ELPRO公司的EP105H系列无线智能测控终端在给水自动控制中的应用

［摘要］：介绍了一种新型的无线智能RTU 在城市供水中的应用，详细叙述了整个供水系统的功能以及新型RTU 的特点。［关键词］：智能RTU 城市供水管网 测压点 库尔勒
  一、问题的提出
库尔勒地区铁路临管处现有给水井10 口，担负着全库尔勒铁路临管处地区生产、生活
用水的供给任务。日供水能力为3 万立方。原设计无扬配系统，供水直接由泵房泵入地区管
网。地区10 台水泵，日平均运行时间为22 小时，均为人工控制。每个泵房定员3 人，实行
三班制，定员需30 人。
这种管理现状存在着以下问题:
a． 由于水泵由人工控制，无法做到均衡供水，特别是当某台泵停泵时，其它泵又不能
及时开机时，短时间内造成水的严重供给不足。
b． 每台水泵日平均运行22 小时，无科学依据，供水设备用电时间长，消耗电能较大，
且造成了较大的浪费。
c． 由于水泵连续运行时间较长，供水设备负载运行几乎无间歇时间，大大缩短了设备
使用寿命。
d． 调度中心管理人员无法及时了解库尔勒地区供水压力分布情况，因而，无法对各泵
房的开启、关闭进行有效调控，且不能做到心中有数。
e． 库尔勒铁路临管处机务、车辆段、库尔勒车站日平均用水量为320 立方米，日最高
用水量达到334 立方米用水高峰期时，由于供水不平衡，压力不足，难于确保生产
的正常供水。
f． 同时，由于水井分布较为分散，气候特征为冬季寒冷，夏季酷暑。长期以来，传统
供水系统的控制主要采用人工操作控制方法，这样，既造成整个供水系统运行的稳
定性较差，同时，也导致供水与节水相互矛盾。出现供水不均，供水量和用水量不
相适应，供水设备运行效率偏低，供水管网跑、漏现象严重等一系列供水系统常见
的问题。既浪费了大量的人力、物力同时也使设备和管网无法高效运行。
为了解决上述问题，提高供水系统的控制手段和管理水平，动态实时监测并合理控制供
水系统运行，连续采集和分析系统运行参数成为解决问题的关键。而这些在人工控制式下是
无法实现的。因而，需要建设一套适合现代管理的城市供水远程数据采集与监控系统（SCADA
系统）。

  二、项目说明
该SCADA 系统建设规模为10 口水源井，2 个管网测压点，1 座管理站（MCC）。本系统为
一个集散型控制系统，整个系统分为二层结构，即MCC 及现场RTU。
工程结构示意图：
  

MCC 为监控中心，主要完成整个供水系统的数据采集、储存、分析、诊断及对远程RTU
设备完成实时监控，并将相关数据存入数据库，为生产管理提供基础数据，供生产人员进行
各种统计分析，并输出生产日、月、季和年报。MCC 选用高品质工作站和网络设备，使系
统运行具有较高的稳定性。同时完成对水源地10 口水源井电流、电压、电能、流量、压力、
液位等数据的采集和监控。对变频设备的起停，通过键盘或鼠标即可完成，也可通过软件设
定自动完成，并可在设备工作异常时自动完成保护停机。为保证系统的可靠性，井房RTU
可脱离上位系统独立工作，自动完成管网恒压控制，操作人员也可在现场直接操作设备。为
保证设备和人员的安全，现场的操作权限大于中控室，由于整个系统的最终任务就是现场数
据的采集和现场设备运行的控制，所以对现场RTU 的选择则是整个系统安全、可靠的关键。

  三、系统的先进性
在本系统中，采用澳大利亚ELPRO 公司的EP105H 系列无线智能测控终端，完成数据采
集和控制，该设备一改以前常规的电台（车载台）加PLC 或单片单板机的方式，采用电台、
I/O 设备、通讯控制器、存贮器、逻辑控制器等一体化结构，大大的提高了设备可靠性，并
且自带了无线电信号测试软件使安装调试、极为方便。设备组态软件化，采用“傻瓜”式填
空操作，对运行人员的素质要求低，适合绝大多数的用户。同时通讯波特率可高达9600bps，
采用全双工方式工作，目前可以说是其它任何200MHz 电台无法比拟的。该设备可以直接连
接传感器和执行器，通过天馈系统直接与主台通讯。并可在上位计算机故障或关机时独立工
作，并在恢复通讯后将相关数据补送给上位计算机。EP105 系列智能RTU 采用200～235MHZ
的频点与管理站计算机通讯，可自动完成路由侦听、存储、转发、出错重发、报警等功能。
采用数字屏蔽等高新技术，保证整个系统的安全性和可靠性。另外，EP105 系列智能RTU 还
具有5 级中继功能，这样的功能在城市供水系统中就显示出绝佳的性能，省去了中继设备的
投资费用。EP105 系列智能RTU 的数据采集及发送采用自报式和访问式相结合的方式，使数
据发送的实时性得到保证，特别是设备故障等报警信号产生时计算机可立刻做出反应，这也
是其它轮询工作方式的电台无法相比的，真正保证了系统和设备的安全。

  四、系统的实用性
整个系统所建立的监控中心（MCC），与现场子站形成一个网络，通过此网可以远程实时
查询生产数据。监控中心（MCC）可通过路由器介入技术并入局域网。该系统工程采用无线
传输方式，建设地点在库尔勒铁路临管处建水段原泵房内，无拆迁购地问题，对水暖电、道
路等亦无破坏。该系统不改变泵房的主体设备，在原有泵房设备的基础上，通过SCADA 系统
实施控制。本SCADA 系统应配的主要设备包括微机、EP105H 系列智能RTU、变频器、各种流
量计、压力、电流、电压、电能、液位等变送器等。该系统投入成本造价不高，一次性投入，
终身收益。投入应用后，可节约大量的人力、物力和财力。
该系统实现过程数据监测和控制。辅助调度决策、参数报警、事故报警、报表管理、历
史数据检索、指挥和监督生产等功能，使供水生产管理人员能及时地掌握和自动调节整个供
水管网的合理运行。
该系统建成后，对采集的数据进行日常生产管理；对SCADA 系统的实时数据库和历史数
据库进行管理；监控站异常时可作为备份监控站运行。SCADA 系统的监控站使用大容量共享
硬盘。选用工业级PC。具备开放式结构，具备分布式处理能力，实现基于异常的处理，实
现按需求的数据传输，驱动程序易加载，故障多重设置，数据库管理等能力。可保持10 年
内对库尔勒铁路地区自动供水，并可不断扩充。

  五、系统的主要功能
（1）扩充网络功能
其网络接口支持NetBEUI 和TCP/IP 协议通讯，可支持3COM、Intel 以太网或IBM 令牌
网，从而通过网络实行分布式处理。可设定远程访问为只读方式，操作及修改控制参数等级
别，以确保系统安全。
（2）具有现场/远程、手动/自动等功能
水井的深井泵采用变频器控制，可以由中控室计算机通过无线方式启动或停止，也可脱
离上位机在现场直接启动。可设定变频器的运行参数，使变频器工作于额定转速范围内的任
意转速。也可以运行在以压力为控制目标的闭环PID 自动方式。
（3）自我保护功能
当有人破坏测控终端等设备，测控终端会以语音的方式告诉破坏人，让破坏人停止破坏
行为。同时，将报警信号传给中心控制室的计算机，显示报警画面及播放报警声音。
（4）、遥测功能
可以遥测每个水源井设备运行的电流、电压、电度、流量、液位及管网测压点压力。
（5）、遥信功能
遥信水源井所有设备如深井泵、变频器的起停状态、防盗报警状态、电机故障状态、阀
门状态、变频器运行状态等。并通过文字、颜色、语音、动画等形式直观地反映了来。
（6）、遥控功能
中心控制站可以通过EP105H-C 智能调度机以无线方式控制水源地内水井深井泵、电动
阀、变频器等设备的开/关，并通过动画、颜色、语音等方式显示其控制结果。
（7）遥调功能
中控室及管理站可远程自动/手动调节管网压力、变频器转速等。
（8）系统具有载波侦听及路由功能。
当某RTU 的通讯环路受阻或通讯不畅时，可通过其它RTU 中继转发，保证数据不中断。
（9）图形功能
支持Windows 系统的组态软件，可在水源地管理计算机、中控室调度计算机上做出供水
系统工艺图、地理信息图、控制参数的曲线图、直方图等。
（10）动画功能
可跟随被测目标值使图符外观即时产生变化，形象地反映出实时数据的动态变化状况。
通过建立滑动连接、按钮连接、颜色与报警状态连接、百分比填充连接等方式将目标值的设
定、开关量状态、报警状态、液位变化等状况生动地表现出来。
（11）报表功能
可打印各种日志报表，日、月、年统计报表。报表格式可用字处理软件在屏幕上绘制出
来，报表的数据源可灵活定义。
（12）数据库管理功能
动态生成历史数据文件，并可对历史数据库进行多种条件的查询、修改、统计、处理。
对不可测参数可人工输入，并能自动定时或人工打印历史数据。
（13）组态功能
可对模拟量、脉冲数字量等数据量进行自由组态，可定义数值计算、组态计算公式等，
形成各种报表。
（14）报警功能
可随意根据现场情况定义报警的优先级别，并以声、光等形式产生报警，可人工中断
报警。报警数据可生成历史记录予以存储以备事故调查及分析。
（15）、掉电正常工作的功能
当某智能RTU 装置周围的市电停电或出现故障时可通过蓄电池的供电继续工作，并将信
息传送给中控室。当参数超过设定值时，可立即发送报警信号至中控室，并通过灯光、语音
等方式通知值班人员。
（16）具有消除水锤及节能降耗功能

  六、系统软件
所采用的SCADA 系统核心软件，是一套应用成熟的、开放性的基于WINDOWS NT 平台的
工业自动化解决方案，为工业现场提供数据采集及监控。
数据流程图：
  

（1）具备开放式结构，提供用户方便的交互接口。
（2）具备分布式处理能力。
（3）可实现按需求的传输。
（4）可实现基于异常的处理。特别是对水井的非法闯入报警、电流超限等设权最高，且能锁
定事件监测。
（5）故障多陷阱设置。
（6）驱动程序易于加载。
（7）数据库管理。
其功能模块大致如下：
● 初始化模块
● 自动巡检模块
● 控制模块
● 监测模块
● 系统管理模块
● 系统维护模块
系统的先进性：
●系统操作员站选用高可靠性工业计算机
主频：1G 内存：128M 硬盘： 30G
● 子站RTU 设计先进、技术指标先进，采用澳大利亚ELPRO 公司的现场控制站EP105 系列
智能终端，模块全部采用智能一体化设计，每块模件均带有16 位CPU，为目前世面上最
先进的一体化设计产品。该技术的应用在国际、国内属领先水平。
●系统采用了先进、安全稳定性好的Windows NT 平台；
●系统软件系统功能齐全，提供了众多高级算法。

  七、系统具备的主要性能
1 安全、可靠、稳定性。
（1）系统具备对未授权的非法操作的防御。
（2）通过核心设备、关键数据等冗余设计保证系统自身的可靠性，主要设备、网络主干等主
要环节采用容错技术，对核心的关键数据进行备份。
（3）系统具有长期连续运行的能力。
2、系统开放性。
（1）易于访问设备底层数据。
（2）系统向下任意挂接EP105 系列智能RTU。
（3）系统的操作员站和工程师站选择通用、可靠的工业计算机，市场货源丰富、备品备件充
足，升级容易。
（4）提供软件接口，方便用户进行开发的需要。
3 系统的可扩充性。
可方便地裁减和灵活的扩充。如可在监控中心站增设工程师站、SCADA 服务器等；依据现场
需要，从SCADA 系统软件、硬件、HMI、GUI、VFI 以及标准数据库挂接的外部模块都以积木
方式进行任意裁减和扩充。
4 系统支持
● 支持MODBUS 协议；
● 支持网络TCP/IP 协议；
●支持RS232C/RS485 等串型通讯协议；
●支持过程通讯，即通过总线对I/O 模件寻址；
●支持数据通讯，即在人机界面之间和自动控制系统之间，实时进行数据通讯或被用户程序
或功能块调用；
●支持多组结构；
●可以与各种微处理器连接；
●提供非破坏性优先级控制，实时性强；
●具有很强的错误识别和处理能力；
●支持点对点和广播发送方式，该模块既能当作子站又能当中继站，解决了MCC 无线半径相
互覆盖问题，而不存在速度及瓶颈问题。

  八、系统的效益
该项目采用公开招标方式，设备价格与铁道部第一勘测设计院概算相比节约资金100
万元。该系统实施后，改变原有供水模式为给水自动控制系统。实现库尔勒铁路临管处地区
均衡自动供水。同时利用变频技术，实施电机控制，根据用水量的变化情况，改变电机转速，
进一步达到节能降耗的目的。该系统投入成本造价不高，一次性投入，终身收益。
目前，每个泵房按3 人定员，实行三班制，实施自动控制后，实现无人值守，即减员
30 人。每人每月平均工资按1530 元/月人均计算，年可减少人员工资支出计55 万元即年节
约人员工资55 万元。如按实施目标减少电机3 小时运行则可年节电70 余万元。年总可节约
资金225 万元。剔除项目投入节约资金100 万元，近2 年可收回投入。
如果考虑变频技术对电机保护延长设备使用寿命及减少维修费用所产生的效益，及今后
对鱼、和地区、沿线实施控制，年总经济效益预测可达近500 万元。
该项目经在库尔勒铁路临管处地区投入应用,仅10 口井产生的节电及人员工资节约所
创年直接经济效益为163 万元。该项目被乌鲁木齐铁路局评定为2001 年度“金点子”工程
金奖。