一、總體設計
系統(tǒng)分布在山區(qū)，各加壓站、各水池之間距離較遠，用電纜敷設并不現(xiàn)實。因此均采用GPRS或CDMA無線通信方式。由于各加壓站泵機的開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行數(shù)據(jù)交換。為此，在中控室中需設置一個中轉(zhuǎn)軟件，用于水池、加壓站間的數(shù)據(jù)交換。
系統(tǒng)原理圖如下：
整個系統(tǒng)由泵站監(jiān)控系統(tǒng)、水池監(jiān)控系統(tǒng)、和監(jiān)控中心組成。整個系統(tǒng)的自動運行過程如下：
開泵過程：每個泵站自動監(jiān)測其直接進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，置一個需要供水標志，并將該標志發(fā)送到前一級泵站。如果此時該泵站滿足開泵條件時（包括有進水，泵機無故障等），自動開啟該泵站。最前一級泵站（1#泵站）開泵條件中還可以包括允許開泵的時間段，以避開供水高峰。
停泵過程：每個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，清除一個需要供水標志，并將該標志發(fā)送到前一級泵站。同時運行該泵。最前一級泵站（1#泵站）如果進入不允許開泵的時間段，將首先自動停泵。停泵后出口壓力下降，下一級泵站的進站壓力低于允許開泵壓力，下一級泵站也自動停泵。逐級向后傳遞，所有泵都會停止。
水池監(jiān)控系統(tǒng)采集各點的水位數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)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(jiān)控計算機及調(diào)度服務器上，監(jiān)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(tǒng)設計
（一）、泵站自動控制系統(tǒng)
控制方式
系統(tǒng)共有多個加壓泵站，各級水泵具有三種控制模式：手動、自動及中控。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水的最小壓力。
手動：當水泵的控制選擇開關打在手動控制時，系統(tǒng)置于手動控制模式。操作員可通過現(xiàn)場按鈕控制水泵的啟停。此時RTU只是作為監(jiān)控狀態(tài)，發(fā)送數(shù)據(jù)到中控室，不參與控制。
中控：當水泵的控制選擇開關打在自動控制時，系統(tǒng)置于中控、自動控制模式。此時中控室發(fā)送中控命令到RTU，系統(tǒng)即處于中控控制模式下；控室發(fā)送自動命令到RTU，系統(tǒng)即處于自動控制模式下。在中控模式下，RTU接收中控室發(fā)送的開停泵命令，開停管道泵。RTU只有對操作員通過中控室選擇的保護功能起自動保護功能。其他情況只是做監(jiān)控功能。
自控：當水泵的控制選擇開關打在自動控制時，系統(tǒng)置于中控、自動控制模式。此時中控室發(fā)送中控命令到RTU，系統(tǒng)即處于中控控制模式下；控室發(fā)送自動命令到RTU，系統(tǒng)即處于自動控制模式 下。在自動模式下，整個系統(tǒng)是以無人值守功能進行設計的。整體自動功能如下：
1#管道泵控制（最前一級）:
啟動：1#管道泵的啟動根據(jù)時間及需求控制，當設定開泵的時間段到并且進水壓力滿足開泵要求，下級泵站需要開泵或?qū)厮徊蛔銜r，開啟管道泵。開泵時間段可有中控室遠程設定，也可在現(xiàn)場操作面板上進行操作。
增泵：當變頻頻率到達上限，出站壓力仍達不到設定壓力時，連續(xù)10分鐘后，把這臺泵自動設置成滿負荷運行，開啟下一臺泵運行并進行恒壓供水調(diào)整。
減泵：當變頻頻率到達下限，出站壓力仍超過設定壓力時，連續(xù)10分鐘后，停止最開始運行的水泵。
停止：
1、當設定的時間段到時，自動停泵。
2、當下一級的泵站不需開泵并停機，相應的水池水位已滿時，停止水泵運行。
保護：
1、硬件保護功能。當變頻器故障等出現(xiàn)硬件故障時，把對應泵標記為故障狀態(tài)，切換到另一臺備用泵上運行。該故障標記自動發(fā)送到中控室。
2、進站壓力保護功能。進站壓力設有兩個設定壓力，上限壓力與下限壓力。當進站壓力達到上限壓力并維持1分鐘后，才允許開泵。當水泵在運行時，進站壓力低于下限并保持30秒后，表示來水不足，自動停泵。此時停泵后進水恢復到上限壓力，將繼續(xù)開泵。
3、出站壓力保護功能。出站壓力也有兩個設定壓力，上限壓力與下限壓力。上限壓力用來判斷泵站自動調(diào)壓系統(tǒng)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(xiàn)場解除后才能重新開泵。
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，同時向中控室報警。此故障需中控室發(fā)送命令解除后或現(xiàn)場解除才能重新開泵。
4、連續(xù)運行時間保護功能。每個泵站均設有兩個最大連續(xù)運行時間：泵站最大連續(xù)運行時間及水池最大連續(xù)運行時間，用來防止通信中斷、管道漏水等意外情況。
泵站最大連續(xù)運行時間用來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，原來泵站在運行，經(jīng)過泵站最大連續(xù)運行時間后，自動認為下一級泵站已停止。
水池最大連續(xù)運行時間用來判斷水池的進水情況，有兩種情況：（一）管道漏水使水池水位一直無法達到設定水位，（二）水池通信中斷。當水泵連續(xù)運行到設定時間時，也認為水池已滿。把此類事件作為一個報警點發(fā)送到中控室。
其余管道泵控制
啟動：其余管道泵的啟動根據(jù)來水及下一級泵站（如有）及對應水池水位來控制，當進水壓力達到設定開泵要求壓力時，判定下一級泵站需要開泵時或?qū)匦枰M水時，開啟管道泵。
增泵：當變頻頻率到達上限，出站壓力仍達不到設定壓力時，連續(xù)10分鐘后，把這臺泵自動設置成滿負荷運行，開啟下一臺泵運行并進行恒壓供水調(diào)整。
減泵：當變頻頻率到達下限，出站壓力仍超過設定壓力時，連續(xù)10分鐘后，停止最開始運行的水泵。
停止：當下一級的泵站不需開泵并停機，相應的水池水位已滿時，停止水泵運行。
保護：
1、硬件保護功能。當變頻器故障等出現(xiàn)硬件故障時，把對應泵標記為故障狀態(tài)，切換到另一臺備用泵上運行。該故障標記自動發(fā)送到中控室。
2、進站壓力保護功能。進站壓力設有兩個設定壓力，上限壓力與下限壓力。當進站壓力達到上限壓力并維持1分鐘后，才允許開泵。當水泵在運行時，進站壓力低于下限并保持30秒后，表示來水不足，自動停泵。此時停泵后進水恢復到上限壓力，將繼續(xù)開泵。
3、出站壓力保護功能。出站壓力也有兩個設定壓力，上限壓力與下限壓力。上限壓力用來判斷泵站自動調(diào)壓系統(tǒng)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(xiàn)場解除后才能重新開泵。
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，同時向中控室報警。此故障需中控室發(fā)送命令解除后或現(xiàn)場解除才能重新開泵。
4、連續(xù)運行時間保護功能。每個泵站均設有兩個最大連續(xù)運行時間：泵站最大連續(xù)運行時間及水池最大連續(xù)運行時間，用來防止通信中斷、管道漏水等意外情況。
泵站最大連續(xù)運行時間用來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，原來泵站在運行，經(jīng)過泵站最大連續(xù)運行時間后，自動認為下一級泵站已停止。
水池最大連續(xù)運行時間用來判斷水池的進水情況，有兩種情況：（一）管道漏水使水池水位一直無法達到設定水位，（二）水池通信中斷。當水泵連續(xù)運行到設定時間時，也認為水池已滿。把此類事件作為一個報警點發(fā)送到中控室。
自控模式下，所有的設定壓力、時間均可以通過現(xiàn)場操作面板或中控室進行設定。
（二）、水池監(jiān)測系統(tǒng)
系統(tǒng)共有多個水池，每個水池上安裝一套監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測各水池的液位。
水池發(fā)送的信號發(fā)送到中控室監(jiān)控軟件，經(jīng)其轉(zhuǎn)發(fā)到對應的加壓泵站，用來控制加壓泵站的開停。
根據(jù)我們的經(jīng)驗，水池監(jiān)測需解決以下幾個問題：
1、供電問題
水池一般均遠離村莊，有專用的市電接入。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。因此采用太陽能加后備鋰電池供電方式，后備時間為一個月。
2、防雷問題
水池一般在山上，受雷電影響比較大。雷電主要有兩個來源：市電及信號線。采用太陽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的雷電影響。
本系統(tǒng)中配置我公司的EN3113采集終端。
（三）、中控遠程監(jiān)控系統(tǒng)
中控遠程監(jiān)控系統(tǒng)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(shù)據(jù)
2、顯示各加壓站的運行狀態(tài)及數(shù)據(jù)
3、顯示各水池的液位
4、遠程設置泵站的各設定參數(shù)，如出站壓力、保護壓力、運行時間段等。
5、向各泵站轉(zhuǎn)發(fā)下級泵站及相關水池的信息，用于加壓泵站的自動運行。
6、可以遠程控制加壓站的運行。
本系統(tǒng)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(qū)動程序Flying OPC,以DDE方式與組態(tài)軟件交換數(shù)據(jù)。
1、維護通信鏈路功能。
現(xiàn)場GPRS模塊通過移動網(wǎng)絡連接到Flying OPC 軟件上，F(xiàn)lying OPC自動維護該鏈路，包括TCP/UDP端口守護，心跳包發(fā)送，線路斷開重連等功能，保證現(xiàn)場RTU與監(jiān)控計算機的連接線路暢通。
2、數(shù)據(jù)解析功能
根據(jù)RTU及水池發(fā)送的數(shù)據(jù)串，自動解析出相應的物理量數(shù)據(jù)，如進出站壓力、泵機運行狀態(tài)、水池水位等。解析出的數(shù)據(jù)自動保存在內(nèi)存中，在需要的時候發(fā)送到組態(tài)軟件中。
3、數(shù)據(jù)控制功能
根據(jù)組態(tài)軟件寫入的數(shù)據(jù)，自動通過GPRS網(wǎng)絡發(fā)送到RTU模塊中，完成參數(shù)的設置及設備的控制。
4、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能
自動完成轉(zhuǎn)發(fā)功能，對應的水池水位數(shù)據(jù)及泵站數(shù)據(jù)自動發(fā)送到對應的加壓站的功能。要將什么水池的數(shù)據(jù)、什么泵站的數(shù)據(jù)以什么樣的數(shù)據(jù)格式發(fā)送到哪個泵站，都可在軟件中設置。
5、提供完整的數(shù)據(jù)接口
提供兩種數(shù)據(jù)接口功能（DDE及OPC）用于與組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)交換。在這里建議采用最簡單的DDE功能，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。
