【摘要】数传电台是指借助DSP技术和无线电技术实现的高性能专业数据传输电台。本文根据厦门筼筜污水处理厂无线远程无人值守泵站监控系统的应用进行分析。
【关键词】污水处理厂；数传电台；监控系统；组成
数字电台是数字式无线数据传输电台的简称。无线数传电台是通信行业发展较早的通信方式，也是比较成熟的一项无线通信技术，数传电台适用于各类点对点、一点对多点的无线数据传输系统，如电力负荷监控、配网自动化、水文水情测报、自来水管网监测、城市路灯监控、防空警报控制、铁路信号监控、铁路供水集中控制、输油供气管网监测、GPS定位系统、远程抄表、电子吊称、自动报靶、地震测报、防火防盗、环境监测等工业自动化系统。
1.概述
筼筜污水处理厂环筼筜湖原有滨北1、滨北2、滨北3、湖中、滨南1号、滨南2号、滨南3号、滨南4号，共8个污水提升泵站，分2路管道逐级提升周边污水至筼筜污水处理厂进行污水处理。原泵站为有人值守模式，值班人员三班倒24小时管理各个泵站的运行状况。由设在筼筜污水厂内部的调度室对各级泵站进行调度指挥。这样的模式给生产管理、调度带来诸多不便。同时由于污水具有腐蚀性，散发恶臭及有毒性气体，也极大的影响的工作人员的身心健康。在这样的背景下，筼筜污水处理厂建设了无线远程无人值守泵站监控系统。
无人值守泵站监控系统建成之后，能实时监测各个泵站系统的主要工艺参数（如流量、水位、电压、电流等）及安全报警信息（红外线防盗及烟雾报警信号）、能在调度室直接下达限机数、能控制污水提升泵、格栅机等设备并监视泵机的运行状态，同时提供生产管理所需的报表、曲线、数据查询等功能。它的建立对污水泵站的安全生产、科学调度有着重要的意义。
2.系统组成
系统设置1个主站，下设滨北、滨南两条支线共8个子站。主站（控制中心）设在二厂调度室，滨北支线泵站：滨北1号泵站、滨北2号泵站、湖中泵站、滨北3号泵站，滨南支线泵站：滨南1号泵站，滨南2号泵站，滨南3号泵站，滨南4号泵站。这些支线泵站相互联系，组成一个整体，实时采集各泵站的状态数据，在发生故障时从控制中心对故障泵站发出应急指令。
系统由1个主站8个子站组成，采用一主多从结构、分布式无线实时监控方式（简称SCADA）。
2.1 主站
采用西门子S7-200系列的以CPU-226PLC做主机，通过无线数传电台以“轮询”方式对8个子站实现远程数据采集、监视与控制，上位机采用组态王跟西门子主机通信，人机界面实时模拟显示现场工作情况。
2.2 子站
采用西门子CPU-226PLC实现泵站运行自动控制、现场数据采集，并通过无线数传电台与主站实现数据传输与远程控制。
3.系统功能
3.1 手/自动的控制方式
考虑到控制系统的安全性及维护的实用性，系统控制方式分为手动和自动两种方式。系统的自动化控制可大大减轻工作强度，提高工作效率。而当控制回路出现故障或报警时，可安全的切换至手动控制停机、调试。
（1）系统的手动、自动控制，由控制屏上转换开关切换。手动控制时，手动按控制面板上的按钮进行操作；当切换为自动控制时，泵站由PLC智能自动控制。
（2）为保证系统的不间断运行时间，系统的自动方式分为强制自动和遥控自动两种。所谓强制自动即由子站PLC全权控制所在子泵站系统，此方式用于通讯出故障时，独立运行子系统不受其他监控系统故障的影响。遥控自动即所有分站子系统接受由主PLC设置下传的控制开机台数，实现整个系统联控。两种自动控制方式的选择由PLC输入端子设置。
3.2 泵站子系统自动控制功能
按照工艺和系统联动要求，实现子站自动控制功能如下：
（1）PLC采集集水井的水位4-20mA模拟信号，设定水位高低限值，控制泵的开、停。以此保证不出现低水位抽空泵，也不发生溢流。
（2）按照工艺要求的泵的开、停顺序进行联锁控制：先开先停，循环运行。保证系统安全正常运行。
（3）对分南北池的泵站，实行轮流开机运行方式。
（4）为免造成管道溢流或泵站自回流，在强制自动方式时由输入端子设置最多开机台数，在遥控方式时由主站控制。
3.3 系统联锁保护及自动控制功能
这部分功能主要是系统的联锁启动、停止，故障的自诊断及安全恢复、自动运行，具体功能如下：
（1）子站运行过程中，若超过3分钟没收到主站信号，则自动关闭本站。
（2）主站没收到子站传回的运行信号时，自动关闭前级泵站。
（3）遥控方式时，最大开机台数由主站控制。
（4）设定抽水量时，比较前、后级泵站的设定数据，若前级泵站大于后级泵站时，报警提示。
（5）后级泵站断电时，立即关闭前级所有泵站的水泵，直到后级泵站恢复正常运行后，前级泵站按顺序重新启动运行，每级泵站顺延10分钟启动。
（6）当子站出现通讯等故障，不能实现系统的联动时，可通过主站关闭整个系统的联动功能，使子站进入强制自动运行状态。
3.4 机组故障保护功能
（1）过载保护：除热继电器硬件保护外，还具备PLC软件过载保护，双重保护。
（2）抽空泵保护（水泵欠载保护）。
（3）电动机频繁启动保护，防止因控制回路元件接触点接触不良引起电机频繁开停，烧毁交流接触器或电机。
（4）潜水泵漏水、超温保护。
3.5 系统数据监控功能
（1）子站信号：输入开关量信号；水位信号，低水位报警信号；泵、除污机运转信号；清沙信号；潜水泵故障信号；红外线报警器，烟雾报警器输入信号；限机、强制自动输入信号；故障复位信号。
（2）模拟量：各机组电流；三相电流；三相电压；集水井水位；无功功率；有功功率。
（3）PLC输出信号：泵开停控制信号；关总电闸输出；故障类型信号输出。
（4）监控系统采集的数据包括：1）全部模拟量信号；2）泵、除污机运转信号；3）机组故障信号：过载、抽空泵、频繁启动、漏水/超温；4）报警信号：防盗、失火等；5）泵站清沙信号。
（5）主站控制显示箱，箱内安装主站PLC：1）控制：a.紧急关总闸按钮；b.泵站开机台数设置；c.消声按钮；d.联控开关。2）显示：a.通讯故障显示；b.泵站故障显示；c.故障声报警。
4.系统综述
用无线电台方式实现远程数据采集、监视与控制，相对于架设专用电缆（或光缆）、租用电信专线等，具有造价低廉、施工快捷、运行可靠、维护简单等优点。
数字电台采用数字信号处理、纠错编码、软件无线电、数字调制解调和表面贴片一体化设计等技术，具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点，电台提供标准RS232数据口可直接与计算机、RTU、PLC、GPS接收机、数码相机、数据终端等连接，传输速率达19200bps，误码低于10E-6（接收电平-110dBm时），发射功率0.5-25瓦可调节，任何型号电台可设置为主站或远程站使用，无中转通信距离达50公里以上，能适应室内或室外的恶劣工作环境。电台数据和话音兼容，可工作于单工、半双工、时分双工TDD、全双工方式，收发同频或异频中转组网，并具有远程诊断、测试、监管功能，满足各行业调度或控制中心与众多远方站之间的数据采集和控制。
4.1 采用数传电台方式进行远程数据透明传输具有以下优点
（1）系统响应速度快：本系统采用虽只采用串口通讯常用的9600波特率，但在自动化控制系统中该通信速率已足够满足快速响应的要求；
（2）传输距离较远：采用25W的数传电台测试有效的覆盖半径为10公里，满足客户的距离要求；
（3）实时性好，数传电台收发转换时间为10ms；
（4）兼容性及扩展性强：采用透明传输方式，采用PPI协议可以很方便地和西门子200PLC通信，可以满足客户设备上的需求；
（5）运营费用低：仅需向无线管委会缴纳少量的频段管理费用，即可长期使用。
4.2 同时数传电台通讯存在以下缺限
（1）传输距离限制：在高楼林立的城区内，发射信号容易受到安装地点附近的高大建筑阻挡。使通讯中断。
（2）通用性差，对使用人员专业性要求较高：本系统中，控制中心采用工业计算机，计算机RS-232串口和数字无线电台相连，通过主站向从站发送数据，并接收从站发来的数据。主站接收从机传来的各自信号，处理后显示输出，如果有异常情况发生，可进行报警，提醒操作人员采取措施，防止事故发生。系统有在线组态功能，根据采集的水位、电流、电压等模拟量及开关量等整个系统数据状况，自动对各从机在线组态，控制整个系统自动运行。主机可自动生成各种报表，并设有值班检查功能及定时打印、随机打印功能，实现对整个泵站系统自动化管理。
本系统针对厦门筼筜污水处理厂污水泵站的特点，利用数传电台通信构成分级计算机控制系统，实现污水泵站无人值守，提高了污水泵站使用效果，降低了运行费用，设计先进、运行可靠，适合于现代污水泵站的发展趋势，已成功地应用于城市污水泵站，取得了良好的社会和经济效益。
参考文献
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[2]张文亮，冷祎污.水泵站远程监控系统的设计与实现[J].工业控制计算机，2011（07）.