電器儀器儀表沒有按照
相關(guān)的規(guī)范要求選型和施工,輔助接點少,在現(xiàn)場很難取到需要
監(jiān)測的信號,需要改裝或更換,造成了浪費;在今后的類似項目
的設(shè)計和施工中,要注意在選擇相關(guān)設(shè)備時,充分考慮今后的自
動化接口是否完備,預(yù)留擴(kuò)展空間。
  (3)由于軟件需求調(diào)研不夠充分,或者要求不夠明確,不能
形成統(tǒng)一的報表,只能在開發(fā)過程中隨時添加和修改,而且報表
樣式不夠活潑,需要進(jìn)一步擴(kuò)展。
 
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