城市给排水泵站集中远程控制与管理模式

摘要：在给排水系统水泵启动时，为避免引起严重的水泵汽蚀，需要将水泵液腔内充满水。设计时一般要求水要淹没至水泵的顶端，使水泵完全充水，这样才能启动水泵。而在实际工程中，水泵在最低运行水位启动时往往达不到自灌式冲水启动的要求，因此需要采用各种有效措施以满足该要求。本文主要探讨城市给排水泵站集中远程控制与管理模式。

　　关键词：城市；给排水泵站；集中远程控制；管理

　　给排水污水泵站是污水处理厂的配套建设项目，分布在城市的各个范围内，主要用于去除重力流带来的大量废弃物，同时提升水位向邻近污水处理厂送水。但是，随着自动控制的迅速发展，时代的日益进步，传统管理模式下的泵站管理其传送速度慢、效率低，成本高等问题日益突出，传统模式管理方式越来越已经不适应城市发展的要求。因此，建立起城市泵站远程控制系统对泵站提高管理质量和运行效率，具有现实意义。

　　一、水环泵的工作原理

　　水环式真空泵是一种抽真空泵，最初是用作自吸水泵，而后逐渐在给水、排水、工业等许多行业得到广泛应用。水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气，因此属于变容式真空泵。由于真空泵可抽除含水的气体，如真空引水、真空脱气等，而且抽真空可以充分实现水泵启动时的自灌充水，以有效降低水泵发生汽蚀的可能性，因此以水环式为代表的真空泵在给排水泵站系统中的应用日益增多，并得到了广泛推广。

　　叶轮与泵体呈偏心配置，启动时向泵体内注入适量的工作液。当叶轮旋转时，沿泵体内壁形成旋转的液环，液环内表面与叶轮轮毂表面形成月牙形的工作腔，并被叶轮叶片分割成大小不等的十几个空腔。随着转子的旋转，该气腔在泵的吸气区的体积逐渐增大，其内部压力下降，从而将气体吸入泵内；相反，气腔在排气区的体积逐渐减小，其内部压力上升，将气体排出泵外，从而完成吸气、压缩、排气 3 个工作阶段。工作时，有部分工作液会随着气体排出，因此需连续不断地向泵内注入一定量的新鲜工作液体，以保证泵的正常运行。

　　二、功能的设计与开发

　　1.通讯系统的选择

　　在SCADA系统中，无线通信方式主要包括三大类：采用卫星通信?采用普通的无线数传电台?借助移动公网（GSM/GPRS/CDMA）传输?在对这三种通讯方式中，我们发现：（1）采用卫星通信其优点是覆盖范围广，不受地域限制，带宽（通信速率）宽，实时性好，但资源的限制和高昂的运行费用使其不可能广泛应用?（2）普通的无线数传电台，虽然可以建立专用通信网，但却有以下缺点：第一，频率资源必须向当地无线电管理部门申请；第二，城市日益新建的高楼的阻挡经常影响网络通讯；第三，空旷地带其外置天线系统容易遭受雷击?（3）借 助 移 动 公 网（GSM/GPRS/CDMA）传输：申请方便，和无线数据传输电台相比，无须申请频点，无须交纳无线电管理委员会管理费?其次覆盖范围广，无须担心死角?盲区等问题?由于GPRS频点很高，所以抗雷电干扰的性能很好?由移动运营商进行管理?维护，所以无需网络维护成本?在综合对比了以上通讯方式后，我们选择以短消息作为信息传输的GPRS通讯方式?

　　2.现场硬件系统的选择

　　选择西门子PLC S7-224做为现场的采集与控制中心，并选择了相应的模拟量输入模块?开关量输入输出模块及24V信号隔离器，对现场的输入?输出的信号进行隔离，以避免干扰?

　　3.软件系统的开发

　　下位机控制系统的开发：采用西门子S7-200的STEP 7-Micro/WIN编程软件进行逻辑控制程序的编写与开发?主要实现各开关状态的采集与控制，各现场仪表的数据的读取?变换与传输，并在现场PLC中累计?存储当日的各种报表数据?上位机控制系统主要功能包括完成信息的接收?设备的控制?故障报警?安防报警?报表打印等功能?对于上位机监控程序，我们选用Windows操作系统 为 开 发 平 台，使 用 在 工 业 控 制 领 域 流 行 的Visual Basic为应用程序开发工具?上位监控软件所实现的功能包括数据接收?数据处理?远程控制?参数设定，历史数据和实时数据显示?软件报警?历史数据存储?打印等?

　　PLC程序可在编程器上或PC机上进行编写，编程方式有指令码编程和梯形图编程。此处选用在PC机上用梯形图进行编程的方式。配置PLC硬件时，选取相应机架、CPU、电源模块、开人/开出模块、模入/模出模块等。完成PLC硬件配置后，各机架和模块都有了自己的位置编号，机架从左到右分别为0、1、2…8。编号的目的是为了辨别各模件的地

在北方气候条件下，铺设排水网可帮助减轻冻胀的影响。如果冰冻深度很深，可把三维复合排水网铺设在底基中较浅的位置，作为毛细作用阻塞。另外经常还需要用不易冻胀的粒状底基层替换，向下延展到冰冻深度。易冻胀的回填土可直接填在排水网上面，直到地基地面线。在这种情况下，该系统可连接到排水出口，使地下水位在相当于或低于这个深度。这样就可以潜在地限制冰晶体的发展，在寒冷地区春季冰融时，不用对交通荷载进行限制。

　　三、泵站现场控制

　　从逻辑结构来看，泵站现场控制主要PLC控制器、执行器、控制器及传感器组成。执行器主要由阀门、变频器等构成，控制器主要可以用来控制液位及水泵的开停等。现场泵站监控电脑工控机通过RS232串口与PLC通信；流量计与PLC的A/D转换口相连，通过A/D转换获得流量数据；控制信号在工控机中转换为符合IP协议网络数据包，而现场视频信号在硬盘录像机也转换为符合IP协议网络数据包然后再通过路由器上传中央控制层。泵站控制系统的主要任务是根据控制中心的命令，控制水泵向净水厂提供水源，同时对泵站的供电、水泵运行状况等信息进行实时采集和处理，并以短信息形式定时或实时向中心发送信息，实现泵站无人职守。

　　1.SMS 工作原理 短信息服务（SMS）是目前应用广泛的无线通信方案之一，它利用信令信道传输，直接把要发的信息加上目的地址发送到短信息服务中心，由服务中心再发给最终的信宿，具有实现简单、通信成本低、频谱利用率高、保密性好等特点，应用广泛。

　　对短信息的控制有三种方式：Block Mode、基于 AT 指令的PDU Mode 和基于 AT 指令的 Text Mode。使用 Block Mode需要厂家提供驱动支持，目前 PDU Mode 已经取代了它。Text Mode 只能发普通的 ASCII 字符，PDU Mode 可以发送包括声音、图片和其他编码的字符（如中文）。对于只是传输少量的英文字符和数字，应用Text Mode 就可以了，结合泵站的具体情况，系统采用此模式，通过 AT 指令完成信息的设置、读取和发送等。

　　2.自由口模式与通信协议 在 S7-200 PLC 中，自由口模式允许应用程序控制其通信端口，在此模式下使用自定义的通信协议实现与多种智能设备（如变频器，调制解调器，条码阅读器等）的通信。要使能自由口模式，需要使用特殊存储器字节SMB30（端口 0）和 SMB130（端口 1），并结合相应的控制字。真空泵系统的工作过程如下：气体由管路经阀门进入真空泵，然后经导气管排入气水分离器中，经气水分离器排气管排出。当真空泵工作时，真空泵排出的气水混合物在气水分离器中分离后，气体经阀门输送到需要压缩的气体系统，而水则留在气水分离器中，气水分离器的水位通过自动溢水开关进行调整，当水位高于所要求水位时，溢水开关打开；当水位低于要求水位时，溢水开关关闭，气水分离器中水位上升，达到所要求的水位后停机，完成真空引水过程。这样气水分离器内的真空度始终保持在一定范围，使每台水泵经常处于充水状态，随时可以启动其中的任何一台水泵。

　　结论

　　基于 GSM 网络的远程泵站监控系统，拓宽了控制系统的视野与作用范围，为实现企业的管理控制一体化、实现远程监视和操作提供了基础条件。另外，相关人员还可以通过手机随时随地监控泵站相关设备运行，提高了泵站的运行维护水平，具有良好的经济效益和社会效益，在泵站监控系统中有着较好的应用前景。从实际运行结果看，该系统工作可靠，为企业节省了人力和物力。

　　参考文献：

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