水泵远程控制系统设计与开发

关键词：水泵　远程控制　系统设计

      1　研究背景

　　在最近出台的国务院有关生产建设的条例，我们可以看到，为了建设：“资源节约型”和：“环境友好型”社会，国家大力提倡并鼓励采用新的科技，新的管理方法来进一步降低传统资源的投入，特别是在一些边远落后的地区通过科技手段来实现远程监控，进一步节省人力、物力和财力，具有很重要的现实意义。水泵作为日常生产，生活的必要工具液体输送，液体加压的工作方式，在帮助我们满足农田灌该，生活用水以及水土保持和沙漠化的防治等方面，发挥着重要的作用。但在我国大多数地区，水泵的日常运行、管理和维护还是停留在过去的专人看管的水平上与国外发达国家相比，我国的远程控制技术还有很大的发展空间，特别是针对水泵设计的远程控制系统，在国内应用和推广的还比较少。

　　近年来，随着我国信息技术水平的不断被提高，远程控制已经慢慢成为可能。在一些重点领域比如化工生产，航空航天以及物流配送等领域都有了比较好的利用和推广。这种远程控制技术是利用计算机网络来实现对远程工业生产过程控制系统的监视和控制，这种能够实现远程监控的计算机软件系统称为远程监控系统。这种远程控制系统从初期的集中控制慢慢演变为网络远程控制。过往的集中远程控制通过大型的仪表来实现对各种重点工艺或重点设备的远程控制，其操作的主要方式是通过操作盘来实现的。到了20世纪末期，电子计算机的推广特别是互联网的普及，让这种远程控制可以通过以计算机为控制主体，借助各种检测装置和执行装置来实现对被监控对象的远程控制，特别是在工业生产过程中，对环境的要求以及远程控制的精确度和稳定性都得到了很大水平的提高。因此，远程控制系统的技术条件已经基本成熟。

　　

　　2　水泵控制系统发展的现状及发展趋势

　　我国是一个最大的发展中国家，水泵在农业生产和工业用水等领域都是不可或缺的工具。目前，我国对水泵的控制系统还是以提高水泵自身的工作效率为主，目的是降低能耗和充分利用自然资源。比如，在部分地区，生产、生活通过用单一功率比较大的水泵来取代以往的多台小水泵。通过这种方式可以有效的节约生产材料和各种资源成本包括工程造价来实现对水泵的管理。这种管理只能说是由过去的分散式管理发展为集中化管理，并没有从根本上实现对水泵的远程控制。最重要的一点，由于水泵的使用率比较高，它作为一种基本的液体输送和加压工具本身就意味着是一个很大的耗能点。我国根据建设资源节约型社会的需要，对于涉能密度比较大，也就是能源密集型产业，例如：金属冶炼、石油化工、钢铁、电力、水处理等产业提出了比较严格的节能要求。水泵可以说在其中扮演着耗能大户的角色。根据最新的国家节能减排办公室发布的调查数据显示：水泵作为工业中心流体运送设备所耗费的电量约占我国全年发电总量的1/5。我国的水泵管理方式虽然经过近几年的发展，已经有了很大的进步，但和西方发达国家比较来看，还是存在着水泵管理效率低、能耗比较高、运行费用比较高以及自动化程度比较低的问题，随着环保问题的日益严重，全球水资源出现供应紧张，对远程自动化控制提出了更高的要求，所以水泵的管理将朝着向高度自动化以及无人现场监守的方向发展。可以说，对于水泵的重视，特别是充分利用互联网资源实现对水泵的远程控制，不光可以实现节能减排，更有助于提高我国的自动化水平。

　　

　　3　水泵远程控制系统设计与开发

　　3.1　远程控制系统

　　关于远程控制系统目前是国内外研究的重点课题，关于远程控制系统的概念目前还没有达成一致，但有以下几点已经获得普遍的共识。远程监控是指利用计算机通过网络系统实现对远程工业生产过程控制系统的监视和控制，能够实现远程监控的计算机软件系统称为远程监控系统。  

　　国内对于远程监控技术进行了一系列积极的研究。基于Internet控制网络方面的研究也已经起步。在具体的应用方面，国内的东大公司为自己研发的CT产品进行了开发和升级可以实现对产品的远程诊断和维修。另外国家大力度支持网络通信与维护，并把它纳入863计划中，借助互联网来实现对设备的远程监控与控制已经成为目前互联网应用研究的重点。

　　3.2　水泵远程控制系统的设计

　　首先，在远程控制系统中，要首先确定控制系统中各类数据的传输，保证不低于1.5的带宽。比如，实时传送水泵运行过程中各种变量的变化，然后按照一定的时间节点的要求进行数据的传输。

　　  其次，配备与控制系统目标相匹配的可编程控制器。在这一控制系统系统的组成中，可编程控制器的选择尤为重要，因为它直接关系着操作命令执行的稳定性，系统的稳定性直接影响着锯石机的工作状态。所以经过多方面的参考与比对并结合国产水泵的技术特点以及对数据输出稳定性的要求，最终选用的是德国西门子公司生产的可编程控制器。该编程控制器总共包含30个点数，其中18个是输入点、12个是继电器型输出点。另外还有1个RS-232通讯/编程口，一个RS-485通讯/编程口。在本系统中可编程控制器通过控制变频器的多段速和外部端子方式与变频器进行直接通讯；通过RS-232串行口与文本显示器来完成人机界面的数据通讯。西门子公司推出KGL-WC编程软件，为我们提供一个完整的中文编程环境，可以进行离线编程、在线连接和调试，并能实现梯形图与语句表之间的互相转换，具有很强的可操作性。  

　　这种编程控制器取代过去的继电器来实现运算的逻辑控制。随着信息技术的发展，这种编程控制器已经发展为以微处理器为基础的控制装置，可以大大超过原有的逻辑控制范围。另外，这种可编程控制器已经可以兼容计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术，能够完成对功能的控制，数据的采集，信息的处理和传送，还具备后期的人机界面和调试功能。在水泵的远程控制系统中首先将相关检测指令进行输入扫描，在这个过程中，编程控制器会按扫描方式读入该可编程控制器所有端子上的输入信号，并将这些输入信号存入输入映像区。在本工作周期的执行和输出过程中，输入映像区内的内容不会随实际信号的变化而变化。然后，控制系统会执行扫描，在执行用户程序的扫描过程中，编程控制器会对用户以梯形图方式(或其他方式)编写的程序按从上到下、从左至右的顺序逐一扫描各指令，然后从输入映像区取出相应的原始数据或从输出映像区读取有关数据，做由程序确定的逻辑运算或其他数学运算，随后将运算结果存入确定的输出映像区有关单元，但这个结果在整个程序未执行完毕前不会送到输出端口上。最后，编程控制器会输出扫描结果，在执行完用户所有程序后，编程控制器会将输出映像区中的内容同时送入到输出锁存器，然后由锁存器经功率放大后去驱动继电器的线圈，最后使输出端子上的信号变为本次工作周期运行结果的实际输出。

　　水泵现场自动控制系统分为现场控制层，以编程控制器为控制核心，泵站现场设置现场监控计算机，负责采集编程控制器上的实时数据进行现场存储管理并与监控中心进行实时数据交换，并作为现场人机界面，显示该泵站的运行状态。  中央监控系统为中央监控层，位于水泵运行管理中心，并配备工控机服务器，安装二套Server软件，两者互为冗余系统，通过数据传输系统采用PPTP协议与现场各泵站监控计算机或者现场编程控制器的实时数据进行交换，采集泵站现场实时数据。另外监控中心配备两台监控计算机，并安装组态软件，作为监控中心监控终端，在监控中心实现整个系统的实时监控，数据汇总，打印等功能。中央监控层平常不参与水泵的自动控制，只在远程监视各水泵的工作情况，统计分析各站点设备、工艺参数数据;在需要的情况下，可通过远程数据传输系统对下层泵站设备进行直接远程控制调度。而在通讯发生故障时，现场控制层，不需要依赖中央监控层，能独立地完成泵站就地控制功能。

　　最后，进行远程数据传输功能，为了实现对水泵的远程控制系统的集中管理调度，需选择合适的远程数据传输系统，实现泵站现场与监控中心之间可靠的实时数据传输。在传统的水泵管理模式中，泵站安排值班人员，工作人员每天对泵站内的设备情况以及泵房水位进行巡检，然后通过电话与调度人员互相联系，根据调度人员的指令手动启停泵房设备。泵站远程监控系统通过现代化的计算机技术进行实时数据采集，可以实现在监控中心快速、准确、有效的监控调度管网中所有泵站，实现集中高效的管理。

3.3　水泵远程控制系统的设计意义

　　水泵的日常运行需要很大的人工来进行系统的维护与保养，传统的水泵管理办法是在各主要的泵站安排值班人员对附近的小泵站每天进行巡检，通过电话和泵站管理所调度人员，而这种方法具有工作量大、效率低、反应慢的缺点，传统的管理办法与迅速发展的城市的要求越来越不适应。 

　　通过建立水泵的远程控制系统我们可以完成以下功能：首先是通过水泵的远程控制系统可以有效的对各个水泵的实时运行状况进行检测，并把采集的相关数据进行集中存储、加工和处理为后续的水泵的工作时间和工作强度进行合理的安排和调度，与此同时通过计算机专业的数据运算能力，对数据进行深加工，得出水泵的在各个时间段运行的具体峰值，便于系统控制人员进行设备的进一步检测。

　　其次，水泵远程控制系统通过设定相关指令来实现对水泵工作状态的监控便于中心控制人员通过远程监控来实现水泵的运行和停止，并且设立最低阈值，一旦在水泵运行参数出现异常，或故障等紧急情况，远程控制系统会启动紧急预案，并按照提前设置的指示来进行信号提醒和报警，并且自动完成相关数据的存储和记录，方便后期进行数据的查询和管理。

　　最后，这种水泵远程控制系统，随着科技的进步，可以解决传统方法所具有的缺点，水泵远程监控系统可以借助于远程监控可以将水泵运行的内部信息网(Intranet)与控制网有效地连接起来，实现对生产、运营情况的随时掌握，把生产运营状况同农业生产与工业生产的经营管理策略紧密结合，从而实现企业特别是水泵使用比较集中的农业生产企业和原料运输企业等的综合自动化，可以建立网络范围内的监控数据和网上知识资源库。通过远程监控可以实现现场运行数据的实时采集和快速集中，获得现场监控数据，为远程故障诊断技术提供了物质基础；通过远程监控，技术人员无须亲临现场或恶劣的环境就可以监视并控制生产系统和现场设备的运行状态及各种参数，使受过专业训练的人员虚拟地出现在许多监控地点，方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程对象进行高级过程控制，以维护设备的正常运营，从而减少值守工作人员，最终实现远端的无人或少人值守，达到减员增效的目的。

　　

　　4　结语

　　水泵远程控制系统在设计完成后通过在一些水泵使用比较密集的生产企业进行投入运行，取得了非常好的效果，极大的提高了水泵的自动化生产水平，改善了水泵的使用效果，降低了用工成本。与此同时，由于该远程控制系统具有操作简单、可靠性高、使用寿命长、节能高效等优点。在未来的企业中具有极大的推广价值。以污水泵站为例，其日常运行及维护按照传统的管理方式需要很大的工作量，目前国内很多企业仍然采用人工巡查的办法，具有工作量大、效率低、反应慢的特点，因此这种水泵远程控制系统的发展还有很大的发展空间。本文设计的水泵远程控制系统，通过网络系统对远程泵站实施监控和控制，可以实现无人值守、远程集中控制，节省大量的人力、物力、财力和提高管理水平和工作效率，以及提高信息化和自动化、网络化水平。当然，远程控制系统在水泵的维护管理中的应用只是一个领域，未来远程控制技术将会得到更多的推广和使用。目前，越来越多的企业集团呈跨地域的发展趋势，利用网络技术实现远程监控，对企业降低生产成本，提高劳动生产率，提高企业产品的科技含量，以及增强企业的综合竞争实力等方面都具有十分重要的意义。