摘　要：

摘　要：水泵作為一種輸送液體或使液體增壓的工具，在日常的生產(chǎn)、生活中發(fā)揮著極為重要的作用，但在大多數(shù)地區(qū)水泵的日常維護與管理還停留在過去的專人看管的模式，反應能力較差，一旦遇到突發(fā)緊急情況無法進行正確科學的應對。近年來，隨著信息技術的不斷發(fā)展與進步，對水泵的遠程控制已經(jīng)越來越具有可行性。本文響應國家建設資源節(jié)約型社會的號召，依托虛擬專用網(wǎng)絡，設計了一套水泵遠程控制系統(tǒng)，希望能提高水泵日常管理和維護水平，為建設和諧社會盡綿薄之力。

關鍵詞：

關鍵詞：水泵　遠程控制　系統(tǒng)設計

      1　研究背景

　　在最近出臺的國務院有關生產(chǎn)建設的條例，我們可以看到，為了建設：“資源節(jié)約型”和：“環(huán)境友好型”社會，國家大力提倡并鼓勵采用新的科技，新的管理方法來進一步降低傳統(tǒng)資源的投入，特別是在一些邊遠落后的地區(qū)通過科技手段來實現(xiàn)遠程監(jiān)控，進一步節(jié)省人力、物力和財力，具有很重要的現(xiàn)實意義。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。但在我國大多數(shù)地區(qū)，水泵的日常運行、管理和維護還是停留在過去的專人看管的水平上與國外發(fā)達國家相比，我國的遠程控制技術還有很大的發(fā)展空間，特別是針對水泵設計的遠程控制系統(tǒng)，在國內應用和推廣的還比較少。

　　近年來，隨著我國信息技術水平的不斷被提高，遠程控制已經(jīng)慢慢成為可能。在一些重點領域比如化工生產(chǎn)，航空航天以及物流配送等領域都有了比較好的利用和推廣。這種遠程控制技術是利用計算機網(wǎng)絡來實現(xiàn)對遠程工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的監(jiān)視和控制，這種能夠實現(xiàn)遠程監(jiān)控的計算機軟件系統(tǒng)稱為遠程監(jiān)控系統(tǒng)。這種遠程控制系統(tǒng)從初期的集中控制慢慢演變?yōu)榫W(wǎng)絡遠程控制。過往的集中遠程控制通過大型的儀表來實現(xiàn)對各種重點工藝或重點設備的遠程控制，其操作的主要方式是通過操作盤來實現(xiàn)的。到了20世紀末期，電子計算機的推廣特別是互聯(lián)網(wǎng)的普及，讓這種遠程控制可以通過以計算機為控制主體，借助各種檢測裝置和執(zhí)行裝置來實現(xiàn)對被監(jiān)控對象的遠程控制，特別是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，對環(huán)境的要求以及遠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，遠程控制系統(tǒng)的技術條件已經(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

　　我國是一個最大的發(fā)展中國家，水泵在農業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)用水等領域都是不可或缺的工具。目前，我國對水泵的控制系統(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來實現(xiàn)對水泵的管理。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，并沒有從根本上實現(xiàn)對水泵的遠程控制。最重要的一點，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很大的耗能點。我國根據(jù)建設資源節(jié)約型社會的需要，對于涉能密度比較大，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)最新的國家節(jié)能減排辦公室發(fā)布的調查數(shù)據(jù)顯示：水泵作為工業(yè)中心流體運送設備所耗費的電量約占我國全年發(fā)電總量的1/5。我國的水泵管理方式雖然經(jīng)過近幾年的發(fā)展，已經(jīng)有了很大的進步，但和西方發(fā)達國家比較來看，還是存在著水泵管理效率低、能耗比較高、運行費用比較高以及自動化程度比較低的問題，隨著環(huán)保問題的日益嚴重，全球水資源出現(xiàn)供應緊張，對遠程自動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化以及無人現(xiàn)場監(jiān)守的方向發(fā)展�？梢哉f，對于水泵的重視，特別是充分利用互聯(lián)網(wǎng)資源實現(xiàn)對水泵的遠程控制，不光可以實現(xiàn)節(jié)能減排，更有助于提高我國的自動化水平。

　　3　水泵遠程控制系統(tǒng)設計與開發(fā)

　　3.1　遠程控制系統(tǒng)

　　關于遠程控制系統(tǒng)目前是國內外研究的重點課題，關于遠程控制系統(tǒng)的概念目前還沒有達成一致，但有以下幾點已經(jīng)獲得普遍的共識。遠程監(jiān)控是指利用計算機通過網(wǎng)絡系統(tǒng)實現(xiàn)對遠程工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的監(jiān)視和控制，能夠實現(xiàn)遠程監(jiān)控的計算機軟件系統(tǒng)稱為遠程監(jiān)控系統(tǒng)。  

　　國內對于遠程監(jiān)控技術進行了一系列積極的研究。基于Internet控制網(wǎng)絡方面的研究也已經(jīng)起步。在具體的應用方面，國內的東大公司為自己研發(fā)的CT產(chǎn)品進行了開發(fā)和升級可以實現(xiàn)對產(chǎn)品的遠程診斷和維修。另外國家大力度支持網(wǎng)絡通信與維護，并把它納入863計劃中，借助互聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)對設備的遠程監(jiān)控與控制已經(jīng)成為目前互聯(lián)網(wǎng)應用研究的重點。

　　3.2　水泵遠程控制系統(tǒng)的設計

　　首先，在遠程控制系統(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，實時傳送水泵運行過程中各種變量的變化，然后按照一定的時間節(jié)點的要求進行數(shù)據(jù)的傳輸。

　　  其次，配備與控制系統(tǒng)目標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，因為它直接關系著操作命令執(zhí)行的穩(wěn)定性，，系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接影響著鋸石機的工作狀態(tài)。所以經(jīng)過多方面的參考與比對并結合國產(chǎn)水泵的技術特點以及對數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定性的要求，最終選用的是德國西門子公司生產(chǎn)的可編程控制器。該編程控制器總共包含30個點數(shù)，其中18個是輸入點、12個是繼電器型輸出點。另外還有1個RS-232通訊/編程口，一個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行直接通訊；通過RS-232串行口與文本顯示器來完成人機界面的數(shù)據(jù)通訊。西門子公司推出KGL-WC編程軟件，為我們提供一個完整的中文編程環(huán)境，可以進行離線編程、在線連接和調試，并能實現(xiàn)梯形圖與語句表之間的互相轉換，具有很強的可操作性。  

　　這種編程控制器取代過去的繼電器來實現(xiàn)運算的邏輯控制。隨著信息技術的發(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)可以兼容計算機技術、半導體集成技術、自動控制技術、數(shù)字技術和通信網(wǎng)絡技術，能夠完成對功能的控制，數(shù)據(jù)的采集，信息的處理和傳送，還具備后期的人機界面和調試功能。在水泵的遠程控制系統(tǒng)中首先將相關檢測指令進行輸入掃描，在這個過程中，編程控制器會按掃描方式讀入該可編程控制器所有端子上的輸入信號，并將這些輸入信號存入輸入映像區(qū)。在本工作周期的執(zhí)行和輸出過程中，輸入映像區(qū)內的內容不會隨實際信號的變化而變化。然后，控制系統(tǒng)會執(zhí)行掃描，在執(zhí)行用戶程序的掃描過程中，編程控制器會對用戶以梯形圖方式(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)取出相應的原始數(shù)據(jù)或從輸出映像區(qū)讀取有關數(shù)據(jù)，做由程序確定的邏輯運算或其他數(shù)學運算，隨后將運算結果存入確定的輸出映像區(qū)有關單元，但這個結果在整個程序未執(zhí)行完畢前不會送到輸出端口上。最后，編程控制器會輸出掃描結果，在執(zhí)行完用戶所有程序后，編程控制器會將輸出映像區(qū)中的內容同時送入到輸出鎖存器，然后由鎖存器經(jīng)功率放大后去驅動繼電器的線圈，最后使輸出端子上的信號變?yōu)楸敬喂ぷ髦芷谶\行結果的實際輸出。

　　水泵現(xiàn)場自動控制系統(tǒng)分為現(xiàn)場控制層，以編程控制器為控制核心，泵站現(xiàn)場設置現(xiàn)場監(jiān)控計算機，負責采集編程控制器上的實時數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場存儲管理并與監(jiān)控中心進行實時數(shù)據(jù)交換，并作為現(xiàn)場人機界面，顯示該泵站的運行狀態(tài)。  中央監(jiān)控系統(tǒng)為中央監(jiān)控層，位于水泵運行管理中心，并配備工控機服務器，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)場各泵站監(jiān)控計算機或者現(xiàn)場編程控制器的實時數(shù)據(jù)進行交換，采集泵站現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)。另外監(jiān)控中心配備兩臺監(jiān)控計算機，并安裝組態(tài)軟件，作為監(jiān)控中心監(jiān)控終端，在監(jiān)控中心實現(xiàn)整個系統(tǒng)的實時監(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控制，只在遠程監(jiān)視各水泵的工作情況，統(tǒng)計分析各站點設備、工藝參數(shù)數(shù)據(jù);在需要的情況下，可通過遠程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)對下層泵站設備進行直接遠程控制調度。而在通訊發(fā)生故障時，現(xiàn)場控制層，不需要依賴中央監(jiān)控層，能獨立地完成泵站就地控制功能。

　　最后，進行遠程數(shù)據(jù)傳輸功能，為了實現(xiàn)對水泵的遠程控制系統(tǒng)的集中管理調度，需選擇合適的遠程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)泵站現(xiàn)場與監(jiān)控中心之間可靠的實時數(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，工作人員每天對泵站內的設備情況以及泵房水位進行巡檢，然后通過電話與調度人員互相聯(lián)系，根據(jù)調度人員的指令手動啟停泵房設備。泵站遠程監(jiān)控系統(tǒng)通過現(xiàn)代化的計算機技術進行實時數(shù)據(jù)采集，可以實現(xiàn)在監(jiān)控中心快速、準確、有效的監(jiān)控調度管網(wǎng)中所有泵站，實現(xiàn)集中高效的管理。

3.3　水泵遠程控制系統(tǒng)的設計意義