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烏魯木齊河水源地自動化控制改造設(shè)計方案比選

2012-05-08 13:25張潤杰
水利規(guī)劃與設(shè)計 2012年5期
關(guān)鍵詞:傳輸方式烏魯木齊水源地

張潤杰

(新疆天山源水管理經(jīng)營有限公司 烏魯木齊河管理處 烏魯木齊市 830000)

1 問題的提出

烏魯木齊河水源地自動化控制系統(tǒng)是烏魯木齊河綜合自動化系統(tǒng)工程的一個子系統(tǒng),該系統(tǒng)是一個井群泵站監(jiān)控系統(tǒng),包括八一閘、西山和甘河子三個水源地的井群泵站。經(jīng)過對整個泵站進行自動化控制,以 PLC為中心形成一個監(jiān)控控制系統(tǒng),即SCADA系統(tǒng),可以實現(xiàn)現(xiàn)地控制和遠(yuǎn)程控制,共計可控制 26臺泵。原設(shè)計實施是采用有線電纜傳輸方式進行的,經(jīng)過兩年多的運行出現(xiàn)了一些問題:

(1)對烏魯木齊河水源地自動化控制系統(tǒng)原設(shè)計考慮設(shè)備避雷問題有欠缺,主要是烏魯木齊地區(qū)夏季打雷閃電的機會不多,可是近幾年反而該地區(qū)打雷閃電的機會逐漸多起來,導(dǎo)致西山水源地控制8個模塊被雷擊,造成系統(tǒng)不能工作。

(2)烏魯木齊河水源地自動化控制系統(tǒng)采用的有線控制,受到泵站強電的影響,干擾了控制系統(tǒng)的運行。確切地說是控制系統(tǒng)的PLC的模塊受到了影響,并出現(xiàn)了故障,經(jīng)供貨商技術(shù)人員到場檢測,是受到了泵站的強電干擾。那么為什么剛建設(shè)時沒有發(fā)現(xiàn)其問題,運行一段時間后才出現(xiàn)此問題,商家也解釋不清楚,同時這種影響一直沒有排除。

(3)水源地內(nèi)的基本建設(shè)對有線電纜的傳輸影響比較大。近些年來,西山水源地增加了許多泵站,建設(shè)了輸水管道和管理房,并且還增加了綠化,對控制系統(tǒng)的有線電纜的傳輸損壞很大。另外甘河子水源地也進行了綠化生態(tài)建設(shè),情況也是如此。

鑒于上述問題,對烏魯木齊河水源地自動化控制系統(tǒng)的改造設(shè)計(主要是指西山和甘河子水源地)勢在必行,就此提出了三種方案進行比選。

2 方案的比選

2.1 方案的概述

烏魯木齊河水源地自動化控制系統(tǒng)采用的是經(jīng)過專家論證確定的共纜傳輸方式,是集報警、圖像、對講和自動控制為一體的系統(tǒng),由于上述問題的存在,出現(xiàn)了信號傳輸故障,報警不靈的現(xiàn)象。此改造設(shè)計方案是解決信號傳輸問題,即在保留前端報警及音視信號采集設(shè)備的基礎(chǔ)上更換傳輸設(shè)備或改變傳輸方式以恢復(fù)系統(tǒng)所有的功能,同時需要結(jié)合以下制約因素統(tǒng)一考慮:(1)可靠、安全、可擴容和高保密性;(2)要經(jīng)濟合理,要求采用最經(jīng)濟方式實現(xiàn),真正做到物超所值。就此提出了光纜傳輸方式、無線傳輸方式和共纜傳輸方式(有線電纜傳輸方式)三種方案。

2.1.1 光纜傳輸方式

該方案比較成熟,目前大多數(shù)項目都在使用,其優(yōu)點:光纖不僅傳輸距離遠(yuǎn),還沒有衰減,抗干擾性能強,擴容余地大,還能很簡單的實現(xiàn)所有報警功能。其缺點為:(1)施工期相對較長,需要半個月以上;(2)要進行光纜鋪設(shè),由于泵房是星狀布設(shè)的,光纜鋪設(shè)較麻煩,需要鋪設(shè)近4km;(3)淘汰現(xiàn)有的共纜線路及所有傳輸終端設(shè)備,造成浪費;(4)成本較高,包括光纜鋪設(shè)及光端機配置需要近20萬元左右。

2.1.2 無線傳輸方式

近幾年無線技術(shù)發(fā)展的比較快,目前無線方式主要有:微波、超短波及無線局域網(wǎng)等方式,此次我們選擇zigbee技術(shù),zigbee技術(shù)是一個由可多到 65000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺,十分類似現(xiàn)有的移動通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng),每一個zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊類似移動網(wǎng)絡(luò)的一個基站,在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi),它們之間可以進行相互通信,每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的 75m,到擴展后的幾百米,甚至幾公里,另外整個zigbee網(wǎng)絡(luò)還可以與現(xiàn)有的其它的各種網(wǎng)絡(luò)連接。例如,你可以通過互聯(lián)網(wǎng)在北京監(jiān)控云南某地的一個 zigbee控制網(wǎng)絡(luò)。不同的是zigbee網(wǎng)絡(luò)主要是為自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立,而移動通信主要是為語言通信而建立,每個移動基站價值一般都在百萬元人民幣以上,而每個zigbee“基站”成本極低,每個zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不僅本身可以與監(jiān)控對象,例如傳感器連接直接進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控,它還可以自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料,除此之外,每個zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(FFD)還可以在自己信號覆蓋的范圍內(nèi),和多個不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(RFD)無線連接。每個zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(FFD)和(RFD)可以支持多到 31個傳感器和受控設(shè)備,每個傳感器和受控設(shè)備終可以有8種不同的接口方式,可以采集和傳輸數(shù)字量和模擬量。通常符合如下條件之一的應(yīng)用,就可以考慮采用zigbee技術(shù)做無線傳輸:(1)需要數(shù)據(jù)采集式監(jiān)控的網(wǎng)點多;(2)要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大,而要求設(shè)備成本低;(3)要求數(shù)據(jù)傳輸可靠性高,安全性高;(4)設(shè)備體積很小,不便放置較大的充電電池或者電源模塊;(5)電池供電;(6)地形復(fù)雜,監(jiān)測點多,需要較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋;(7)現(xiàn)有移動網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū);(8)使用現(xiàn)存移動網(wǎng)絡(luò)進行低數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪b測遙控系統(tǒng);(9)使用GPS效果差,或成本太高的局部區(qū)域移動目標(biāo)的定位應(yīng)用。

Zigbee技術(shù)的特點:(1)省電,兩節(jié)五號電池支持長達6個月到2年左右的使用時間;(2)可靠,采用了碰撞避免機制,同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙,避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突,節(jié)點模塊之間具有自動動態(tài)組網(wǎng)的功能,信息在整個 zigbee網(wǎng)絡(luò)中通過自動路由的方式進行傳輸,從而保證了信息傳輸?shù)目煽啃?;?)時延短,針對時延敏感的應(yīng)用做了優(yōu)化,通信時延和從休眠態(tài)激活的時延都非常短;(4)網(wǎng)絡(luò)容量大,可支持達65000個節(jié)點;(5)安全,zigbee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能,加密算法采用通用的AES-128;(6)高保密性,64位出廠編號和支持AES-128加密。

Zigbee技術(shù)是當(dāng)今世界發(fā)展最快的技術(shù),國內(nèi)真正應(yīng)用還不多,此次我們的應(yīng)用也是一個創(chuàng)新。

2.1.3 共纜傳輸方式(有線電纜傳輸方式)

共纜傳輸是基于有線電視技術(shù)的一種傳輸方式,是到目前為止比較成熟,且成本較低,屬于易于布置的一種傳輸方式,而并非淘汰的傳輸方式,在控制工程中早期也是被廣泛應(yīng)用的,只是近些年,由于光纜技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展,較少采用罷了。

該方案不改變現(xiàn)有的傳輸方式,只是更換傳輸終端而已,最大限度的利用現(xiàn)有資源,投入較少,沒有土建工程。

2.2 方案的比選

將上述3種方案作對比見表1。通過上述方案的對比(從表 1可以看出),結(jié)合烏魯木齊河水源地現(xiàn)有的實際情況,并考慮上述諸多因素,選擇無線傳輸方式是最優(yōu)方案,即采用 zigbee技術(shù)比較合理。

采用無線傳輸方式——zigbee技術(shù),針對烏魯木齊河水源地自動化控制主要改造 2個井群,西山水源地井群9口井,甘河子水源地井群7口井,其中中心控制邊上有4口在一起,考慮用一個 TY6000zigbee通信采集模塊實現(xiàn)采集,所以總共使用13個TY6000zigbee通信采集模塊,2個井群數(shù)據(jù)集中到 TY8000zigbee通信采集模塊,TY8000zigbee通信模塊和中控室通過網(wǎng)絡(luò)通信,使用2臺TY8000zigbee通信采集模塊,這樣就實現(xiàn)了水源地自動化控制的改造設(shè)計。

表1 三種方案對比表

3 結(jié)論

烏魯木齊河水源地自動化控制改造設(shè)計方案通過對比,選擇無線傳輸方式,即采用zigbee技術(shù),即可以解決避雷、強電的影響,也可以解決水源地基本建設(shè)的影響,即安全可靠,又經(jīng)濟實惠,即可以節(jié)電,又可以擴容。另外創(chuàng)造性地應(yīng)用了一項新技術(shù),也是新疆應(yīng)用此技術(shù)的首例,它將為城市供水起到舉足輕重的作用。

1 張潤杰.烏魯木齊河綜合自動化系統(tǒng)工程運行維護探討[J].水利建設(shè)與管理,2010,(7):35-37.

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