ELPRO 公司的EP105H 系列無線智能測控終端

ELPRO公司的EP105H系列無線智能測控終端

在給水自動控制中的應(yīng)用[澳大利亞埃波羅科技（中國）有限公司上海200122]姜金呈

-－發(fā)表于《自動化博覽》2003年第四期

摘要：介紹了一種新型的無線智能RTU在城市供水中的應(yīng)用，詳細(xì)敘

述了整個供水系統(tǒng)的功能以及新型RTU的特點。

關(guān)鍵詞：智能RTU城市供水管網(wǎng)測壓點庫爾勒

Abstract:IntroduceapplicationsofanewintelligentRTUinwater

supplysystem,describethefunctionofwatersupplysystemandthe

characterofRTUindetails.

Keywords:IntelligentRTUWatersupplysystemWaterpressureofpipes

Korla

一、問題的提出

庫爾勒地區(qū)鐵路臨管處現(xiàn)有給水井10口，擔(dān)負(fù)著全庫爾勒鐵路臨管處地區(qū)生產(chǎn)、生活

用水的供給任務(wù)。日供水能力為3萬立方。原設(shè)計無揚配系統(tǒng)，供水直接由泵房泵入地區(qū)管

網(wǎng)。地區(qū)10臺水泵，日平均運行時間為22小時，均為人工控制。每個泵房定員3人，實行

三班制，定員需30人。

這種管理現(xiàn)狀存在著以下問題:

a．由于水泵由人工控制，無法做到均衡供水，特別是當(dāng)某臺泵停泵時，其它泵又不能

及時開機(jī)時，短時間內(nèi)造成水的嚴(yán)重供給不足。

b．每臺水泵日平均運行22小時，無科學(xué)依據(jù)，供水設(shè)備用電時間長，消耗電能較大，

且造成了較大的浪費。

c．由于水泵連續(xù)運行時間較長，供水設(shè)備負(fù)載運行幾乎無間歇時間，大大縮短了設(shè)備

使用壽命。

d．調(diào)度中心管理人員無法及時了解庫爾勒地區(qū)供水壓力分布情況，因而，無法對各泵

房的開啟、關(guān)閉進(jìn)行有效調(diào)控，且不能做到心中有數(shù)。

e．庫爾勒鐵路臨管處機(jī)務(wù)、車輛段、庫爾勒車站日平均用水量為320立方米，日最高

用水量達(dá)到334立方米用水高峰期時，由于供水不平衡，壓力不足，難于確保生產(chǎn)

的正常供水。

f．同時，由于水井分布較為分散，氣候特征為冬季寒冷，夏季酷暑。長期以來，傳統(tǒng)

供水系統(tǒng)的控制主要采用人工操作控制方法，這樣，既造成整個供水系統(tǒng)運行的穩(wěn)

定性較差，同時，也導(dǎo)致供水與節(jié)水相互矛盾。出現(xiàn)供水不均，供水量和用水量不

相適應(yīng)，供水設(shè)備運行效率偏低，供水管網(wǎng)跑、漏現(xiàn)象嚴(yán)重等一系列供水系統(tǒng)常見

的問題。既浪費了大量的人力、物力同時也使設(shè)備和管網(wǎng)無法高效運行。

為了解決上述問題，提高供水系統(tǒng)的控制手段和管理水平，動態(tài)實時監(jiān)測并合理控制供

水系統(tǒng)運行，連續(xù)采集和分析系統(tǒng)運行參數(shù)成為解決問題的關(guān)鍵。而這些在人工控制式下是

無法實現(xiàn)的。因而，需要建設(shè)一套適合現(xiàn)代管理的城市供水遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA

系統(tǒng)）。

二、項目說明

該SCADA系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模為10口水源井，2個管網(wǎng)測壓點，1座管理站（MCC）。本系統(tǒng)為

一個集散型控制系統(tǒng)，整個系統(tǒng)分為二層結(jié)構(gòu)，即MCC及現(xiàn)場RTU。

工程結(jié)構(gòu)示意圖：MCC為監(jiān)控中心，主要完成整個供水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、儲存、分析、診斷及對遠(yuǎn)程RTU

設(shè)備完成實時監(jiān)控，并將相關(guān)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，為生產(chǎn)管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，供生產(chǎn)人員進(jìn)行

各種統(tǒng)計分析，并輸出生產(chǎn)日、月、季和年報。MCC選用高品質(zhì)工作站和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，使系

統(tǒng)運行具有較高的穩(wěn)定性。同時完成對水源地10口水源井電流、電壓、電能、流量、壓力、

液位等數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控。對變頻設(shè)備的起停，通過鍵盤或鼠標(biāo)即可完成，也可通過軟件設(shè)

定自動完成，并可在設(shè)備工作異常時自動完成保護(hù)停機(jī)。為保證系統(tǒng)的可靠性，井房RTU

可脫離上位系統(tǒng)獨立工作，自動完成管網(wǎng)恒壓控制，操作人員也可在現(xiàn)場直接操作設(shè)備。為

保證設(shè)備和人員的安全，現(xiàn)場的操作權(quán)限大于中控室，由于整個系統(tǒng)的最終任務(wù)就是現(xiàn)場數(shù)

據(jù)的采集和現(xiàn)場設(shè)備運行的控制，所以對現(xiàn)場RTU的選擇則是整個系統(tǒng)安全、可靠的關(guān)鍵。

三、系統(tǒng)的先進(jìn)性

在本系統(tǒng)中，采用澳大利亞ELPRO公司的EP105H系列無線智能測控終端，完成數(shù)據(jù)采

集和控制，該設(shè)備一改以前常規(guī)的電臺（車載臺）加PLC或單片單板機(jī)的方式，采用電臺、

I/O設(shè)備、通訊控制器、存貯器、邏輯控制器等一體化結(jié)構(gòu)，大大的提高了設(shè)備可靠性，并

且自帶了無線電信號測試軟件使安裝調(diào)試、極為方便。設(shè)備組態(tài)軟件化，采用“傻瓜”式填

空操作，對運行人員的素質(zhì)要求低，適合絕大多數(shù)的用戶。同時通訊波特率可高達(dá)9600bps，

采用全雙工方式工作，目前可以說是其它任何200MHz電臺無法比擬的。該設(shè)備可以直接連

接傳感器和執(zhí)行器，通過天饋系統(tǒng)直接與主臺通訊。并可在上位計算機(jī)故障或關(guān)機(jī)時獨立工

作，并在恢復(fù)通訊后將相關(guān)數(shù)據(jù)補送給上位計算機(jī)。EP105系列智能RTU采用200～235MHZ

的頻點與管理站計算機(jī)通訊，可自動完成路由偵聽、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)、出錯重發(fā)、報警等功能。

采用數(shù)字屏蔽等高新技術(shù)，保證整個系統(tǒng)的安全性和可靠性。另外，EP105系列智能RTU還

具有5級中繼功能，這樣的功能在城市供水系統(tǒng)中就顯示出絕佳的性能，省去了中繼設(shè)備的

投資費用。EP105系列智能RTU的數(shù)據(jù)采集及發(fā)送采用自報式和訪問式相結(jié)合的方式，使數(shù)

據(jù)發(fā)送的實時性得到保證，特別是設(shè)備故障等報警信號產(chǎn)生時計算機(jī)可立刻做出反應(yīng)，這也

是其它輪詢工作方式的電臺無法相比的，真正保證了系統(tǒng)和設(shè)備的安全。

四、系統(tǒng)的實用性

整個系統(tǒng)所建立的監(jiān)控中心（MCC），與現(xiàn)場子站形成一個網(wǎng)絡(luò)，通過此網(wǎng)可以遠(yuǎn)程實時

查詢生產(chǎn)數(shù)據(jù)。監(jiān)控中心（MCC）可通過路由器介入技術(shù)并入局域網(wǎng)。該系統(tǒng)工程采用無線

傳輸方式，建設(shè)地點在庫爾勒鐵路臨管處建水段原泵房內(nèi)，無拆遷購地問題，對水暖電、道

路等亦無破壞。該系統(tǒng)不改變泵房的主體設(shè)備，在原有泵房設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過SCADA系統(tǒng)

實施控制。本SCADA系統(tǒng)應(yīng)配的主要設(shè)備包括微機(jī)、EP105H系列智能RTU、變頻器、各種流

量計、壓力、電流、電壓、電能、液位等變送器等。該系統(tǒng)投入成本造價不高，一次性投入，

終身收益。投入應(yīng)用后，可節(jié)約大量的人力、物力和財力。

該系統(tǒng)實現(xiàn)過程數(shù)據(jù)監(jiān)測和控制。輔助調(diào)度決策、參數(shù)報警、事故報警、報表管理、歷

史數(shù)據(jù)檢索、指揮和監(jiān)督生產(chǎn)等功能，使供水生產(chǎn)管理人員能及時地掌握和自動調(diào)節(jié)整個供

水管網(wǎng)的合理運行。

該系統(tǒng)建成后，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行日常生產(chǎn)管理；對SCADA系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)

據(jù)庫進(jìn)行管理；監(jiān)控站異常時可作為備份監(jiān)控站運行。SCADA系統(tǒng)的監(jiān)控站使用大容量共享

硬盤。選用工業(yè)級PC。具備開放式結(jié)構(gòu)，具備分布式處理能力，實現(xiàn)基于異常的處理，實

現(xiàn)按需求的數(shù)據(jù)傳輸，驅(qū)動程序易加載，故障多重設(shè)置，數(shù)據(jù)庫管理等能力?？杀３?0年

內(nèi)對庫爾勒鐵路地區(qū)自動供水，并可不斷擴(kuò)充。

五、系統(tǒng)的主要功能

（1）擴(kuò)充網(wǎng)絡(luò)功能

其網(wǎng)絡(luò)接口支持NetBEUI和TCP/IP協(xié)議通訊，可支持3COM、Intel以太網(wǎng)或IBM令牌

網(wǎng)，從而通過網(wǎng)絡(luò)實行分布式處理?？稍O(shè)定遠(yuǎn)程訪問為只讀方式，操作及修改控制參數(shù)等級

別，以確保系統(tǒng)安全。

（2）具有現(xiàn)場/遠(yuǎn)程、手動/自動等功能

水井的深井泵采用變頻器控制，可以由中控室計算機(jī)通過無線方式啟動或停止，也可脫

離上位機(jī)在現(xiàn)場直接啟動。可設(shè)定變頻器的運行參數(shù)，使變頻器工作于額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的任

意轉(zhuǎn)速。也可以運行在以壓力為控制目標(biāo)的閉環(huán)PID自動方式。

（3）自我保護(hù)功能

當(dāng)有人破壞測控終端等設(shè)備，測控終端會以語音的方式告訴破壞人，讓破壞人停止破壞

行為。同時，將報警信號傳給中心控制室的計算機(jī)，顯示報警畫面及播放報警聲音。

（4）、遙測功能

可以遙測每個水源井設(shè)備運行的電流、電壓、電度、流量、液位及管網(wǎng)測壓點壓力。

（5）、遙信功能

遙信水源井所有設(shè)備如深井泵、變頻器的起停狀態(tài)、防盜報警狀態(tài)、電機(jī)故障狀態(tài)、閥

門狀態(tài)、變頻器運行狀態(tài)等。并通過文字、顏色、語音、動畫等形式直觀地反映了來。

（6）、遙控功能

中心控制站可以通過EP105H-C智能調(diào)度機(jī)以無線方式控制水源地內(nèi)水井深井泵、電動

閥、變頻器等設(shè)備的開/關(guān)，并通過動畫、顏色、語音等方式顯示其控制結(jié)果。

（7）遙調(diào)功能

中控室及管理站可遠(yuǎn)程自動/手動調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力、變頻器轉(zhuǎn)速等。

（8）系統(tǒng)具有載波偵聽及路由功能。

當(dāng)某RTU的通訊環(huán)路受阻或通訊不暢時，可通過其它RTU中繼轉(zhuǎn)發(fā)，保證數(shù)據(jù)不中斷。

（9）圖形功能

支持Windows系統(tǒng)的組態(tài)軟件，可在水源地管理計算機(jī)、中控室調(diào)度計算機(jī)上做出供水

系統(tǒng)工藝圖、地理信息圖、控制參數(shù)的曲線圖、直方圖等。

（10）動畫功能

可跟隨被測目標(biāo)值使圖符外觀即時產(chǎn)生變化，形象地反映出實時數(shù)據(jù)的動態(tài)變化狀況。

通過建立滑動連接、按鈕連接、顏色與報警狀態(tài)連接、百分比填充連接等方式將目標(biāo)值的設(shè)

定、開關(guān)量狀態(tài)、報警狀態(tài)、液位變化等狀況生動地表現(xiàn)出來。

（11）報表功能

可打印各種日志報表，日、月、年統(tǒng)計報表。報表格式可用字處理軟件在屏幕上繪制出

來，報表的數(shù)據(jù)源可靈活定義。

（12）數(shù)據(jù)庫管理功能

動態(tài)生成歷史數(shù)據(jù)文件，并可對歷史數(shù)據(jù)庫進(jìn)行多種條件的查詢、修改、統(tǒng)計、處理。

對不可測參數(shù)可人工輸入，并能自動定時或人工打印歷史數(shù)據(jù)。

（13）組態(tài)功能

可對模擬量、脈沖數(shù)字量等數(shù)據(jù)量進(jìn)行自由組態(tài)，可定義數(shù)值計算、組態(tài)計算公式等，

形成各種報表。

（14）報警功能

可隨意根據(jù)現(xiàn)場情況定義報警的優(yōu)先級別，并以聲、光等形式產(chǎn)生報警，可人工中斷

報警。報警數(shù)據(jù)可生成歷史記錄予以存儲以備事故調(diào)查及分析。

（15）、掉電正常工作的功能

當(dāng)某智能RTU裝置周圍的市電停電或出現(xiàn)故障時可通過蓄電池的供電繼續(xù)工作，并將信

息傳送給中控室。當(dāng)參數(shù)超過設(shè)定值時，可立即發(fā)送報警信號至中控室，并通過燈光、語音

等方式通知值班人員。

（16）具有消除水錘及節(jié)能降耗功能

六、系統(tǒng)軟件

所采用的SCADA系統(tǒng)核心軟件，是一套應(yīng)用成熟的、開放性的基于WINDOWSNT平臺的

工業(yè)自動化解決方案，為工業(yè)現(xiàn)場提供數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控。

數(shù)據(jù)流程圖：（1）具備開放式結(jié)構(gòu)，提供用戶方便的交互接口。

（2）具備分布式處理能力。

（3）可實現(xiàn)按需求的傳輸。

（4）可實現(xiàn)基于異常的處理。特別是對水井的非法闖入報警、電流超限等設(shè)權(quán)最高，且能鎖

定事件監(jiān)測。

（5）故障多陷阱設(shè)置。

（6）驅(qū)動程序易于加載。

（7）數(shù)據(jù)庫管理。

其功能模塊大致如下：

●初始化模塊

●自動巡檢模塊

●控制模塊

●監(jiān)測模塊

●系統(tǒng)管理模塊

●系統(tǒng)維護(hù)模塊

系統(tǒng)的先進(jìn)性：

●系統(tǒng)操作員站選用高可靠性工業(yè)計算機(jī)

主頻：1G內(nèi)存：128M硬盤：30G

●子站RTU設(shè)計先進(jìn)、技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，采用澳大利亞ELPRO公司的現(xiàn)場控制站EP105系列

智能終端，模塊全部采用智能一體化設(shè)計，每塊模件均帶有16位CPU，為目前世面上最

先進(jìn)的一體化設(shè)計產(chǎn)品。該技術(shù)的應(yīng)用在國際、國內(nèi)屬領(lǐng)先水平。

●系統(tǒng)采用了先進(jìn)、安全穩(wěn)定性好的WindowsNT平臺；

●系統(tǒng)軟件系統(tǒng)功能齊全，提供了眾多高級算法。

七、系統(tǒng)具備的主要性能

1安全、可靠、穩(wěn)定性。

（1）系統(tǒng)具備對未授權(quán)的非法操作的防御。

（2）通過核心設(shè)備、關(guān)鍵數(shù)據(jù)等冗余設(shè)計保證系統(tǒng)自身的可靠性，主要設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)主干等主

要環(huán)節(jié)采用容錯技術(shù)，對核心的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。

（3）系統(tǒng)具有長期連續(xù)運行的能力。

2、系統(tǒng)開放性。

（1）易于訪問設(shè)備底層數(shù)據(jù)。

（2）系統(tǒng)向下任意掛接EP105系列智能RTU。

（3）系統(tǒng)的操作員站和工程師站選擇通用、可靠的工業(yè)計算機(jī)，市場貨源豐富、備品備件充

足，升級容易。

（4）提供軟件接口，方便用戶進(jìn)行開發(fā)的需要。

3系統(tǒng)的可擴(kuò)充性。

可方便地裁減和靈活的擴(kuò)充。如可在監(jiān)控中心站增設(shè)工程師站、SCADA服務(wù)器等；依據(jù)現(xiàn)場

需要，從SCADA系統(tǒng)軟件、硬件、HMI、GUI、VFI以及標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫掛接的外部模塊都以積木

方式進(jìn)行任意裁減和擴(kuò)充。

4系統(tǒng)支持

●支持MODBUS協(xié)議；

●支持網(wǎng)絡(luò)TCP/IP協(xié)議；

●支持RS232C/RS485等串型通訊協(xié)議；

●支持過程通訊，即通過總線對I/O模件尋址；

●支持?jǐn)?shù)據(jù)通訊，即在人機(jī)界面之間和自動控制系統(tǒng)之間，實時進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊或被用戶程序

或功能塊調(diào)用；

●支持多組結(jié)構(gòu)；

●可以與各種微處理器連接；

●提供非破壞性優(yōu)先級控制，實時性強(qiáng)；

●具有很強(qiáng)的錯誤識別和處理能力；

●支持點對點和廣播發(fā)送方式，該模塊既能當(dāng)作子站又能當(dāng)中繼站，解決了MCC無線半徑相

互覆蓋問題，而不存在速度及瓶頸問題。

八、系統(tǒng)的效益

該項目采用公開招標(biāo)方式，設(shè)備價格與鐵道部第一勘測設(shè)計院概算相比節(jié)約資金100

萬元。該系統(tǒng)實施后，改變原有供水模式為給水自動控制系統(tǒng)。實現(xiàn)庫爾勒鐵路臨管處地區(qū)

均衡自動供水。同時利用變頻技術(shù)，實施電機(jī)控制，根據(jù)用水量的變化情況，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，

進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能降耗的目的。該系統(tǒng)投入成本造價不高，一次性投入，終身收益。

目前，每個泵房按3人定員，實行三班制，實施自動控制后，實現(xiàn)無人值守，即減員