基于物联网平台的新型智能泵站(群)综合自动化装置及系统

基于物联网平台的新型智能泵站（群）综合自动化装置及系统1.泵站自动化监控系统的发展趋势泵站自动化监控系统的趋势是向全分散、全开放、全数字、可互操作的系统发展，并与计算机技术、网络技术和通讯新技术紧密联结。具体表现在以下几个方面（1）系统结构将由分层分布式向部分分散式或者完全分散式发展。从普遍采用的“4+4”的拓扑结构（四层网络，四层设备）向“3+3”（三层网络，三层设备）拓扑结构发展。具体地说：四层网络是指现场控制网络、泵站级监控网络、局域网络、远程监控网络；四层设备是指现场智能检测装置、现场控制设备、泵站级监控层管理设备、远程监控层管理设备；所谓三层结构就是指现场所有的检测传感器和控制装置完全数字化，直接构成第一层泵站级监测层的数字化总线网络层和控制命令网络层，第二层实现以对泵组一对一的测控和管理，完成现地分布泵组和公共设施监控网络层，第三层则是通过交换机与第三层局域网接口，构成基于物联网平台的远程监控层网络，使得在互联网或者局域网上实现对泵站的远程监控和管理，同理，三层网络结构对应的设备，构成三层设备体系。（2）采用现场总线型通信方式替代传统串口通信将成为一种趋势。现场总线是指现场仪表和数字控制系统输入输出之间的全数字化、双向、多站的通讯系统。通过应用开放系统的标准模型和通讯协议，可以实现上级单位对泵站设备进行远程监控、远程调试、远程功能组态和远程故障诊断。（3）自动化监控软件采用适当的控制算法，根据泵站的实时数据，包括电能消耗管理数据，对相关设备进行整定和闭环调节，使泵站的运行处于最优状况，节约能源，提高泵站的经济效益。（4）泵站在运行过程中出现故障时，监控系统的第二层根据第一层数字化监测和控制系统的信息和反馈，直接参与命令的执行，故障的辨识、处理和故障码的上报，使得后台三层软件应能够自动调用已存储的故障模式进行比对判断，并给出故障处理建议，以便管理人员能够及时排除故障。2.新型泵站综合自动化系统的特点新型泵站综合自动化系统采用了先进的“三层网络，三层设备”结构，在泵站电机层的车间，针对每台泵组，一对一建设了机组测控屏，采用数据采集处理终端RTU（ST-RTU-M）为测控核心，每台泵组的RTU实现本台机组的全部测控任务，所有的电缆仅需从泵组设备铺设到测控屏，全站建设了一台公共设施测控屏，完成冷却水、真空阀、上下游水位、闸门等监测任务，测控屏之间相互独立运行，同时通过现地网络层互相联系何通讯，并通过网络交换机与上一层局域网服务器实现交互。整个系统，拓扑清晰，体现了如下特点：（1）、大大减少的布线的数量，使得每台泵所涉及的测量、保护、控制、通讯电缆以最短的距离进入现场一对一布置的分布式智能RTU，不仅减少了工作量和电缆投资，更主要的是减少了干扰，清晰了电缆路线，极大便利了维护和检修。（2）、现地网络平台的采用，使得从泵组车间到监控中心的电缆数量大为减少，做到了拓扑结构清晰，电缆数量最优，网络化、数字化的优点得到了充分的体现。（3）、实现了，了解一台机，通晓全泵站的高效技术认知目标，便于维护和技术人员的培训。（4）、泵组的参数测量、保护在现地层直接完成，极大提高了系统运行的可靠性何稳定性，对于上层发布的运行命令也具有辨识条件分析能力，确保自身运行体系的可执行性。（5）、服务器运行的软件“ST－SPC泵站综合自动化软件”结合了SQLServer数据库体系和实时动态、在线的原则，高效收集全部机械、温度、电气运行参数，使得系统达到了透明、智能和兼顾物联网平台的特点，具备了站内所有的关联计算机网络信息共享和进一步省市级同步在线泵站群的远程监测和优化调度，报表汇总等物联网功能。3、数据采集处理终端ST-RTU-M数据采集处理终端机是一款符合中国水文行业SL/T180-1996标准的水文自动测报系统设备——工业采集控制终端机。其采用现代科技对多种工业控制对象进行实时采集、数据传输和控制处理，可以有效地实现工业过程的自动化控制及工业资源的合理利用。它综合了水文、电力、电子、通信、传感器和计算机等多学科的有关最新成果，用于工业测量和分析计算，提高了工业控制速度和工业测量精度，改变了以往仅靠人工测量工业数据的落后状况，扩大了工业测量及控制的范围，对泵站现地测控能发挥重大作用。ST-RTU-M数据采集处理终端机采用分布式设计概念，通过一个智能型总线通信控制模块，可搭配不同数量的数据采集模块及控制模块，搭建成不同用途，用以扩展不同接口的传感器，主要的数据采集模块分模块有：PT100温度采集模块，传感器采集模块等。所有的模块插在同一块母板上，所有的数据经过通信模块汇总，由监控中心服务器来调度采集，同时数据也现地显示在液晶屏上。电源部分采用3000伏隔离供电模式，符合EMC认证，具有抗雷击和过电压保护能力。本RTU系统采用模块化，如下图。主要有总线通信处理模块、PT100温度采集模块、传感器数据采集模块、输入输出控制模块、隔离电源模块构成。在不同的监测场合，可根据现场实际情况的不同，增加其他功能模块进入现场监控站。在此系统中，总线通信控制模块与监控室服务器连接，进行与监控中心的指令、数据交换，其余模块在总线通信控制模块的调配下，独立完成自身的功能，共同构建RTU系统的功能。各个模块之间通过具有硬件纠错功能CAN总线连接，从而实现整个RTU系统的全部功能。总线通信控制模块PT100温度采集模块传感器数据采集模块隔离电源模块隔离及过压保护模块现场测控站模块化设计输入输出控制模块RTU硬件结构图（1）总线通信控制模块总线通信控制模块采用双RS485总线的通信拓扑结构，一路与监控中心服务器相连，负责接收、转发服务器的指令，并上报水泵运行状态；另一路与现地显示模块连接，实时显示水泵工作时的各个参数、状态。同时总线通信控制模块还负责其余模块的调度，通过CAN总线与其余模块连接，调度其余模块的采集、输入、输出等所有功能，是整个系统的核心模块。总线通信控制模块的两路RS485总线，均采用隔离通信模式，具有较强的防感应雷击及抗电磁干扰能力。（2）PT100温度采集模块PT100温度采集模块，采用高精度PT100铂电阻采集芯片，采用三线制接法，从硬件上彻底屏蔽了导线电阻造成的误差。模块内置采集12路PT100电阻温度传感器接口，并可配置需要使用的通道数量。上电工作后，PT100温度采集模块就按照设定的采集频率，循环采集各路PT100铂电阻的温度，并进行判断和分析，根据设定的报警阀值，将报警指令发送至输入输出控制模块及通信总线控制模块。非报警状态下，响应通信总线控制模块的调度，上报各路PT100温度数据。由于PT100采集部分无法与PT100铂电阻隔离，所以采用整个模块隔离的方式，将其电气和CAN通信两部分都与RTU系统隔离，总大限度的保证系统与外接的隔离从而提高整个系统的可靠性。（3）传感器数据采集模块传感器数据采集模块除了具有模块内部通信的CAN总线，还有一条连接数字传感器的隔离RS485总线，能够连接不少于8路的RS485数字传感器，可连接我公司的雨量、水位、水质、压力等多种水文仪器。传感器数据采集模块还具有8路开关量输入接口，用以检测阀门、示流器等各种状态量。上电工作后，传感器数据采集模块根据设定的各传感器、开关量采集频率，实时监控各传感器数据和各开关量状态，对每一个参数进行过限报警，将报警控制指令发送至输入输出控制模块及通信总线控制模块。非报警状态下，响应通信总线控制模块的调度，上报各路传感器数据及开关量状态。（4）输入输出控制模块输入输出控制模块同样连接在模块内部的CAN总线上，它具有6路继电器隔离开关量输出，用于控制水泵的启动、关闭，报警设施等设备。同时具有7路开关量输入接口，用于对状态量的采集。输入输出控制模块，开关量的输出可根据监控中心的远程指令，也可根据某一开关量状态的变化或者对任意传感器数据的过限动作，程序能够灵活配置，满足不同场合的各种工业控制流程。（5）输入输出隔离及过压保护模块输入输出隔离及过压保护模块，将系统的输入和输出与外界通过高速光耦进行隔离，同时在通信及PT100铂电阻线路上面增加压敏电阻、TVS和放电管进行过压的多重保护，最大限度的保护系统的可靠性。（6）隔离电源模块隔离电源模块，采用全球通用电压85-264VAC，50/60Hz；具备稳压输入、低纹波、低噪声；效率高达80%；具有输出短路、过流、过压保护；通过IEC61000、UL60905、EN60601和IEC60950标准的EMC及安规认证；安全等级CLASSⅡ。隔离电源模块除了为系统提供稳定的电源外，还通过端子外接，可以为一些常用的低功耗设备提供电源，应用方便灵活。