排水泵站作为城市建设中的重要设施，具有数量多、分布广的特点，本文介绍了一种基于"三网合一"及VPN技术的广域监控网络，实现对大量分散在广阔地域的各单体污水泵站进行分散控制、集中管理的 "三位一体"的创新管理模式，实现了泵站的无人值守、综合监控、信息处理、现场生产调度指挥等功能，实现了城市污水排放体系的自动化管理，并显著降低能耗、提高管理质量和管理效率，具有现实的意义。

关键词：排水系统自动化管理体系 无人值守泵站 网络监控 三网合一 VPN 

 一、概述

随着我国工业经济的高速发展，市政排水泵站数量日益增多，地域日益分散，使得相关的管理维护工作量大幅增加。污水泵站的日常维护工作一般采用人工巡视检查的办法，工作量大、效率低、反应慢，这种管理方式越来越不适应城市发展的要求。国内也有部分较为先进的污水排放管理系统采用了无线数据传输技术，用于实时传送污水泵站的检测数据，但其管理和维护仍需采用人工巡视的方法。采用无线方式实现泵站实时监控，技术较为复杂、可靠性差、代价较高。因此，如何把现代信息技术运用到污水管理体系中，实现城市污水排放体系的自动化管理、提高管理质量和管理效率，具有现实的意义。

二、城市排污系统自动化信息管理体系的基本建设要求

排污系统自动化信息管理体系实际包含控制管理系统、各污水泵站监控系统、视频监控系统以及网络通讯系统等五大部分。其中控制管理系统可构成控制中心，控制中心是整个管理体系的核心，是区域内各污水泵站的信息汇总点和整个系统的协制中心。

通过控制中心可以全面掌握区域内各污水泵站的实时运行状态，并根据预设规则自动实施对泵站的遥控操作，也可以在特殊情况下实施泵站现场的人工干预。通过现场自动监控图象的实时传递，控制中心可以远距离观察现场实况，实现现场的无人值守管理。

对于控制中心，一般有以下的要求：

1、实时观察区域内各污水泵站的运行状态

2、及时控制区域内各污水泵站的可控设备

3、区域内各污水泵站历史运行信息的记录

4、各种报表、记录的生成和输出

5、多种报警信号的处理与记录

污水泵站监控系统是泵站现场控制执行机构和控制中心集中管理的信息源，一般实现以下功能：

1、泵站的总体供电状况检测与故障告警

2、水泵的电气运行数据检测及故障告警

3、污水泵的遥控、手控启停功能

4、清污隔栅的工作状态检测、控制和故障告警

5、启闭机的工作状态检测、控制和故障告警

6、液位、污水流量的检测

7、无人值守的现场监控

排污系统自动化信息管理体系的正常运行依赖于泵站监控系统与监控中心之间的有效信息交换，信息的传递不仅包括一般的实时数据传递和控制信号的传递，还包括了远程实时监控视频图象信息的传递，如何利用现代通信技术的发展，实现可靠、稳定的信息交换是系统建设的关键之一。

三、城市排污系统自动化信息管理体系的技术构架

排污系统自动化信息管理体系的核心在于信息的远传与控制，现代网络技术的发展为信息远距离交流提供了技术基础。考虑到污水泵站分布面广、距离远，采用人工布线构建专用的局域网具有代价高、工期长、网络利用率低的缺点。本文提出了基于租用电信光纤线路构建虚拟专用广域网的方案，可避免专用网络的缺点，具有经济性好、建设周期短的优点。

如图1所示，系统分为三个层次结构：现场控制设备、单体泵站监控系统、监控管理系统。

各单体泵站监控系统核心采用PLC控制器，泵站内的各项数据采集和控制均由PLC来协调完成，PLC系统的网络服务功能模块通过VPN光纤网络与控制中心的管理服务器形成信息交换链路，完成控制中心与泵站现场的数据交换和控制信息传递。泵站内视频监控设备的模拟信号经过视频服务器转换为数字视频信号，由视频服务器通过VPN光纤网络上传至监控中心的视频服务器，同时监控设备的调整控制信号通过同样的链路，由控制中心传送至现场。

四、应用实例

以上排污泵站信息化系统管理体系建设方案已在绍兴市城区污水泵站改造项目中由绍兴市排水管理有限公司与杭州亚大自动化有限公司联合开发并具体实施，改造完成后的排污系统实现了近30座排水泵站区域网络控制功能，在控制中心不仅可以监视远程泵站现场情况和各种运行数据，同时可以实现远程遥控功能，使泵站实现无人值守自动化管理，大大提高了管理的质量和效率。

4.1 系统组成

污水泵站骨干网络通讯系统为光纤有线传输网络。自动化管理系统由监控系统、各污水泵站控制系统、光纤网络通讯系统和CCTV图象监控系统、现场检测仪表系统及泵机、电动阀门等组成。

系统主要硬件配置包括：

1）管理服务器：采用Dell PE2600 Sever(XEON2.4G/512M SDROM/120G SCSI HDD)

2）视频服务器：采用Dell PE1600SC Sever（双XEON2.8G/1G SDROM/2×146G SCSI HDD）

3）监控计算机：采用AdvanTech IPC610( PIV3G/1G SDROM/80G HDD)

4）泵站PLC系统： 采用SIEMENS S7-300系列以及GE90-30系列

5）泵站视频服务器：采用VAJET嵌入式网络视频服务器。

系统主要软件配置包括：

1）操作系统：服务器采用Windows2000 Sever、监控计算机采用Windows2000 Professional

2）监控软件：基于Wonderware Intouch8.0软件开发

3）数据库管理软件：基于Mcrosoft SQL Sever6.0开发

4）视频管理软件：采用VAJET nDVR

4.2 现场无人值守泵站控制

处于最底层的就是分布于市内各地区的无人值守污水泵站，在正常情况下，污水泵站现场控制系统直接通过PLC控制器编程实现自动控制，并实现如下功能：

一、泵站数据采集及现场控制：

1、就地采集现场数据如进水池液位、流量、水泵的报警信号和一些电量参数等，经控制程序分析处理，将各工艺部分的各类仪器、仪表采集的数据进行比较、运算、优化，以达到各受控设备的自动运行、故障保护等功能；

2、节能控制：根据泵站液位智能控制算法实现污水泵变频节能控制。实际节电效率平均为30%；

3、根据各个污水泵的累计工作时间，通过PLC编程实现泵运行时间的排序算法，以启停具有最适合条件的污水泵，达到提高污水泵寿命的目的。

4、采集泵站防盗系统信号，当出现非法入侵时，及时上传报警信号。

主要编程控制对象：

1.格栅机控制：可设定一时间周期，格栅机定时清渣。

2.污水泵控制：可设定污水泵站集水池的上下报警水位，通过控制开停泵的台数和控制泵的运行频率，控制集水池的水位。

3.电动阀门控制：①开泵时：电动阀门关，启动污水泵，延时后，打开电动阀门；②关泵时：关闭电动阀门，停污水泵。

4.启闭机控制：根据集水池的水位开或关启闭机，控制污水进水流量。

二、是将各受控设备的运行数据上传至上位监控计算机：通过光纤有线传输网络将泵站采集的现场信号以TCP/IP数据包的形式通过泵站测控系统的以太网通讯链路发送到监控中心；

三是接受监控中心控制指令并执行控制指令。

4.3 远程监控

为了监测泵站是否正常运行，并保证能及时发现泵站的异常状况、及时作出调度决策，一方面监控系统接收来自PLC采集的现场信号，另一方面对于各单体泵站系统，采用CCTV图像监视系统对现场的运行状况进行全过程实时图像监视，视频信号采用MPEG-4视频压缩技术，转换成TPC/IP数据包通过以太网通信链路发送到监控中心。以太网通信链路由网络交换机和光纤有线传输设备，电信广域网络及交换设备组成。这样通过基于TCP/IP协议的嵌入式Web服务器的网络视频监控方式，可以在控制中心显示泵站采集的现场数据和设备运行状况，使远程监控中心能通过网络监视到现场实况。并可在监控中心通过网络远程控制摄像机镜头的水平、垂直转动，以及修改视频系统配置。

中控室汇集各污水泵站所有信息，并监测、控制各个污水泵站的可控设备。监控中心的计算机系统包括管理服务器、监控计算机及外部设备、光纤计算机网络通讯系统及接口、 CCTV图像监视系统。监控系统可实时检测中心计算机系统与下位机的远程网络通讯是否正常。当与下位机的远程网络通讯失败（PLC断电、电缆断开等）时，系统可以自动检测并报警。网络通讯状况可以在监控画面上以不同的形式（如文字、流动条等）表现出来。

主要功能实现：

1.主界面：显示泵站主要设备的实时运行状态和故障状态，显示PLC和中控室计算机之间的光纤网络连接状况。

2.参数设置：保证控制系统按照人的意志去执行全自动运行过程。

3.操作界面：所有设备控制都可在触摸屏上实现开、关、停。

4.参数监控界面，查看泵站所有的检测参数和设备的开停状态、故障信息等状态；以及其他主要参数。

5.报警信息：可供实时查询，便于维护人员维修，同时报警信息自动被记录并归档，以增强管理功能。

6.曲线图：显示流量、压力、液位等参数的实时曲线。

监控中心的设备按照初期系统规模需求情况配置，还要考虑以后系统扩大后的最终需求；另外还要在配置PLC控制系统时留有一定的冗余量。

4.4管理功能

为了加强控制中心的管理功能，本系统还开发了采用分布式客户机/服务器结构的大型数据库管理系统，以实现稳定和可靠的数据库管理和强大的数据服务功能。可有效地实现泵站监控与管理系统信息的数据共享，运行数据、状态信息和管理数据的实时处理，满足整个系统的工程组织管理、生产管理和技术管理的要求。

在客户端可实现用户的登录管理、分级管理。完成数据的存储、查询、浏览、分析统计、数据发布和报表打印等功能。数据库需求分析和设计采用正规化分析原则，可确保数据的完整性和可靠性。

为了更方便地从外界获得信息，还通过交换机连入的专线，为了防止外部入侵，本系统在控制中心的和外部互联网之间设立了防火墙。

五、总结

本排污系统自控系统目标是建成"无人值守"的监控系统，特点是覆盖面大，并且从远端至监控中心有多路图像信号需要传输和控制。通过光纤网络实现图像及相关控制信号的远程传输，真正做到语音、数据、图像的"三网合一"。

通过光纤组成VPN城域网络，实现对众多分散在广阔地域的单体各污水泵站进行分散控制、集中管理的 "三位一体"的创新管理模式。充分体现了"集中管理、分散控制、多层分级"的现代化控制和管理理念，以利于最大化地提高效益、节约成本，适应排水管理企业化、市场化运作的需要。

为了实现对泵站的无人值守、综合监控、现场生产调度指挥及对灾害和突发事件的应急处理，确保监控场所内设备的可靠运行及人员的安全，系统采用视频监控方式。这样就方便了泵站的日常管理，增强了泵站的安全性和防范能力，使管理人员准确及时地掌握各处泵站设备的实时动态信息。下载本文