關(guān)鍵詞：水泵　遠(yuǎn)程控制　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      1　研究背景

　　在最近出臺(tái)的國(guó)務(wù)院有關(guān)生產(chǎn)建設(shè)的條例，我們可以看到，為了建設(shè)：“資源節(jié)約型”和：“環(huán)境友好型”社會(huì)，國(guó)家大力提倡并鼓勵(lì)采用新的科技，新的管理方法來進(jìn)一步降低傳統(tǒng)資源的投入，特別是在一些邊遠(yuǎn)落后的地區(qū)通過科技手段來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，進(jìn)一步節(jié)省人力、物力和財(cái)力，具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。水泵作為日常生產(chǎn)，生活的必要工具液體輸送，液體加壓的工作方式，在幫助我們滿足農(nóng)田灌該，生活用水以及水土保持和沙漠化的防治等方面，發(fā)揮著重要的作用。但在我國(guó)大多數(shù)地區(qū)，水泵的日常運(yùn)行、管理和維護(hù)還是停留在過去的專人看管的水平上與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的遠(yuǎn)程控制技術(shù)還有很大的發(fā)展空間，特別是針對(duì)水泵設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用和推廣的還比較少。

　　近年來，隨著我國(guó)信息技術(shù)水平的不斷被提高，遠(yuǎn)程控制已經(jīng)慢慢成為可能。在一些重點(diǎn)領(lǐng)域比如化工生產(chǎn)，航空航天以及物流配送等領(lǐng)域都有了比較好的利用和推廣。這種遠(yuǎn)程控制技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的監(jiān)視和控制，這種能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)稱為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。這種遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)從初期的集中控制慢慢演變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制。過往的集中遠(yuǎn)程控制通過大型的儀表來實(shí)現(xiàn)對(duì)各種重點(diǎn)工藝或重點(diǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，其操作的主要方式是通過操作盤來實(shí)現(xiàn)的。到了20世紀(jì)末期，電子計(jì)算機(jī)的推廣特別是互聯(lián)網(wǎng)的普及，讓這種遠(yuǎn)程控制可以通過以計(jì)算機(jī)為控制主體，借助各種檢測(cè)裝置和執(zhí)行裝置來實(shí)現(xiàn)對(duì)被監(jiān)控對(duì)象的遠(yuǎn)程控制，特別是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，對(duì)環(huán)境的要求以及遠(yuǎn)程控制的精確度和穩(wěn)定性都得到了很大水平的提高。因此，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的技術(shù)條件已經(jīng)基本成熟。

　　

　　2　水泵控制系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

　　我國(guó)是一個(gè)最大的發(fā)展中國(guó)家，水泵在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)用水等領(lǐng)域都是不可或缺的工具。目前，我國(guó)對(duì)水泵的控制系統(tǒng)還是以提高水泵自身的工作效率為主，目的是降低能耗和充分利用自然資源。比如，在部分地區(qū)，生產(chǎn)、生活通過用單一功率比較大的水泵來取代以往的多臺(tái)小水泵。通過這種方式可以有效的節(jié)約生產(chǎn)材料和各種資源成本包括工程造價(jià)來實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的管理。這種管理只能說是由過去的分散式管理發(fā)展為集中化管理，并沒有從根本上實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的遠(yuǎn)程控制。最重要的一點(diǎn)，由于水泵的使用率比較高，它作為一種基本的液體輸送和加壓工具本身就意味著是一個(gè)很大的耗能點(diǎn)。我國(guó)根據(jù)建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的需要，對(duì)于涉能密度比較大，也就是能源密集型產(chǎn)業(yè)，例如：金屬冶煉、石油化工、鋼鐵、電力、水處理等產(chǎn)業(yè)提出了比較嚴(yán)格的節(jié)能要求。水泵可以說在其中扮演著耗能大戶的角色。根據(jù)最新的國(guó)家節(jié)能減排辦公室發(fā)布的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示：水泵作為工業(yè)中心流體運(yùn)送設(shè)備所耗費(fèi)的電量約占我國(guó)全年發(fā)電總量的1/5。我國(guó)的水泵管理方式雖然經(jīng)過近幾年的發(fā)展，已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，但和西方發(fā)達(dá)國(guó)家比較來看，還是存在著水泵管理效率低、能耗比較高、運(yùn)行費(fèi)用比較高以及自動(dòng)化程度比較低的問題，隨著環(huán)保問題的日益嚴(yán)重，全球水資源出現(xiàn)供應(yīng)緊張，對(duì)遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制提出了更高的要求，所以水泵的管理將朝著向高度自動(dòng)化以及無人現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)守的方向發(fā)展。可以說，對(duì)于水泵的重視，特別是充分利用互聯(lián)網(wǎng)資源實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的遠(yuǎn)程控制，不光可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，更有助于提高我國(guó)的自動(dòng)化水平。

　　

　　3　水泵遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

　　3.1　遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

　　關(guān)于遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)目前是國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)課題，關(guān)于遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的概念目前還沒有達(dá)成一致，但有以下幾點(diǎn)已經(jīng)獲得普遍的共識(shí)。遠(yuǎn)程監(jiān)控是指利用計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的監(jiān)視和控制，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)稱為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。  

　　國(guó)內(nèi)對(duì)于遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行了一系列積極的研究。基于Internet控制網(wǎng)絡(luò)方面的研究也已經(jīng)起步。在具體的應(yīng)用方面，國(guó)內(nèi)的東大公司為自己研發(fā)的CT產(chǎn)品進(jìn)行了開發(fā)和升級(jí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的遠(yuǎn)程診斷和維修。另外國(guó)家大力度支持網(wǎng)絡(luò)通信與維護(hù)，并把它納入863計(jì)劃中，借助互聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制已經(jīng)成為目前互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究的重點(diǎn)。

　　3.2　水泵遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　首先，在遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，要首先確定控制系統(tǒng)中各類數(shù)據(jù)的傳輸，保證不低于1.5的帶寬。比如，實(shí)時(shí)傳送水泵運(yùn)行過程中各種變量的變化，然后按照一定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

　　  其次，配備與控制系統(tǒng)目標(biāo)相匹配的可編程控制器。在這一控制系統(tǒng)系統(tǒng)的組成中，可編程控制器的選擇尤為重要，因?yàn)樗苯雨P(guān)系著操作命令執(zhí)行的穩(wěn)定性，系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接影響著鋸石機(jī)的工作狀態(tài)。所以經(jīng)過多方面的參考與比對(duì)并結(jié)合國(guó)產(chǎn)水泵的技術(shù)特點(diǎn)以及對(duì)數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定性的要求，最終選用的是德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的可編程控制器。該編程控制器總共包含30個(gè)點(diǎn)數(shù)，其中18個(gè)是輸入點(diǎn)、12個(gè)是繼電器型輸出點(diǎn)。另外還有1個(gè)RS-232通訊/編程口，一個(gè)RS-485通訊/編程口。在本系統(tǒng)中可編程控制器通過控制變頻器的多段速和外部端子方式與變頻器進(jìn)行直接通訊；通過RS-232串行口與文本顯示器來完成人機(jī)界面的數(shù)據(jù)通訊。西門子公司推出KGL-WC編程軟件，為我們提供一個(gè)完整的中文編程環(huán)境，可以進(jìn)行離線編程、在線連接和調(diào)試，并能實(shí)現(xiàn)梯形圖與語句表之間的互相轉(zhuǎn)換，具有很強(qiáng)的可操作性。  

　　這種編程控制器取代過去的繼電器來實(shí)現(xiàn)運(yùn)算的邏輯控制。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，這種編程控制器已經(jīng)發(fā)展為以微處理器為基礎(chǔ)的控制裝置，可以大大超過原有的邏輯控制范圍。另外，這種可編程控制器已經(jīng)可以兼容計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠完成對(duì)功能的控制，數(shù)據(jù)的采集，信息的處理和傳送，還具備后期的人機(jī)界面和調(diào)試功能。在水泵的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中首先將相關(guān)檢測(cè)指令進(jìn)行輸入掃描，在這個(gè)過程中，編程控制器會(huì)按掃描方式讀入該可編程控制器所有端子上的輸入信號(hào)，并將這些輸入信號(hào)存入輸入映像區(qū)。在本工作周期的執(zhí)行和輸出過程中，輸入映像區(qū)內(nèi)的內(nèi)容不會(huì)隨實(shí)際信號(hào)的變化而變化。然后，控制系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行掃描，在執(zhí)行用戶程序的掃描過程中，編程控制器會(huì)對(duì)用戶以梯形圖方式(或其他方式)編寫的程序按從上到下、從左至右的順序逐一掃描各指令，然后從輸入映像區(qū)取出相應(yīng)的原始數(shù)據(jù)或從輸出映像區(qū)讀取有關(guān)數(shù)據(jù)，做由程序確定的邏輯運(yùn)算或其他數(shù)學(xué)運(yùn)算，隨后將運(yùn)算結(jié)果存入確定的輸出映像區(qū)有關(guān)單元，但這個(gè)結(jié)果在整個(gè)程序未執(zhí)行完畢前不會(huì)送到輸出端口上。最后，編程控制器會(huì)輸出掃描結(jié)果，在執(zhí)行完用戶所有程序后，編程控制器會(huì)將輸出映像區(qū)中的內(nèi)容同時(shí)送入到輸出鎖存器，然后由鎖存器經(jīng)功率放大后去驅(qū)動(dòng)繼電器的線圈，最后使輸出端子上的信號(hào)變?yōu)楸敬喂ぷ髦芷谶\(yùn)行結(jié)果的實(shí)際輸出。

　　水泵現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)分為現(xiàn)場(chǎng)控制層，以編程控制器為控制核心，泵站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)采集編程控制器上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)管理并與監(jiān)控中心進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，并作為現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)界面，顯示該泵站的運(yùn)行狀態(tài)。  中央監(jiān)控系統(tǒng)為中央監(jiān)控層，位于水泵運(yùn)行管理中心，并配備工控機(jī)服務(wù)器，安裝二套Server軟件，兩者互為冗余系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用PPTP協(xié)議與現(xiàn)場(chǎng)各泵站監(jiān)控計(jì)算機(jī)或者現(xiàn)場(chǎng)編程控制器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，采集泵站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。另外監(jiān)控中心配備兩臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，并安裝組態(tài)軟件，作為監(jiān)控中心監(jiān)控終端，在監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，數(shù)據(jù)匯總，打印等功能。中央監(jiān)控層平常不參與水泵的自動(dòng)控制，只在遠(yuǎn)程監(jiān)視各水泵的工作情況，統(tǒng)計(jì)分析各站點(diǎn)設(shè)備、工藝參數(shù)數(shù)據(jù);在需要的情況下，可通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)對(duì)下層泵站設(shè)備進(jìn)行直接遠(yuǎn)程控制調(diào)度。而在通訊發(fā)生故障時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)控制層，不需要依賴中央監(jiān)控層，能獨(dú)立地完成泵站就地控制功能。

　　最后，進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的集中管理調(diào)度，需選擇合適的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)泵站現(xiàn)場(chǎng)與監(jiān)控中心之間可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。在傳統(tǒng)的水泵管理模式中，泵站安排值班人員，工作人員每天對(duì)泵站內(nèi)的設(shè)備情況以及泵房水位進(jìn)行巡檢，然后通過電話與調(diào)度人員互相聯(lián)系，根據(jù)調(diào)度人員的指令手動(dòng)啟停泵房設(shè)備。泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，可以實(shí)現(xiàn)在監(jiān)控中心快速、準(zhǔn)確、有效的監(jiān)控調(diào)度管網(wǎng)中所有泵站，實(shí)現(xiàn)集中高效的管理。

3.3　水泵遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義

　　水泵的日常運(yùn)行需要很大的人工來進(jìn)行系統(tǒng)的維護(hù)與保養(yǎng)，傳統(tǒng)的水泵管理辦法是在各主要的泵站安排值班人員對(duì)附近的小泵站每天進(jìn)行巡檢，通過電話和泵站管理所調(diào)度人員，而這種方法具有工作量大、效率低、反應(yīng)慢的缺點(diǎn)，傳統(tǒng)的管理辦法與迅速發(fā)展的城市的要求越來越不適應(yīng)。 

　　通過建立水泵的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)我們可以完成以下功能：首先是通過水泵的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以有效的對(duì)各個(gè)水泵的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測(cè)，并把采集的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)、加工和處理為后續(xù)的水泵的工作時(shí)間和工作強(qiáng)度進(jìn)行合理的安排和調(diào)度，與此同時(shí)通過計(jì)算機(jī)專業(yè)的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深加工，得出水泵的在各個(gè)時(shí)間段運(yùn)行的具體峰值，便于系統(tǒng)控制人員進(jìn)行設(shè)備的進(jìn)一步檢測(cè)。

　　其次，水泵遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過設(shè)定相關(guān)指令來實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵工作狀態(tài)的監(jiān)控便于中心控制人員通過遠(yuǎn)程監(jiān)控來實(shí)現(xiàn)水泵的運(yùn)行和停止，并且設(shè)立最低閾值，一旦在水泵運(yùn)行參數(shù)出現(xiàn)異常，或故障等緊急情況，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)緊急預(yù)案，并按照提前設(shè)置的指示來進(jìn)行信號(hào)提醒和報(bào)警，并且自動(dòng)完成相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和記錄，方便后期進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢和管理。

　　最后，這種水泵遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，隨著科技的進(jìn)步，可以解決傳統(tǒng)方法所具有的缺點(diǎn)，水泵遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以借助于遠(yuǎn)程監(jiān)控可以將水泵運(yùn)行的內(nèi)部信息網(wǎng)(Intranet)與控制網(wǎng)有效地連接起來，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)情況的隨時(shí)掌握，把生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)狀況同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)營(yíng)管理策略緊密結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)特別是水泵使用比較集中的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)和原料運(yùn)輸企業(yè)等的綜合自動(dòng)化，可以建立網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和網(wǎng)上知識(shí)資源庫(kù)。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和快速集中，獲得現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，為遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，技術(shù)人員無須親臨現(xiàn)場(chǎng)或惡劣的環(huán)境就可以監(jiān)視并控制生產(chǎn)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及各種參數(shù)，使受過專業(yè)訓(xùn)練的人員虛擬地出現(xiàn)在許多監(jiān)控地點(diǎn)，方便地利用本地豐富的軟硬件資源對(duì)遠(yuǎn)程對(duì)象進(jìn)行高級(jí)過程控制，以維護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)營(yíng)，從而減少值守工作人員，最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端的無人或少人值守，達(dá)到減員增效的目的。

　　

　　4　結(jié)語

　　水泵遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)完成后通過在一些水泵使用比較密集的生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行投入運(yùn)行，取得了非常好的效果，極大的提高了水泵的自動(dòng)化生產(chǎn)水平，改善了水泵的使用效果，降低了用工成本。與此同時(shí)，由于該遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、節(jié)能高效等優(yōu)點(diǎn)。在未來的企業(yè)中具有極大的推廣價(jià)值。以污水泵站為例，其日常運(yùn)行及維護(hù)按照傳統(tǒng)的管理方式需要很大的工作量，目前國(guó)內(nèi)很多企業(yè)仍然采用人工巡查的辦法，具有工作量大、效率低、反應(yīng)慢的特點(diǎn)，因此這種水泵遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的發(fā)展還有很大的發(fā)展空間。本文設(shè)計(jì)的水泵遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)遠(yuǎn)程泵站實(shí)施監(jiān)控和控制，可以實(shí)現(xiàn)無人值守、遠(yuǎn)程集中控制，節(jié)省大量的人力、物力、財(cái)力和提高管理水平和工作效率，以及提高信息化和自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化水平。當(dāng)然，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)在水泵的維護(hù)管理中的應(yīng)用只是一個(gè)領(lǐng)域，未來遠(yuǎn)程控制技術(shù)將會(huì)得到更多的推廣和使用。目前，越來越多的企業(yè)集團(tuán)呈跨地域的發(fā)展趨勢(shì)，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)企業(yè)降低生產(chǎn)成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高企業(yè)產(chǎn)品的科技含量，以及增強(qiáng)企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力等方面都具有十分重要的意義。