摘要：在給排水系統(tǒng)水泵啟動(dòng)時(shí)，為避免引起嚴(yán)重的水泵汽蝕，需要將水泵液腔內(nèi)充滿水。設(shè)計(jì)時(shí)一般要求水要淹沒至水泵的頂端，使水泵完全充水，這樣才能啟動(dòng)水泵。而在實(shí)際工程中，水泵在最低運(yùn)行水位啟動(dòng)時(shí)往往達(dá)不到自灌式?jīng)_水啟動(dòng)的要求，因此需要采用各種有效措施以滿足該要求。本文主要探討城市給排水泵站集中遠(yuǎn)程控制與管理模式。

　　關(guān)鍵詞：城市；給排水泵站；集中遠(yuǎn)程控制；管理

　　給排水污水泵站是污水處理廠的配套建設(shè)項(xiàng)目，分布在城市的各個(gè)范圍內(nèi)，主要用于去除重力流帶來的大量廢棄物，同時(shí)提升水位向鄰近污水處理廠送水。但是，隨著自動(dòng)控制的迅速發(fā)展，時(shí)代的日益進(jìn)步，傳統(tǒng)管理模式下的泵站管理其傳送速度慢、效率低，成本高等問題日益突出，傳統(tǒng)模式管理方式越來越已經(jīng)不適應(yīng)城市發(fā)展的要求。因此，建立起城市泵站遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)對(duì)泵站提高管理質(zhì)量和運(yùn)行效率，具有現(xiàn)實(shí)意義。

　　一、水環(huán)泵的工作原理

　　水環(huán)式真空泵是一種抽真空泵，最初是用作自吸水泵，而后逐漸在給水、排水、工業(yè)等許多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。水環(huán)泵是靠泵腔容積的變化來實(shí)現(xiàn)吸氣、壓縮和排氣，因此屬于變?nèi)菔秸婵毡?。由于真空泵可抽除含水的氣體，如真空引水、真空脫氣等，而且抽真空可以充分實(shí)現(xiàn)水泵啟動(dòng)時(shí)的自灌充水，以有效降低水泵發(fā)生汽蝕的可能性，因此以水環(huán)式為代表的真空泵在給排水泵站系統(tǒng)中的應(yīng)用日益增多，并得到了廣泛推廣。

　　葉輪與泵體呈偏心配置，啟動(dòng)時(shí)向泵體內(nèi)注入適量的工作液。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，沿泵體內(nèi)壁形成旋轉(zhuǎn)的液環(huán)，液環(huán)內(nèi)表面與葉輪輪轂表面形成月牙形的工作腔，并被葉輪葉片分割成大小不等的十幾個(gè)空腔。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，該氣腔在泵的吸氣區(qū)的體積逐漸增大，其內(nèi)部壓力下降，從而將氣體吸入泵內(nèi)；相反，氣腔在排氣區(qū)的體積逐漸減小，其內(nèi)部壓力上升，將氣體排出泵外，從而完成吸氣、壓縮、排氣 3 個(gè)工作階段。工作時(shí)，有部分工作液會(huì)隨著氣體排出，因此需連續(xù)不斷地向泵內(nèi)注入一定量的新鮮工作液體，以保證泵的正常運(yùn)行。

　　二、功能的設(shè)計(jì)與開發(fā)

　　1.通訊系統(tǒng)的選擇

　　在SCADA系統(tǒng)中，無線通信方式主要包括三大類：采用衛(wèi)星通信?采用普通的無線數(shù)傳電臺(tái)?借助移動(dòng)公網(wǎng)（GSM/GPRS/CDMA）傳輸?在對(duì)這三種通訊方式中，我們發(fā)現(xiàn)：（1）采用衛(wèi)星通信其優(yōu)點(diǎn)是覆蓋范圍廣，不受地域限制，帶寬（通信速率）寬，實(shí)時(shí)性好，但資源的限制和高昂的運(yùn)行費(fèi)用使其不可能廣泛應(yīng)用?（2）普通的無線數(shù)傳電臺(tái)，雖然可以建立專用通信網(wǎng)，但卻有以下缺點(diǎn)：第一，頻率資源必須向當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理部門申請(qǐng)；第二，城市日益新建的高樓的阻擋經(jīng)常影響網(wǎng)絡(luò)通訊；第三，空曠地帶其外置天線系統(tǒng)容易遭受雷擊?（3）借 助 移 動(dòng) 公 網(wǎng)（GSM/GPRS/CDMA）傳輸：申請(qǐng)方便，和無線數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)相比，無須申請(qǐng)頻點(diǎn)，無須交納無線電管理委員會(huì)管理費(fèi)?其次覆蓋范圍廣，無須擔(dān)心死角?盲區(qū)等問題?由于GPRS頻點(diǎn)很高，所以抗雷電干擾的性能很好?由移動(dòng)運(yùn)營商進(jìn)行管理?維護(hù)，所以無需網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本?在綜合對(duì)比了以上通訊方式后，我們選擇以短消息作為信息傳輸?shù)腉PRS通訊方式?

　　2.現(xiàn)場(chǎng)硬件系統(tǒng)的選擇

　　選擇西門子PLC S7-224做為現(xiàn)場(chǎng)的采集與控制中心，并選擇了相應(yīng)的模擬量輸入模塊?開關(guān)量輸入輸出模塊及24V信號(hào)隔離器，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的輸入?輸出的信號(hào)進(jìn)行隔離，以避免干擾?

　　3.軟件系統(tǒng)的開發(fā)

　　下位機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)：采用西門子S7-200的STEP 7-Micro/WIN編程軟件進(jìn)行邏輯控制程序的編寫與開發(fā)?主要實(shí)現(xiàn)各開關(guān)狀態(tài)的采集與控制，各現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)的讀取?變換與傳輸，并在現(xiàn)場(chǎng)PLC中累計(jì)?存儲(chǔ)當(dāng)日的各種報(bào)表數(shù)據(jù)?上位機(jī)控制系統(tǒng)主要功能包括完成信息的接收?設(shè)備的控制?故障報(bào)警?安防報(bào)警?報(bào)表打印等功能?對(duì)于上位機(jī)監(jiān)控程序，我們選用Windows操作系統(tǒng) 為 開 發(fā) 平 臺(tái)，使 用 在 工 業(yè) 控 制 領(lǐng) 域 流 行 的Visual Basic為應(yīng)用程序開發(fā)工具?上位監(jiān)控軟件所實(shí)現(xiàn)的功能包括數(shù)據(jù)接收?數(shù)據(jù)處理?遠(yuǎn)程控制?參數(shù)設(shè)定，歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示?軟件報(bào)警?歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)?打印等?

　　PLC程序可在編程器上或PC機(jī)上進(jìn)行編寫，編程方式有指令碼編程和梯形圖編程。此處選用在PC機(jī)上用梯形圖進(jìn)行編程的方式。配置PLC硬件時(shí)，選取相應(yīng)機(jī)架、CPU、電源模塊、開人/開出模塊、模入/模出模塊等。完成PLC硬件配置后，各機(jī)架和模塊都有了自己的位置編號(hào)，機(jī)架從左到右分別為0、1、2…8。編號(hào)的目的是為了辨別各模件的地

在北方氣候條件下，鋪設(shè)排水網(wǎng)可幫助減輕凍脹的影響。如果冰凍深度很深，可把三維復(fù)合排水網(wǎng)鋪設(shè)在底基中較淺的位置，作為毛細(xì)作用阻塞。另外經(jīng)常還需要用不易凍脹的粒狀底基層替換，向下延展到冰凍深度。易凍脹的回填土可直接填在排水網(wǎng)上面，直到地基地面線。在這種情況下，該系統(tǒng)可連接到排水出口，使地下水位在相當(dāng)于或低于這個(gè)深度。這樣就可以潛在地限制冰晶體的發(fā)展，在寒冷地區(qū)春季冰融時(shí)，不用對(duì)交通荷載進(jìn)行限制。

址，以方便編程時(shí)對(duì)相應(yīng)的點(diǎn)號(hào)編碼，從而便于識(shí)別。

　　三、泵站現(xiàn)場(chǎng)控制

　　從邏輯結(jié)構(gòu)來看，泵站現(xiàn)場(chǎng)控制主要PLC控制器、執(zhí)行器、控制器及傳感器組成。執(zhí)行器主要由閥門、變頻器等構(gòu)成，控制器主要可以用來控制液位及水泵的開停等?，F(xiàn)場(chǎng)泵站監(jiān)控電腦工控機(jī)通過RS232串口與PLC通信；流量計(jì)與PLC的A/D轉(zhuǎn)換口相連，通過A/D轉(zhuǎn)換獲得流量數(shù)據(jù)；控制信號(hào)在工控機(jī)中轉(zhuǎn)換為符合IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，而現(xiàn)場(chǎng)視頻信號(hào)在硬盤錄像機(jī)也轉(zhuǎn)換為符合IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包然后再通過路由器上傳中央控制層。泵站控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是根據(jù)控制中心的命令，控制水泵向凈水廠提供水源，同時(shí)對(duì)泵站的供電、水泵運(yùn)行狀況等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理，并以短信息形式定時(shí)或?qū)崟r(shí)向中心發(fā)送信息，實(shí)現(xiàn)泵站無人職守。

　　1.SMS 工作原理 短信息服務(wù)（SMS）是目前應(yīng)用廣泛的無線通信方案之一，它利用信令信道傳輸，直接把要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到短信息服務(wù)中心，由服務(wù)中心再發(fā)給最終的信宿，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、通信成本低、頻譜利用率高、保密性好等特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。

　　對(duì)短信息的控制有三種方式：Block Mode、基于 AT 指令的PDU Mode 和基于 AT 指令的 Text Mode。使用 Block Mode需要廠家提供驅(qū)動(dòng)支持，目前 PDU Mode 已經(jīng)取代了它。Text Mode 只能發(fā)普通的 ASCII 字符，PDU Mode 可以發(fā)送包括聲音、圖片和其他編碼的字符（如中文）。對(duì)于只是傳輸少量的英文字符和數(shù)字，應(yīng)用Text Mode 就可以了，結(jié)合泵站的具體情況，系統(tǒng)采用此模式，通過 AT 指令完成信息的設(shè)置、讀取和發(fā)送等。

　　2.自由口模式與通信協(xié)議 在 S7-200 PLC 中，自由口模式允許應(yīng)用程序控制其通信端口，在此模式下使用自定義的通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)與多種智能設(shè)備（如變頻器，調(diào)制解調(diào)器，條碼閱讀器等）的通信。要使能自由口模式，需要使用特殊存儲(chǔ)器字節(jié)SMB30（端口 0）和 SMB130（端口 1），并結(jié)合相應(yīng)的控制字。真空泵系統(tǒng)的工作過程如下：氣體由管路經(jīng)閥門進(jìn)入真空泵，然后經(jīng)導(dǎo)氣管排入氣水分離器中，經(jīng)氣水分離器排氣管排出。當(dāng)真空泵工作時(shí)，真空泵排出的氣水混合物在氣水分離器中分離后，氣體經(jīng)閥門輸送到需要壓縮的氣體系統(tǒng)，而水則留在氣水分離器中，氣水分離器的水位通過自動(dòng)溢水開關(guān)進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)水位高于所要求水位時(shí)，溢水開關(guān)打開；當(dāng)水位低于要求水位時(shí)，溢水開關(guān)關(guān)閉，氣水分離器中水位上升，達(dá)到所要求的水位后停機(jī)，完成真空引水過程。這樣氣水分離器內(nèi)的真空度始終保持在一定范圍，使每臺(tái)水泵經(jīng)常處于充水狀態(tài)，隨時(shí)可以啟動(dòng)其中的任何一臺(tái)水泵。

　　結(jié)論

　　基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程泵站監(jiān)控系統(tǒng)，拓寬了控制系統(tǒng)的視野與作用范圍，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)的管理控制一體化、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和操作提供了基礎(chǔ)條件。另外，相關(guān)人員還可以通過手機(jī)隨時(shí)隨地監(jiān)控泵站相關(guān)設(shè)備運(yùn)行，提高了泵站的運(yùn)行維護(hù)水平，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在泵站監(jiān)控系統(tǒng)中有著較好的應(yīng)用前景。從實(shí)際運(yùn)行結(jié)果看，該系統(tǒng)工作可靠，為企業(yè)節(jié)省了人力和物力。

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