泵站远程监控方案.doc

远程监控管理装置方案（一）方案设计1.编制依据1.1提高上海市城市排水有限公司石洞口污水输送分公司六支流苏北1#、2#、3#及真武污水4座泵站的远程监控管理水平和更好发挥泵站运行的效益，将达到无需工作人员的操作平台同时实现上级部门对4座泵站运行状态的监管。 1.2充分显示自动化及监控技术将成为泵站改造的发展趋势。 2.编制原则2.1 完全响应六支流远程监控管理方案设计。2.2 严格遵循国家城市排水建设有关规程、规范和标准。2.3 将本工程实际施工情况与我公司在水处理行业改造施工经验相结合的原则编制。2.4 实事求是，遵章科学，切合实际。3.工程概况3.1概述目前苏北1#站（共有4台27KW泵机）、2#站（共有4台80KW泵机）、3#站（共有4台125KW泵机）及真武污水泵站（共有3台22KW泵机）是六支流的一组支线，四座泵站之间最近距离均大于5公里左右，最远的超过10公里以上。据现场勘查目前1#、2#、3#三座泵站安装了一套就地PLC控制系统，系统采用施耐德PLC CPU113 02为核心，初步了解运行基本正常，真武污水泵站一套就地PLC控制系统已停止运行多年初步判断基本无法利用，必须重新增设一套PLC控制系统方可实现数据采集及远程控制。经我公司技术人员现场勘查后总结一下，四座泵站其中3#站硬件设施齐全并且全部处于正常状态，1#、2#泵站PLC控制系统目前正常状态（周界报警系统、视频监控系统均无安装）；真武污水泵站更新原有就地PLC控制系统（周界报警系统、视频监控系统和雨量计均无安装）。注：视频监控系统及周界报警属于独立系统建议与CDMA1X或EVDO的VPDN数据采集分开实施。视频流量可采用EVDO3G无线通讯达到要求针对以上情况建议将这一支线上的四个泵站组成一个群，首先将真武污水泵站控制系统全部安装到位调试正常，再充分利用泵站原有资源采用无线CDMA1X的VPDN专线数据采集控制系统，实现无需工作人员的操作平台。该方案具有技术先进，自动化程度较高，操作管理方便，处理效果稳定的特点提高管理及实现减员增效目标。3.2六支流4座泵站平面图3.3系统结构图3.4工程范围3.4.1整个系统硬件由两部分组成：现场：每座泵站增设无线CDMA DTU设备，以及其他辅助设备（雨量计、周界报警系统、视频监控系统等）；另外真武污水泵站需增设系统一套（控制柜、PLC主控模块，电源模块，开关量、模拟量输入、输出模块）。视频监视系统及周界报警系统：均为独立的视频监视系统及周界报警系统，可以对站内各主要场所进行实时监视，对站内安全管理起到了重要作用。3.4.2数据采集硬件组成：控制管理中心主要由路由器、工控机、CDMA1X服务器和打印机、操作台组成，另外到电信申请开通vpdn业务。工控机内软件通过VPDN专网业务 访问泵房站的DTU 实现无线远程监控。需一套组态软件，另外到电信申请手机UIM卡（每站一张卡）等等以及辅助设备。(1)工业计算机（组态软件采用美国INTOUCH软件），实现人机对话，与PLC系统进行数据传送和交换，将设定参数写入PLC，也可将PLC数据读入工业计算机，实现了数字量的实时监控以及报警记录等。(2)服务器：为整个监测系统提供历史数据、事件信息的存储空间。(3)网络控制器：采用DLINK DI-604路由器。(4)辅助设备：网络管理软件及系统应用软件等。3.5 工作范围根据整个项目规定的要求完成设备的设计，制造、测试、运输、安装、现场调试、可靠和有效的设备试运行、设备的运行和操作人员的培训、提交图纸和资料、售后服务等以及所有其它为完善安装运行所必要的项目。3.6 参照标准本工程使用的有关标准包括但不限于以下的IEC 标准和相应的GB 标准。若IEC 标准与GB 标准有不同之处，则应符合GB 标准。HG/T；2063820639化工装置自控工程设计规范CECS81；96工业计算机监控系统抗干扰技术规范GBJ4281工业企业通信设计规范GB/T502652002泵站设计规范08-22-2003城市排水泵站设计规范GB5016892电气装置安装工程电缆施工及验收规范GB50169-96电气装置安装工程接地装置及验收规范GB50093-2002 自动化仪表工程施工及验收规范JGJ/T1692建筑电气设计技术规程IEC 381过程控制系统的模拟信号IEC 435数据处理设备的安全GB 中国国家标准HG/T 中国化学工业部标准IEC 国际电工委员会TC 国际电工委员会(技术委员会)IEEE 电气和电子工程师学会ISO 国际标准化组织4. 设计依据的主要文件，设计范围，主要的设计基础资料4.1设计依据的主要文件 4.1.1自控设计手册 4.1.2 国家相关标准 4.1.3 自控产品厂家说明书,手册及技术支持4.2 设计范围1 ）现场检测仪表的选型及安装,接线；2 ）控制系统设备（PLC ）的硬件和软件的选型配置、安装、编程 及调试；3 ）中央控制室计算机监控系统硬件和软件选型配置、安装、编程及调试；4 ）CDMA无线通讯网络系统硬件和软件采购、安装及调试；5 ）通讯电缆、保护管、桥架等相关设备选型,配置、安装、敷设；6 ）防雷及接地系统的的设计、选型,配置安装及调试；7 ）已建的控制系统整合及改造方案等；5.总体设计方案5.1 概述整个远程监控系统主要有三个基本功能, 即监测、控制、管理功能. 监测功能即远程监测每座泵站现场的数据采集和设备运行情况的监视及报警，具体监测泵机运行、停止、故障；格栅的运行、停止、故障；闸阀开关到位信号以及流量、液位、雨量、变配间电流、电压等. 控制功能即远程控制每座泵站的泵机、格栅、闸门等设备的运行. 管理功能, 即生产数据处理、事故记录、数据曲线、各种报表统计打印等。5.2 系统设计目标和原则及功能5.2.1 设计目标六支流4座泵站远程监控系统改造项目的实施，可实现4座泵站设备的就地和远方控制操作、主要参数的实时监测、故障报警、运行过程模拟显示等功能。另外还可以有效地提高泵站系统设备的可靠性、安全性、可维护性以及控制操作的自动化水平。能够实时对设备参数和运行工况进行监视，消除设备运行隐患，确保主设备的完好率和可调率，减轻运行人员劳动强度，达到最优化的运行管理要求，进一步提高系统调度的及时准确性，顺应我国水利行业运行管理现代化的发展趋势，发挥系统最大的社会效益和经济效益。5.2.2 设计原则六支流1#、2#、3#站及真武污水泵站为一条支线上的四座泵站，在技术上采用远程控制的管理模式，在小组中心站（3#站）设立该支线的中心控制室，由中心控制室对4座泵站进行远程可监可控的操作，原则上设备的操作由该中心控制室完成，紧急情况下可由泵站操作工接到指令后采取就地操作。监控系统优化程度越高，整个泵站的运行管理效率大大提高，监控系统对个泵站安全运行的重要性是显见的。(为了确保数据信息监控网的通讯也可采用组合方式，即CDMA+公用电话网。以CDMA网络通讯作为主要通讯方式，并在每个泵站内的网络通讯站点保留有线电话网，在CDMA网络发生故障时， 与电话线天然共存，可用电话线作为监控网备用通讯方式)。此电话线备用方案可供用户参考，若实施需增加很多硬件设备及应用软件等。注: 如果电话线不方便接入,也可采用GPRS作为备份线路.5.2.3 功能所有泵闸均可采用现地操作、监控中心操作，两种控制方式互为闭锁，并由PLC控制屏上的“监控中心/现地”转换开关在现地切换，控制优先级依次为现地、监控中心。自动完成开、停泵机组及升、降闸门控制，泵组调节控制，泵闸联合运行的投/切。各台泵相关的电压、电流、有功、功率因数等数据采集与实时显示。泵组运行状态、PLC运行状态、软启动器保护装置动作状态等的状态监测和指示。硬件、软件故障、系统故障的诊断、报警以及越限故障报警、打印等。一旦发生状态变化将在CRT上显示出来，同时记录故障及发生的时间，并有声光报警。对事故信号、断路器信号及重要保护动作等开关量信号，以中断的方式迅速作出响应，并进行必要的自动操作。定时将采集来的数据写入数据库，事件（含操作信息、故障信息）发生时立即写库（事件分辨率不大于2ms），为检查系统故障、分析故障时间、原因等工作提供确切的依据。对追忆记录量测值，能提供故障前10秒和后20秒内的数据组。形成各种报表，完成各站供水流量的统计（包括单机排水量和总排水量），供查询、显示、打印。对重要监视量进行运行变化趋势显示。实行对某些参数的越、复限处理，越限自动报警，复限自动显示、记录和打印。实现数据编码、校验传递误差、误码分析及数据传输差错控制。5.3系统方案设计思想根据系统设计原则，依据有关计算机网络、计算机控制系统设计规范及标准，兼顾将来的扩展需要以及系统本身的特点。同时结合我们多年来从事相关工程所积累的工程经验。在本系统设计时，着重考虑以下几点。5.3.1 可靠性设计硬件可靠性设计思想使系统不易发生故障的设计。 充分考虑采用成熟先进的技术设备。从每一个元器件的选择开始，充分考虑各种因素的变化，降低元器件的使用定额。全面进行系统的防雷设计、安装设计、热设计、低功耗设计、耐环境设计、耐噪声设计等。发生故障后对系统影响最小的设计。 a).安全性：即使发生故障，仍能使系统保持预定的稳定状态。采用故障局部化和实时检测，采取各种保护回路。即使CPU发生故障，确保系统的输入输出保持在安全状态。 b).故障弱化：即使发生故障，系统仍可完成预定的部分重要任务。采用备用设计。包括自动备用，手动备用。发生故障后，系统可正常运行的设计。对重要环节，如电源系统等采用冗余设计技术。软件可靠性设计软件设计有它本身的特殊性。软件是一种逻辑系统部件，而不是物理系统部件。软件运行过程中不会因为使用时间过长而用“坏”。其错误是开发时期引入的，而测试阶段又未能发现。它也无法象硬件那样通过更换部件的方法来解决。因此，软件开发和维护是一个极端复杂的问题。它不仅涉及到技术和方法问题，也涉及到管理问题。只有把握好软件开发和软件测试这一关，才能保证软件系统的可靠性。如何解决这一问题，必须采用“软件工程”的设计方法。将工程项目所积累的行之有效的原理、概念、技术和方法应用于软件开发实践，使软件开发成为组织良好、管理严密、各类人员协同配合、共同完成的工程项目，具体要做好以下几个方面的工作。问题定义 通过需求分析，由用户和软件分析员共同讨论分析并提出软件系统的目标和范围的说明书，必要时还需邀请有关专家进行讨论决定。可行性研究 对问题定义阶段提出的问题是否有行得通的解决办法。就这些办法，结合目前软件发展水平，包括操作系统，数据库软件，软件开发平台等提出可行性论证报告。需求分析 确定用户对软件系统（主要是系统功能）的全部要求，以需求规格说明书的形式表达出来。总体设计 建立软件系统的总体结构。提出软件结构图或层次图。包括各功能模块，模块与模块之间的联系。最大限度地减少各功能模块之间的耦合，确保模块的相对独立性。详细设计 对每一个功能模块确定其内部过程结构。包括变量的类型、数量、范围，全局性还是局部性等。编程 按选定的程序设计语言，将各功能模块内部过程描述翻译成源程序。特别要指出的是：为确保软件系统的可靠性，必须保证其在投入现场运行前已进入成熟阶段。因此，最好选用描述性程序设计语言（如PLC的梯形图语言，工控组态软件等）以及面向对象的设计语言（如Visual Basic、Visual C+、Delphi等）测试 严格把握测试这一关，认真发现和排除上述各阶段可能产生的各种错误。5.3.2可维护性设计在不停止系统运行的情况下进行维护（在线维护）。选用模块化的PLC，采用诊断技术，自动恢复技术。通过维护性信息输出，运行状态画面显示，预防性维护信息提示等，实现系统故障的快速排除，达到在线维护的目的。5.3.3可扩展性设计在系统设计过程中，硬盘留有50%左右的裕量、接口有30%的裕量、存储器留有40%以上的裕量，通道利用率或通道数据库小于50%，屏柜内留有可扩充设备的空间。结构上采用分布式、模块化积木式结构，构造成一个层次分明，结构合理，独立性强，易扩展，开放式系统。5.3.4 实用性设计实用是系统设计成败的重要因素之一。实用不等于不先进，在一定意义上，实用应该是先进系统的更高层次。系统设计应充分意识到现场运行的需要，包括现场运行条件、现场运行人员素质。保证运行管理、运行操作、运行维护源于常规而又高于常规。具体体现在：友好的人机界面，方便的操作方式；完善的信息提示，可靠的操作保障；动态的操作流程，实时的操作进程；标准化的数据库结构，高度自动化的信息管理；方便快捷的操作指导，多重可靠的操作权限。5.3.5 经济性设计高性能价格比是系统设计人员刻求的目标。合理的系统结构，优化的系统配置，通用化的设备选型，标准化的设备制造都是降低系统成本的重要因素。只要有效地把握系统设计、选型、制造、施工等各个环节，可大大降低工程费用。5.3.6硬件设计、制造、选型所有元器件采用世界著名公司的进口优质产品，在自动化领域，技术上处于国际领先水平，在国内有完善的销售网络和服务体系，具有良好的通用性和互换性。设备容量留有充分裕量（在系统设计过程中，硬盘留有50%左右的裕量、接口有30%的裕量、存储器留有40%以上的裕量，通道利用率或通道数据库小于50%，屏柜内留有可扩充设备的空间）。印刷电路板制作采用进口敷铜板，双面水金工艺制造，热风整平，金属孔化，丝网印刷等进口流水线生产。5.3.7 系统关键设备选型原则先进性：作为一个标志性和试点性工程，系统应采用先进的硬件和软件产品，代表技术发展的方向，满足系统升级、扩展的要求，以保护业主的利益。因此本系统选用了美国INTOUCH组态软件及德国施耐德等国际大公司的相关软、硬件产品。这些公司拥有当今世界上最先进的技术，在国内也有完善的技术支持和服务体系。目前在国内水利水电自动化方面具有很多成功应用实列。可靠性:现场运行环境对设备的要求很高，通常国产设备很难做到这一点。为了达到系统长期、稳定、可靠运行的目的，每个设备、每一个元件都应该具有高可靠性。进口设备在设计理念、所选材料、生产工艺、检验标准、认证体系等方面均有明显得优势，实际应用也充分证明了这一点。 继承性：对于改造项目，要充分考虑到原系统的设备选型，使用户最快地熟悉新系统。5.4 控制系统性能指标5.4.1 实时性主控级及现地控制单元的响应能力满足数据采集、人机通信、控制功能和系统通信的时间要求： 人机通信响应时间： 调用新画面的响应时间：从运行人员发出一个新的图象调用命令开始到100%画面显示在显示器上为止的响应时间不超过3s。 在已显示画面上动态数据更新周期从数据库刷新后算起为46s。 报警或事件发生到CRT屏幕显示和发出的音响时间5s。 操作员命令发出到现地单元接收命令回答响应的时间6s。 数据采集响应的时间：控制中心数据采集时间包括现地PLC数据采集时间和相应数据再采入控制中心数据库时间，后者应为46s。 控制命令响应时间： 控制命令回答响应时间 1s。 接受执行命令到执行控制的响应时间 =10 分钟；150 时=2 分钟；11 ）内置自动或手动旁路维修方式；12 ) RJ45 网口用于UPS 配置管理，支持电源管理软件全面管理电源及相关环境；13 ）噪声： 55DB ; 14 ）运行环境；0 一40 摄氏度，湿度o 一95 % ，无冷凝水；15 ）塔式安装方式，支持热更换电池；16 ）平均故障间隔时间（MTBF ）1 00000 小时；17 ）额定容量：15KVA/60 分钟；6.2.5 计算机控制系统软件 上位计算机操作站监控软件，应当运行在Windows NT / 2000 及以上工作平台，通过策略和画面组态在上位机上实现对工业控制系统的监测与控制，具有动态画面、报警、趋势、报表输出、历史数据存储等功能，能体现良好的通用性，灵活性，标准性，软件应已经介入中文操作模式，能够组态中文显示画面。软件应基于Micosoft Windows 操作系统，可以支持的操作系统平台为：Microsoft Windows Server 2003 Microsoft Windows XP 系统应采用图形用户界面（GUI ）为操作人员和系统开发人员提供监控环境，在这个环境中应可以实现现场动态模拟数据采集、数据处理、状态监视、远程控制、报警、趋势、数据登录和生成报表等基本功能。INTOUCH是基于32位，事件驱动，多任务，多线程的技术基础上开发的工控软件,包括完善的图库，可十分便捷的进行图形用户界面(GUI)的高效设计。在图库中选出阀，泵，电机以及其它工业标准用部件或自行设计的图素，拖曳置所需的图面中即可完成图形设计。INTOUCH软件是由美国WONDERWARE公司开发的实时监控软件，具有开放性好，兼容性优越，设备驱动齐全，功能完善强大等诸多优点,可通过互联网或工厂内部局域网发布工厂时实时信息，为工厂内部不同部门，不同级别的用户提供最好的显示和相互作用方式。系统数据的采集及数据处理功能，是上位机SCADA系统的突出特点。计算机技术的飞速发展为着一功能的开发应用提供了良好的技术基础，使得实时数据的再现和历史数据的存储都变的轻而易举，并且信息的存储和处理量都远远大于没有上位机的系统。系统中的各种参数经过信号采集模块并经转换为标准信号后进入自控系统，然后再在计算机上再现和记录。上位机的报表制作和打印功能可以省去操作人员大量的抄表工作和由此出现的差错。上位机的实时报警功能能及时有效的协助操作人员判断和处理系统中出现的故障，并能作出相应的处理，保护设备，防止设备损坏，而历史报警记录可以帮助工程师和相关人员分析事故原因，排除事故隐患。INTOUCH是高度集成的、基于组件的人机界面监控软件，用于监视和控制自动化设备和生产过程。INTOUCH通过使用领先的开放式技术扩展了您的视野，这些开放式技术提供了史无前例的与软件产品、Microsoft产品、以及第三方应用程序的互连性。 在您的图形显示中直接嵌入可以重复使用的、可以定制的ActiveX控件，拓展了您的INTOUCH工程。 开发了一个对象模型,使用户和其他软件产品可以访问INTOUCH的各个功能。 支持OPC标准作为服务器和客户端，以便与许多硬件设备进行快速的、可靠的通讯。与Microsoft产品共享数据INTOUCH采用了开放式设计，这使得它与Microsoft产品共享信息变得非常容易。INTOUCH的标签组态、报警组态、和数据记录都完全兼容ODBC。可以使用通用的数据库工具，例如Microsoft Access，对复杂的标签数据库进行管理并生成报表。可以将数据直接记录到Microsoft SQL Server、Oracle、或者SyBase等ODBC数据源中，然后在一个趋势图中生动地浏览数据。OPC使您的硬件投资回报最大化INTOUCH支持用于过程控制的OLE（OPC）。OPC是一种专门为工业自动化应用系统设计的稳定通讯协议。使用OPC，您可以将INTOUCH连接到任何带有OPC 1.0a兼容的服务器或者驱动程序的通讯设备上。像DDE一样，OPC允许INTOUCH和许多不同的设备及网络进行通讯。但是与DDE不同的是，OPC被专门设计成用于过程控制，这样消除了DDE内在的许多限制。INTOUCH可以作为一个本地的OPC客户端和OPC服务器，并且INTOUCH支持扫描OPC服务器地址。作为一个OPC服务器，INTOUCH可以为其他的应用程序提供数据。使用OPC，您可以创建一个包含所有设备的HMI应用系统，不仅仅是Allen-Bradley设备。OPC驱动程序支持的设备和网络列表很长而且正在逐渐增多。最新信息请参阅OPC Foundation（OPC基金会）网站：不需要额外购买，还提供了下面的软件插件，这些插件您可以独立安装： SPC：提供了一个集成的统计学过程控制解决方案，它可以进行实时的SPC分析。RSView32 SPC为分析和控制生产过程的多样性提供了统计学的解决方法。控制生产过程是生产出合格的产品的关键所在。 TrendX：监视实时的以及历史的生产数据，并且在它收集数据的同时提供一个长条状的图表记录显示。INTOUCH Trend提供了广泛的、灵活的运行控制。可以添加多达100支笔，既可单独显示一支笔，也可重叠显示多支笔，每支笔有不同的画笔配置，单独对应每一个变量。通