无人值守智能泵站.docx

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无人值守智能泵站

无人值守智能泵站

●开发背景

随着经济的不断发展，水资源的战略地位愈来愈重要，水资源的高效利用和有效管理越来越得到世界各国政府的高度重视。

世界各国先后出台了水资源调度及综合利用、水土保持、按用途优化用水及海水淡化等方针政策，并以此来解决日益严重的水危机问题。

如我国的三峡工程，南水北调工程等等，都体现了水资源的良性运用。

泵站是为水提供势能和压能，解决无自流条件下的排灌、供水和水资源调配问题的唯一动力来源，在防洪、排涝和抗旱减灾，以及工农业用水和城乡居民生活供水等方面发挥着重要作用。

一旦遭到破坏，对经济生产将造成难以估量的损失。

如果后期管理不善将可能直接导致水利设施的功能降低甚至丧失，反而给水利安全管理造成负担。

因此，泵站的经济运行和优化管理就显得尤为重要。

随着水利工程的不断建设，国家对各种水利设施自身以及水利设施的自动化运行和设备设施的安全提出了新的要求。

加之现代通信技术和视频技术的迅速发展，为水利建设的数字化提供了技术上的有力保证。

通过基于多种通信技术的远程视频监控系统和控制，水利管理部门可以实现24小时不间断的实时查看所管理的水利设施、河流、河道的水流和水质情况，以及通过多级管理系统查看和辖区相关的上下游的情况。

因此，实行水利设施安全监控技术改造，实现“无人值守（或少人值守）”是水利行业发展的整体趋势。

●需要解决的问题

水利泵站监控系统要求信息的采集及时而且准确、信息处理操作简单、维护方便，并且要求系统安装方便，运作稳定，维护周期长等。

现有的水利泵站监控主要以下几个问题：

1、水利泵站一般地处偏僻，距离比较远，相互间通信不方便，出现问题后无法及时发现和处理，即使安排固定人员也很难集中监控管理。

另外，有的地区水利监控点分散而且自然环境恶劣，这种情况下安排专人进行管理不仅反应滞后而且也非常危险的。

2、如果沿用传统的安全保卫工作则要对水利设施的安全工作是安排多组专人昼夜轮流值班，这种方式不仅浪费了大量的人力资源而且问题出现后处理周期比较长，对问题也无法追踪和回溯，也就很难快速找到问题根源，也不利于信息化管理。

3、传统的视频监控不仅带宽占用大而且无法完全实现泵站设备安全管理和报警处理，功能单一，难以满足要求安全警戒度高的泵站需求，不便于上级领导的监控监督。

4、如果采用多套独立系统实现对泵站的立体安全防护，维护成本太高，视频监控、周界报警和泵站动力环境监控系统无法统一集中监控和管理。

5、水利设施发生警情时，仅靠就近值班人员电话通知专业技术人员，无法在第一时间获取详细视频和设备的监控信息，进行及时客观的判断和处理，容易延误最佳的处理时间，后果可能无法预料。

6、由于泵站等水利设施分布点多、涉及范围广、交通不便、自然环境条件较差，并且与监控中心的距离较远，所以在传输线路上施工布线非常不方便，使用有线传输方式很难解决。

●问题的解决

针对水利行业监控的现状，石家庄强大机电设备制造有限公司，结合客户实际需求情况，在多年实际应用中不断总结，推出“水利无人值守综合监控系统”，通过合理的架构有效地解决了水利行业的多种难题，很好地满足了水利行业用户的实际需求。

1、安全监控系统中不仅提供前端作业区实时视频浏览，而且可实现门禁及动力环境设备报警时联动灯光打开、警铃以及发送短信或者彩信、控制水坝和水闸内的开关设备等多种操作，同时可将报警信息上传到网络管理中心和网络管理分控，也可以由中心进行远程指导或者操作排除险情，做到事故及时处理。

达到泵站的少人或无人值守。

2、软件平台整体设计上按照多层网络结构进行设计，在前端泵站使用无人值守工作站，采用嵌入式本地监控系统，确保工作稳定的前提下，能够将泵站设备监控、防盗报警监控，周界报警系统、消防报警系统、门禁控制系统、灯光控制系统、语音对讲系统和泵站的动力环境监控进行统一管理。

同时在水利管理中心通过水利无人值守综合管理平台进行统一监控管理，包括警情处理，数据报表分析，远程管理、集中存储等任务。

3、通过前端泵站视频监控，可以实时观测泵站内设备以及涵闸的运行情况，为领导决策提供了直观的图像信息，同时可以改善观测、测量工作人员的工作环境，减少工作人员，做到少人或无人值守，真正体现泵站的现代化管理，智能化操作。

4、通过代理转发服务器软件可以大大降低带宽的占用，另外在前端监控主机上安装IE分控软件后各级领导可以在世界各个地方通过网络使用IE浏览器查看水利设施的运转情况。

5、通过多播语音对讲技术可以使得多个前端和中心进行语音通信，通过语音对讲功能中心技术人员就可以通过视频和对讲对前端人员进行技术指导，大大提高了维护效率，降低维护成本。

6、根据现场泵站实际情况，既可选择有线网络传输，也可采用无线微波传输或者使用卫星通信来解决远距离传输问题。

●系统优势

水利应用的行业特点是被监控的地点如被监控点地域分散，距离监控中心距离遥远。

这种特点使得传统的模拟电视监控系统已经不能适应需求。

同时需要浏览监控图像的水利部门和相关单位、人员比较多。

如何有效地在现有带宽条件下使用户获得流畅的、清晰的监控视频是系统设计成败的关键。

同时简单的数字视频监控系统已不能适应水利部门的实际需求，如何能够将泵站视频监控报警系统与泵站动力环境监测系统、人员出入管理系统和泵站自动化控制系统集成，进行有效的联动，是目前水利行业监控发展的方向。

强大机电公司的“水利无人值守综合监控系统”远程通信全部采用标准的TCP/IP协议，可直接应用在局域网或者广域网上，针对各泵站距离比较远，不易铺设有线线路的情况，也可采用无线扩频技术或者使用卫星通信来解决远距离通信的问题。

强大机电公司的“水利无人值守综合管理平台”软件采用当前比较流行的多级网络架构，使得整个系统结构清晰，易于管理和扩展，同时系统支持代理功能，很好的解决了多人同时浏览视频时的带宽限制。

系统还支持网络分控和IE分控，这样使得整个系统可以不受地域的限制自由连接。

整个系统分为：

前端泵站本地监控系统，网络传输系统和监控中心系统构成。

前端泵站本地监控系统采用强大机电无人值守工作站作为本地核心监控硬件平台。

无人值守工作站是强大机电面向水利行业监控开发的行业硬件产品，采用嵌入式操作系统，可以确保泵站前端监控系统工作的稳定性。

无人值守工作站可以实现泵站设备的视频监控，可连接大量报警设备，例如门磁、红外、烟感、水浸等，一旦出现异常，系统能自动报警，上传报警信息并联动进行数字录像或声光电报警。

无人值守工作站可以将门禁系统无缝接入，加强对泵站进出人员的管理。

通过音视频监控使管理人员能够随时随地看到设备和现场工作人员的工作情况，还可以与前端工作人员对话，加强管理的互动性。

可结合大量专业的环境监测设备，实现及时反映空调系统、温湿度等保障设备的数据。

报警时可以联动完备的录像策略，可以通过手机发送彩信或者短信通知值班人员或相关领导和技术人员。

以上所有功能，均由无人值守工作站硬件设备完成，无需通过监控中心进行操作，确保即使传输网络出现问题，前端泵站的监控系统不会出任何问题，用户还可以通过手机进行远程监控和实时管理，确保系统的安全性。

针对水利行业用户的特殊需求，开发出适合行业用户使用的，稳定、高度集成化的网络监控产品，这是强大机电水利行业解决方案区别于其他厂家基于普通DVR/DVS解决方案的最大特点。

无人值守工作站提供标准TCP/IP接口，将处理过的数据上传至上层管理中心，由监控中心对前端的各个泵站进行统一的集中管理。

同时根据水利行业需要提供相应接口，可以方便的纳入水利指挥调度系统，为水利指挥调度的决策和指挥提供客观和翔实的数据。

水利无人值守监控系统，在监控中心能够将泵站的各被监视点，该系统可对所有前端泵站的重点部位进行24小时视频监控，并可以按照不同的方式对不同的前端设置录像。

如主控制室全貌、设备情况、断路器、隔离刀闸现场实际状态等通过远程无人值守泵站监控系统传输到水利巡检中心和调度所，对重要泵站，局领导及调度人员可通过无人值守泵站监控系统对泵站的环境进行监视；对无人值班泵站可减少巡检人员工作强度，弥补泵站取消运行人员直观性不强的弱点，同时加强对泵站的安全、保卫工作、火警进行监视，以提高泵站运行水平。

强大机电泵站水利无人值守综合监控系统，其关键技术实现了对泵站的“无人值守，少人看管”的全自动化控制管理，为泵站提高安全管理水平，持续降低管理费用支出提供了条件，利用优化调度在线运行，实现了节能、增效，创造了巨大的经济效益。

系统实现联网监控后，可实现数据共享，方便了领导查询，为水利合水力工程设施的运行管理与调度决策提供了方便，保证了调度的实时性，促进了管理水平的提高，为管理工作提供了极大的便捷。

●案例分析

案例一：

某市在50平方公里的区域里不均匀的分布着12个泵站，要求能够全天24小时对每一个泵站进行不间断监控。

主要问题：

1、野外泵站，分散分布，距离监控中心太远，施工布线复杂，很难集中管理；

2、传统的视频监控无法实现，功能单一，难以满足要求；

3、如采用多套系统，维护成本太高，视频监控、周界报警和泵站周边动力环境设备无法统一集中监控；

4、泵站发生警情时，就进值班人员，仅靠中心端人员电话通知，没有办法在第一时间获取详细图像监控信息，无法进行客观判断。

方案设计：

经实地考察，结合实际情况，给出详细解决方案，重点解决如下问题：

（1）前端每一个泵站放置一台网络动环主机作为核心设备。

网络动环主机负责采集前端泵房音视频监控，具备可识别语音对讲，防盗入侵报警、消防报警、门禁（考勤）管理、泵房漏水检测和动力环境监控功能。

最终以TCP/IP网络数据传输。

（2）采用无线微波传输系统，解决布线施工复杂，费用昂贵的问题。

（3）在监控系统上，使用一套软件平台集成视频监控系统、远程报警联网系统、灯光控制系统、泵站动力环境集中监控系统、门禁联网系统等子系统。

（4）系统无缝集成彩信发送模块，将报警抓拍到的图片及时发送给相应管理人员，保证让泵站就进的管理人员迅速处理警情。

系统按照两层网络结构进行设计，在泵站作业区设置本地监控系统，包括泵站设备监控、泵站周边区域监控，周界报警系统、消防报警系统、门禁控制系统、灯光语音控制系统、泵站工作区动力环境监控。

在监控中心总部设置无人值守泵站远程监控系统统一监管，包括警情处理，数据报表分析，远程管理、集中存储等任务。

1、系统总体架构

系统将前端的12个泵站划分为四个数据汇集点（二级中心），每一个数据汇集点包含2~5个泵站，具体划分根据实际情况进行确定。

前端泵站的监控数据先汇集到数据汇集点后，再由数据汇集点传输至监控中心（一级中心），由监控中心进行集中管理和控制。

系统整体架构如图所示

2、前端数据汇集区详图

在泵的关键部位设置动点监控摄像机，将摄像机的视频线接入网络动环主机。

将压力表、流量计等数据全部直接接入网络动环主机，利用网络动环主机进行编码传输。

在系统控制中还可以接入电流电压检测模块、湿度检测模块，这些检测模块都可以共享网络动环主机的数据通道，由网络动环主机统一接入泵站监控系统。

网络动环主机采用嵌入式操作系统，保证系统稳定运行。

高清晰的压缩格式，可以确保监控中心能够看到清晰的图像。

在监控中心里设置综合管理主机，负责实时监控、录像、设备控制、数据采集分析等任务。

同时综合管理主机还将为远程泵站系统总部提供数据转发服务，保证上级指挥机构可以远程实现对本地的管理。

系统功能特点：

1、无线传输系统。

考虑到泵站多分布在交通通讯条件较差的地区，系统设计采用无线微波网络设备作为网络动环主机的网络接入设备。

按照一路视频占用512K~1M的带宽进行设计，可以满足用户实时图像监控、数据传输的要求。

2、高清晰的图像显示。

为客户提供的网络动环主机可以提供高清晰的监控画面，画质达到DVD级，可以清晰的查询泵站里设备情况和泵站周围的环境变化。

3、完善的监控策略机制。

提供完善的实时监控、设备管理、权限管理、录像策略、系统日志管理、报警系统管理、图像管理、人员管理等功能。

4、动力环境监控功能。

无人值守泵房监控系统可以监测泵站动力环境系统运行数据。

一旦超过标准值，可以通过控制接口控制系统保护功能，包括开启远程灯光，开启过流过压保护电路。

同时这些报警数据将会优先传输到上级指挥机构，为上级的做出决策提供依据。

5、可视语音对讲功能。

利用网络动环主机的可视语音对讲功能，通过网络监控平台实现领导和各泵站点工作人员在线语音、文字和视频的交流。

6、CS/BS架构设计。

除满足内部办公网络内部监控管理外，为外网用户提供接口，这样即使在外面出差的领导也可以通过互联网访问整个监控系统，实现任意地点、任意时间自由访问。

7、完备的录像机制。

前端监控系统录像策略包含定时录像、手动录像、报警联动录像、视频移动录像等多种录像模式。

管理员可以在重点区域重点时段启用定时录像功能，可以对泵发生警情时及时有效的处理。

8、彩信发送功能。

系统在有人非法入侵时不仅可以进行联动摄像机进行录像、触发声音和灯光报警，还可以将抓拍的图像和录像文件，通过彩信发送模块，以彩信形式发送至指定人员的手机上，使相关的值班人员收到短信后及时赶往现场处理警情。

彩信的发生类型、内容、次数和发生对象均可以根据用户的要求进行设置。

9、考勤管理功能。

针对无人值守泵站的系统还无缝集成了门禁系统和考勤系统的所有功能。

可以有效控制泵房人员的出入情况和对巡查人员进行考勤记录。

预期效益：

无人值守综合监控系统，其关键技术实现了对大中型泵站的“无人值守、少人看管”的全自动化控制管理，为泵站减员增效提供了条件，利用优化调度在线运行，实现了节能、增效，创造了巨大的效益。

此无人值守泵站远程监控系统投入运行后，有效降低了运行管理人员的劳动强度，每年可节约人工和办公费用20万元。

泵站无人值守综合监控系统以其完善、可靠的监控及保护功能，可有效的避免以前常发生的设备事故，减少了设备事故损失，平均每年减少设备损失50万元。

系统实现联网监控后，可实现数据共享，方便了领导查询，为枢纽的运行管理与调度决策提供了方便，保证了调度的实时性，促进了管理水平的提高。

案例二：

某市雨水、污水泵站无人值守远程监控方案

在国内城市排水系统中，各种各样的泵站是非常普遍的，这些泵站分布面广、功能各异，既有抽送污水和工业废水的泵站，也有防水排渍及满足河流综合利用要求的阶梯泵站。

但多数泵站都存在共同的缺陷——电能损耗大，运行效率低，满足不了变化的状况对排灌系统的要求。

因为泵站各泵之间、泵站与泵站之间缺乏协调性，落后的调度管理使得运行控制不当，水泵运行效率低，维护不便；而现场往往需要多个工作人员24小时管理一个泵站，工作效率低。

有些泵站虽然有先进的控制系统，但是只针对个别泵站的控制。

所以，只有提高泵站的自动化控制和管理水平，降低泵站管理费用，建立远程监控网络，才能高效率节能，可靠地完成泵站的各项功能。

由于泵站与泵站之间，泵站与管理中心之间的距离相当远，建立联系比较困难，采用何种实用有效的通信系统是整个泵站监控系统建立的关键。

一旦泵站发生故障及数据采集都需要借助可靠的通信系统，及时了解并处理，真正实现无人值守，进行现代化管理。

某大型机场共有6座雨水泵站和5个污水泵站，泵站之间距离相当远，有的甚至达几公里。

所有泵站管理必须实现无人值守，统一调度，可靠性高。

由于在机场对通信方式有苛刻的要求，无法采用无线通信，电话线的方式既达到控制要求又节省投资。

此项目整个系统由三层结构组成，上层是监控上位机，中间层是由Modem以及电话线组成的通信链路层，下层为泵站的远程终端RTU（RomoteterminalUnit），直接控制本地泵站的运行。

泵站监控网络配置图

1.远程监控与泵站无人值守

整个系统全部采用泵站无人远程监控系统，包括远程终端RTU及上位机软件。

上位机能为操作人员提供一个良好的人机接口，其中数据交换单元MTC-COM是集线单元，直接通过RS232通信口与Modem相连，通过Modem连接到电话线进行数据通信。

其主要功能：

链路的建立，数据的接收发送、校验、处理与打包发送，泵站运行参数和状态的查询及远程设置，报表与图表的建立和输出，数据库的更新与维护等等。

另连接与GSMModem，一旦远程泵站发生故障，按严重程度分级发送手机短消息至相关泵站管理人员，及时了解泵站运行状况。

RTU采用了FMC系列产品，内置PCIMICAModem卡，其中FMC为DTE，而Modem为DCE，用标准的AT指令集工作。

FMC相当于泵站的神经中枢，所有对潜水泵与格栅、闸门监控都由它本地直接实现，并将所有运行参数及故障记录于本体内存中。

由泵坑中超声波液位计测量水位的4～20mA信号，根据设置的水位高度自动轮回开启各水泵。

即便电话线通信线路出现故障，整个泵站控制自成体系，并不会因此而瘫痪系统。

同时设计应急控制回路，即便FMC发生故障，水位达到超高液位浮球能自动依次开启水泵，防止泵坑溢流。

2.系统调度运行

上位监控机主要是采集泵站运行数据，较少参与控制，与各泵站电话线数据传输并不是一直接通，不必担心长期占用电话线而产生昂贵通信运行费用。

需要哪泵站运行参数，即打开某泵站监控画面，则拨号至该泵站一一主动询问，通过握手协议后，RTU将内存中所保存的数据打包发送，对接收的数据进行校验拆包，这样泵站中所存的数据复制到上位机中，形成连续历史数据。

而若就地泵站发生故障，FMC能够主动拨号至中控室建立通信链路――被动上传，故障数据及时处理并报警，并发送故障短消息。

因此中控室设有2条电话线，1用于上位主动询问，1用于下位故障上传，并且这两条线路互为备用，防止占线过长而延时。

整个泵站远程监控系统是按照无人值守泵站设计，所有11个泵站只需配置4～5人员，以开车巡检的方式进行日常管理，一旦收到故障手机短消息，则必须拨号至上位监控机进行确认，否则一直发送，由此进行泵站维护检修。

同时在中控室上位机设置定时巡检，到时依次拨通各泵站采集数据。

当班人员以自己用户名及密码进入系统，并以日报表的形式交接班。

3.阻断设计

对于同梯级污水泵站，经常会有当其中某一泵站发现故障无法泵送，而上级泵站并不得知继续向此泵站泵送污水，直接导致下级泵站过溢现象。

即假如发生故障依次主动拨号向上级泵站的RTU通知停止水泵运行或减少运行水泵数量。

4.远程故障诊断

配置远程控制软件，通过远程电话拨号或Internet直接获取上位监控机的控制权，在远端对泵站运行数据进行分、故障诊断，用户得到及时专业的系统维护。

用户管理高层能在任何地方了解泵站实时运行状况。

5.监控冗余

中控室设置多点监控的方式，通过上位监控机的局域网连接多台计算机，同样可以监控整个系统，所有的数据实时共享、同步更新。

这样即便主机“死机”也可以更换主机，以保证系统连续可靠的运行。

城市雨污水排放是社会各阶层人士普遍关心的问题。

提高雨污水排放管理的科技含量和科技手段，是体现一个城市市政建设、管理水平先进性的标志。

随着国内城市的发展，雨污水泵站的“统一管理、无人值守”已成为发展方向。

PSTN/GSM方式的监控方案技术成熟，系统运行稳定可靠，国外先进的泵站管理广泛采用这种方式，尤其是欧洲的荷兰、瑞典等国。

国内技术正处于尝试阶段，并逐步得到应用，值得为城市雨污水管网监控推荐。