刘振方,刘文贵,张铁壁

(1.河北工程技术高等专科学校 电气自动化系,河北 沧州 061001;2.河北工程技术高等专科学校 电力工程系,河北 沧州 061001)

沧州市排水泵站作为市政工程的主要设施,担负着全市排水防涝的重要任务。目前有些排水泵站的控制和管理水平还比较落后。在运行控制上,自动化监控程度低,仍采用常规的控制手段和策略;在管理水平上,仍采用有人值班的管理方式,记录和统计都是手工操作,控制和管理没有形成区域化的网络。随着城市建设的飞速发展,亟需对现有泵站控制和管理工作进行改造和完善,向科学化、网络化、自动化泵站监控管理的方向发展,以达到减员增效、提高管理水平、优化调度的目的[1]。本文是以沧州市排水泵站为实施对象,利用北京亚控科技发展有限公司的组态王6.53作为后台监控软件的开发平台,实现了对沧州市多个城市排水泵站的自动化监控系统的改造,实现了无人值班和安全可靠运行,大大节约了人力、物力,提高了工作效率。

1 系统功能及网络结构

泵站监控系统主要由现地单元监控层、中心监控层以及 GPRS通信网络组成。现地单元监控层采用西门子CPU 226 PLC模块,主要实现现地数据的采集和接收中心监控层的指令,完成相应的控制功能[2]。中心监控层主要选用研华工控机作为上位机操作站,并且安装组态王 6.53监控组态软件,实现对排水泵运行参数、运行状态、集水池液位等的远程无线测量,对水泵的远程自动、手动启停控制,同时具有显示记录故障报警信息、水泵启停记录报表查询、液位实时趋势曲线、液位历史趋势曲线查询、操作权限管理、WEB浏览等功能[3]。中心监控层上位机与现地 PLC之间利用 GPRS MODEM和GPRS DTU通过 GPRS无线网络实现数据通讯[4]。系统的硬件结构如图1所示。

图1 泵站自动化网络系统结构图

2 系统监控软件设计

HMI(人机界面)系统是值班人员进行操作与监控的主要平台,应该具有运行可靠、稳定、界面友好、信息显示直观清楚等特点。根据排水泵站系统的功能和需要,其 HMI系统主要由以下几部分构成:监控主界面、泵站监控界面、启停记录、班报表、历史趋势曲线界面、历史报警纪录界面等。其中,监控主界面显示了系统的主要功能和系统中很多的重要信息,是系统的核心监控界面[5]。系统监控主界面如图 2所示。

图2 系统监控主界面

2.1 主界面设计[6]

充分利用组态王提供丰富的绘图工具以及图库模型,加上程序设计的配合,可以使监控界面很好的模拟现场实际,同时把需要监控的模拟量和开关量显示在界面上。主界面(如图2所示)中主要包含泵站中水泵工作运行状态参数部分、水泵手动 /自动切换控制及运行统计、水泵实时液位模拟显示与水泵启动界限值、防盗监控报警地图指示和功能切换选择区菜单。

2.2 报警设计

对于需要在界面上显示的有关水泵运行状况的报警量,在组态王数据词典里都需要预先进行定义。对于液位值等模拟量,当现场中某些量的值超过了所规定的界限时,监控系统自动产生相应警告信息,表明该量的值已经越限。对于开关量,可以根据开关的状态设置报警,或者根据开关的不同转换动作设置报警。利用系统中的报警功能不但可以实时显示报警信息,记录历史报警,还可以利用报警配置中的列属性和条件属性的配置来记录登录事件,从而可以根据记录信息知道哪个员工于何时登陆,进行了哪些操作,何时退出。

2.3 报表设计

根据工程需求将泵站中公用部分和各个水泵机组进行分类从而分开显示,方便查看。启停记录和班报表利用组态王中的报表功能可以实时的在监控画面上反应各个数据量的变化情况。只需预先将要显示的泵站数据量按统一的时间间隔分类,设置报表的行列数,在每行需要显示的位置做动画连接即可。

2.4 趋势曲线设计

监控系统中采用了两种趋势曲线:实时趋势曲线和历史趋势曲线,以此来反应泵站排水池中水位随时间的变化情况。画面开发系统程序运行时,实时趋势曲线可以自动卷动,实时地反应变量随时间的变化。历史趋势曲线能够实现历史数据的曲线浏览功能。画面开发系统程序运行时,历史趋势曲线是将历史存盘数据从数据库中读出,以时间为横坐标,水池液位值为纵坐标进行曲线绘制。历史趋势曲线构件能够根据需要画出相应历史数据的趋势效果图,并且能够实现事后查看数据和状态变化趋势和总结规律。

2.5 用户管理

为防止其它非工作人员对工程进行修改,以及供不同类型的用户共同使用该监控系统,需要对工程进行加密及操作权限的划分,保障系统的安全运行。按照工程需求建立管理员、值班长和值班员三级用户:管理员拥有进入开发系统、运行系统操作工程监控软件程序的全部权限;值班长具有配置用户、修改用户密码、删除用户和运行系统中操作水泵启停等工作权限;值班员具有查看排水泵站水池水位值及浏览泵站安防情况等权限。

2.6 WEB发布

在泵站监控中心中利用组态王的WEB发布功能可以实现画面发布和数据发布。经过W EB发布操作后,IE客户端在任何地方可以获得与组态王运行系统相同的监控画面,IE客户端和WEB发布服务器保持高效的数据同步,通过网络客户能够在任何地方获得与在WEB服务器上一样的画面和数据显示、报表显示、报警显示、趋势曲线显示等,以及方便快捷的控制功能,实现了对排水泵站的远程高效管理和监控工作。

3 结束语

将开发的该套监控系统应用于排水泵站工程中,可以对整个城市的泵站整体和局部的情况进行监视,实现对泵站的集中控制,大大节省了时间,提高了工作效率。通过画面切换就可监视到现场的泵站水泵实时运转情况和泵站的水位信息,也可根据需要查询不同时间的各个泵站液位数据和水泵工作状况数据记录,甚至发生事故时可以即时将事故前的记录和事故后的记录取出分析。监控中心的实时画面和数据WEB远程发布的开发是在传统功能上的一个突破。

[1]顾 遥,何 星,张卫东.城市无人值守泵站的远程监控 [J].中国给水排水,2004(20):84-86.

[2]张学军,刘海波,回文静.组态技术在 PLC实验中的应用 [J].河北工程技术高等专科学校学报 ,2010(4):36-38.

[3]武祥飞,刘力金,孙凌.浅议聊城万丰渠泵站自动化改造 [J].水利科技,2007(3):28-29.

[4]郭春春,贺贵明.组态王在泵站监控系统中的应用 [J].水电自动化与大坝监测,2006,30(3):82-84.

[5]刘文贵,刘振方.工业控制组态软件应用技术 [M].北京:北京理工大学出版社,2011:63-129.

[6]北京亚控科技发展有限公司.组态王 6.53使用手册[Z].北京:北京亚控科技发展有限公司,2007.