一、總體設計
系統分布在山區，各加壓站、各水池之間距離較遠，用電纜敷設并不現實(shí)。因此均采用GPRS或CDMA無(wú)線(xiàn)通信方式。由于各加壓站泵機的開(kāi)停與相應水池的水位、上下級泵站之間均有互相聯(lián)系，因此加壓站之間、加壓站與各水池之間均需進(jìn)行數據交換。為此，在中控室中需設置一個(gè)中轉軟件，用于水池、加壓站間的數據交換。
系統原理圖如下：
整個(gè)系統由泵站監控系統、水池監控系統、和監控中心組成。整個(gè)系統的自動(dòng)運行過(guò)程如下：
開(kāi)泵過(guò)程：每個(gè)泵站自動(dòng)監測其直接進(jìn)水的水池水位及下一級泵站狀態(tài)，當對應水池水位低于設定水位或下一級泵站需要供水時(shí)，置一個(gè)需要供水標志，并將該標志發(fā)送到前一級泵站。如果此時(shí)該泵站滿(mǎn)足開(kāi)泵條件時(shí)（包括有進(jìn)水，泵機無(wú)故障等），自動(dòng)開(kāi)啟該泵站。最前一級泵站（1#泵站）開(kāi)泵條件中還可以包括允許開(kāi)泵的時(shí)間段，以避開(kāi)供水高峰。
停泵過(guò)程：每個(gè)泵站對應的水池水位高于設定水位并且下一級泵站不需要供水時(shí)，清除一個(gè)需要供水標志，并將該標志發(fā)送到前一級泵站。同時(shí)運行該泵。最前一級泵站（1#泵站）如果進(jìn)入不允許開(kāi)泵的時(shí)間段，將首先自動(dòng)停泵。停泵后出口壓力下降，下一級泵站的進(jìn)站壓力低于允許開(kāi)泵壓力，下一級泵站也自動(dòng)停泵。逐級向后傳遞，所有泵都會(huì )停止。
水池監控系統采集各點(diǎn)的水位數據發(fā)送到監控中心計算機，泵站的信號采用雙址發(fā)送功能發(fā)送到監控計算機及調度服務(wù)器上，監控計算機綜合水池及泵站的信號把相應的水池信號及泵站信號發(fā)送到對應的泵站上去。
二、分系統設計
（一）、泵站自動(dòng)控制系統
控制方式
系統共有多個(gè)加壓泵站，各級水泵具有三種控制模式：手動(dòng)、自動(dòng)及中控。不論何種方式，變頻器均采用恒壓控制功能，設定的出站壓力需大于水池進(jìn)水的最小壓力。
手動(dòng)：當水泵的控制選擇開(kāi)關(guān)打在手動(dòng)控制時(shí)，系統置于手動(dòng)控制模式。操作員可通過(guò)現場(chǎng)按鈕控制水泵的啟停。此時(shí)RTU只是作為監控狀態(tài)，發(fā)送數據到中控室，不參與控制。
中控：當水泵的控制選擇開(kāi)關(guān)打在自動(dòng)控制時(shí)，系統置于中控、自動(dòng)控制模式。此時(shí)中控室發(fā)送中控命令到RTU，系統即處于中控控制模式下；控室發(fā)送自動(dòng)命令到RTU，系統即處于自動(dòng)控制模式下。在中控模式下，RTU接收中控室發(fā)送的開(kāi)停泵命令，開(kāi)停管道泵。RTU只有對操作員通過(guò)中控室選擇的保護功能起自動(dòng)保護功能。其他情況只是做監控功能。
自控：當水泵的控制選擇開(kāi)關(guān)打在自動(dòng)控制時(shí)，系統置于中控、自動(dòng)控制模式。此時(shí)中控室發(fā)送中控命令到RTU，系統即處于中控控制模式下；控室發(fā)送自動(dòng)命令到RTU，系統即處于自動(dòng)控制模式 下。在自動(dòng)模式下，整個(gè)系統是以無(wú)人值守功能進(jìn)行設計的。整體自動(dòng)功能如下：
1#管道泵控制（最前一級）:
啟動(dòng)：1#管道泵的啟動(dòng)根據時(shí)間及需求控制，當設定開(kāi)泵的時(shí)間段到并且進(jìn)水壓力滿(mǎn)足開(kāi)泵要求，下級泵站需要開(kāi)泵或對應水池水位不足時(shí)，開(kāi)啟管道泵。開(kāi)泵時(shí)間段可有中控室遠程設定，也可在現場(chǎng)操作面板上進(jìn)行操作。
增泵：當變頻頻率到達上限，出站壓力仍達不到設定壓力時(shí)，連續10分鐘后，把這臺泵自動(dòng)設置成滿(mǎn)負荷運行，開(kāi)啟下一臺泵運行并進(jìn)行恒壓供水調整。
減泵：當變頻頻率到達下限，出站壓力仍超過(guò)設定壓力時(shí)，連續10分鐘后，停止最開(kāi)始運行的水泵。
停止：
1、當設定的時(shí)間段到時(shí)，自動(dòng)停泵。
2、當下一級的泵站不需開(kāi)泵并停機，相應的水池水位已滿(mǎn)時(shí)，停止水泵運行。
保護：
1、硬件保護功能。當變頻器故障等出現硬件故障時(shí)，把對應泵標記為故障狀態(tài)，切換到另一臺備用泵上運行。該故障標記自動(dòng)發(fā)送到中控室。
2、進(jìn)站壓力保護功能。進(jìn)站壓力設有兩個(gè)設定壓力，上限壓力與下限壓力。當進(jìn)站壓力達到上限壓力并維持1分鐘后，才允許開(kāi)泵。當水泵在運行時(shí)，進(jìn)站壓力低于下限并保持30秒后，表示來(lái)水不足，自動(dòng)停泵。此時(shí)停泵后進(jìn)水恢復到上限壓力，將繼續開(kāi)泵。
3、出站壓力保護功能。出站壓力也有兩個(gè)設定壓力，上限壓力與下限壓力。上限壓力用來(lái)判斷泵站自動(dòng)調壓系統是否失效，當出口壓力到達設定壓力上限并維持1分鐘后，表示變頻恒壓功能已經(jīng)失效，為保護出口管道，停止水泵運行。此故障需中控室發(fā)送命令解除后或現場(chǎng)解除后才能重新開(kāi)泵。
當出口壓力低于下限壓力并維持20分鐘后，判定為管道爆管，停止水泵運行，同時(shí)向中控室報警。此故障需中控室發(fā)送命令解除后或現場(chǎng)解除才能重新開(kāi)泵。
4、連續運行時(shí)間保護功能。每個(gè)泵站均設有兩個(gè)最大連續運行時(shí)間：泵站最大連續運行時(shí)間及水池最大連續運行時(shí)間，用來(lái)防止通信中斷、管道漏水等意外情況。
泵站最大連續運行時(shí)間用來(lái)控制下一級的泵站運行狀態(tài)，當下一級泵站的通信已經(jīng)中斷，原來(lái)泵站在運行，經(jīng)過(guò)泵站最大連續運行時(shí)間后，自動(dòng)認為下一級泵站已停止。
水池最大連續運行時(shí)間用來(lái)判斷水池的進(jìn)水情況，有兩種情況：（一）管道漏水使水池水位一直無(wú)法達到設定水位，（二）水池通信中斷。當水泵連續運行到設定時(shí)間時(shí)，也認為水池已滿(mǎn)。把此類(lèi)事件作為一個(gè)報警點(diǎn)發(fā)送到中控室。
其余管道泵控制
啟動(dòng)：其余管道泵的啟動(dòng)根據來(lái)水及下一級泵站（如有）及對應水池水位來(lái)控制，當進(jìn)水壓力達到設定開(kāi)泵要求壓力時(shí)，判定下一級泵站需要開(kāi)泵時(shí)或對應水池需要進(jìn)水時(shí)，開(kāi)啟管道泵。
增泵：當變頻頻率到達上限，出站壓力仍達不到設定壓力時(shí)，連續10分鐘后，把這臺泵自動(dòng)設置成滿(mǎn)負荷運行，開(kāi)啟下一臺泵運行并進(jìn)行恒壓供水調整。
減泵：當變頻頻率到達下限，出站壓力仍超過(guò)設定壓力時(shí)，連續10分鐘后，停止最開(kāi)始運行的水泵。
停止：當下一級的泵站不需開(kāi)泵并停機，相應的水池水位已滿(mǎn)時(shí)，停止水泵運行。
保護：
1、硬件保護功能。當變頻器故障等出現硬件故障時(shí)，把對應泵標記為故障狀態(tài)，切換到另一臺備用泵上運行。該故障標記自動(dòng)發(fā)送到中控室。
2、進(jìn)站壓力保護功能。進(jìn)站壓力設有兩個(gè)設定壓力，上限壓力與下限壓力。當進(jìn)站壓力達到上限壓力并維持1分鐘后，才允許開(kāi)泵。當水泵在運行時(shí)，進(jìn)站壓力低于下限并保持30秒后，表示來(lái)水不足，自動(dòng)停泵。此時(shí)停泵后進(jìn)水恢復到上限壓力，將繼續開(kāi)泵。
3、出站壓力保護功能。出站壓力也有兩個(gè)設定壓力，上限壓力與下限壓力。上限壓力用來(lái)判斷泵站自動(dòng)調壓系統是否失效，當出口壓力到達設定壓力上限并維持1分鐘后，表示變頻恒壓功能已經(jīng)失效，為保護出口管道，停止水泵運行。此故障需中控室發(fā)送命令解除后或現場(chǎng)解除后才能重新開(kāi)泵。
當出口壓力低于下限壓力并維持20分鐘后，判定為管道爆管，停止水泵運行，同時(shí)向中控室報警。此故障需中控室發(fā)送命令解除后或現場(chǎng)解除才能重新開(kāi)泵。
4、連續運行時(shí)間保護功能。每個(gè)泵站均設有兩個(gè)最大連續運行時(shí)間：泵站最大連續運行時(shí)間及水池最大連續運行時(shí)間，用來(lái)防止通信中斷、管道漏水等意外情況。
泵站最大連續運行時(shí)間用來(lái)控制下一級的泵站運行狀態(tài)，當下一級泵站的通信已經(jīng)中斷，原來(lái)泵站在運行，經(jīng)過(guò)泵站最大連續運行時(shí)間后，自動(dòng)認為下一級泵站已停止。
水池最大連續運行時(shí)間用來(lái)判斷水池的進(jìn)水情況，有兩種情況：（一）管道漏水使水池水位一直無(wú)法達到設定水位，（二）水池通信中斷。當水泵連續運行到設定時(shí)間時(shí)，也認為水池已滿(mǎn)。把此類(lèi)事件作為一個(gè)報警點(diǎn)發(fā)送到中控室。
自控模式下，所有的設定壓力、時(shí)間均可以通過(guò)現場(chǎng)操作面板或中控室進(jìn)行設定。
（二）、水池監測系統
系統共有多個(gè)水池，每個(gè)水池上安裝一套監測系統，監測各水池的液位。
水池發(fā)送的信號發(fā)送到中控室監控軟件，經(jīng)其轉發(fā)到對應的加壓泵站，用來(lái)控制加壓泵站的開(kāi)停。
根據我們的經(jīng)驗，水池監測需解決以下幾個(gè)問(wèn)題：
1、供電問(wèn)題
水池一般均遠離村莊，有專(zhuān)用的市電接入。但該市電是用于原水池的水處理設備，供電不一定得到保證。因此采用太陽(yáng)能加后備鋰電池供電方式，后備時(shí)間為一個(gè)月。
2、防雷問(wèn)題
水池一般在山上，受雷電影響比較大。雷電主要有兩個(gè)來(lái)源：市電及信號線(xiàn)。采用太陽(yáng)能供電可有效防止市電電源的影響，而本身可靠接地可以較好的防止信號線(xiàn)的雷電影響。
本系統中配置我公司的EN3113采集終端。
（三）、中控遠程監控系統
中控遠程監控系統安裝在中控室，主要完成以下功能：
1、接收加壓站、水池發(fā)送的數據
2、顯示各加壓站的運行狀態(tài)及數據
3、顯示各水池的液位
4、遠程設置泵站的各設定參數，如出站壓力、保護壓力、運行時(shí)間段等。
5、向各泵站轉發(fā)下級泵站及相關(guān)水池的信息，用于加壓泵站的自動(dòng)運行。
6、可以遠程控制加壓站的運行。
本系統中我們選用了市面流行的組態(tài)軟件（配置WEB組件），并配置我公司的GPRS驅動(dòng)程序Flying OPC,以DDE方式與組態(tài)軟件交換數據。
1、維護通信鏈路功能。
現場(chǎng)GPRS模塊通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )連接到Flying OPC 軟件上，Flying OPC自動(dòng)維護該鏈路，包括TCP/UDP端口守護，心跳包發(fā)送，線(xiàn)路斷開(kāi)重連等功能，保證現場(chǎng)RTU與監控計算機的連接線(xiàn)路暢通。
2、數據解析功能
根據RTU及水池發(fā)送的數據串，自動(dòng)解析出相應的物理量數據，如進(jìn)出站壓力、泵機運行狀態(tài)、水池水位等。解析出的數據自動(dòng)保存在內存中，在需要的時(shí)候發(fā)送到組態(tài)軟件中。
3、數據控制功能
根據組態(tài)軟件寫(xiě)入的數據，自動(dòng)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到RTU模塊中，完成參數的設置及設備的控制。
4、數據轉發(fā)功能
自動(dòng)完成轉發(fā)功能，對應的水池水位數據及泵站數據自動(dòng)發(fā)送到對應的加壓站的功能。要將什么水池的數據、什么泵站的數據以什么樣的數據格式發(fā)送到哪個(gè)泵站，都可在軟件中設置。
5、提供完整的數據接口
提供兩種數據接口功能（DDE及OPC）用于與組態(tài)軟件的數據交換。在這里建議采用最簡(jiǎn)單的DDE功能，保證系統的穩定可靠運行。
