現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率的提高，得益于現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，在許多生產(chǎn)現(xiàn)場，我們都可以看到自動化設(shè)備的運(yùn)行，遠(yuǎn)程監(jiān)控及無人值守場站的設(shè)計(jì)是工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)展的方向。本設(shè)計(jì)利用無線網(wǎng)橋網(wǎng)絡(luò)及RTU，把距離生活基地比較高遠(yuǎn)的水站現(xiàn)場的各種監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及視頻監(jiān)視信號傳輸?shù)交氐谋O(jiān)控計(jì)算機(jī)上，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控及無人值守場站設(shè)計(jì)。采用這這種自動化的無人值守的控制方案，不僅可以節(jié)約人力成本的投入，***能夠?qū)崿F(xiàn)24小時自動化監(jiān)測與控制，***大地提高生產(chǎn)效率。
我公司南翼山集輸站距離生活基地100多公里，站內(nèi)生活用水及油井注水用水均來自采石嶺水站，采石嶺水站距離生活基地30多公里，處于荒無人煙的戈壁灘腹地的山丘之上，海拔3500米，常年氣候嚴(yán)寒，無人居住，自然環(huán)境惡劣。目前，水泵的啟、停要靠駐扎于此的數(shù)名工人進(jìn)行人工操作，工人們生活乏味，條件艱苦。所以，有必要把該水站設(shè)計(jì)成遠(yuǎn)程自動監(jiān)控、無人值守水站。
一、采石嶺水站工藝流程
采石嶺水站有一個2000M3的水罐，有兩臺水泵從水源處抽水注入水罐，水罐的出水管通往南翼山集輸站，為南翼山集輸站供應(yīng)生活用水以及油井注水用水。
二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.現(xiàn)場儀表
在水罐的底部安裝***臺液位變送器，水罐底部安裝***臺雷達(dá)液位計(jì)，此處安裝兩臺液位計(jì)的目的，不但是為了可進(jìn)行數(shù)據(jù)的對比，還可避免***臺液位計(jì)出現(xiàn)故障的時候，無法檢測水罐液位；在水罐底部安裝***臺溫度變送器，以測量水罐內(nèi)水溫；水罐出口水管安裝***臺電動球閥，目的是可以遠(yuǎn)程操作，自動開、關(guān)水罐的出水管；兩臺水泵供電線路上各安裝一個電磁開關(guān)，來控制抽水水泵的啟、停；灌區(qū)安裝3臺網(wǎng)絡(luò)攝像頭，以便監(jiān)視整個灌區(qū)；安裝***臺RTU（遠(yuǎn)程測控終端），用來采集液位計(jì)、溫度計(jì)的檢測數(shù)據(jù)，及電動球閥、電磁開關(guān)的的開、關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時還可以輸出開關(guān)量信號，控制電動球閥、電磁開關(guān)的開、關(guān)。
2.無線網(wǎng)橋通訊系統(tǒng)
現(xiàn)場和基地各安裝***臺50Km無線網(wǎng)橋，每臺無線網(wǎng)橋配一套適合遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膾佄锩嫣炀€，現(xiàn)場的天線負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)，基地的天線負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)，這樣便可組成無線網(wǎng)橋網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)接口與基地的監(jiān)控計(jì)算機(jī)相連。
3.無線網(wǎng)橋簡介
無線網(wǎng)橋就是無線網(wǎng)絡(luò)的橋接器，它可以把兩個或多個局域網(wǎng)絡(luò)通過無線傳輸?shù)姆绞竭B接到一起，形成一個完整的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。無線網(wǎng)橋傳輸標(biāo)準(zhǔn)通常采用802.11b和802.11a標(biāo)準(zhǔn)，802.11b標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)速率為11Mbps，頻段在2.4GHz，傳輸距離一般都在30Km以內(nèi)；802.11a標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)速率為54Mbps，頻段在5.8GHz，傳輸距離***遠(yuǎn)可以達(dá)到80Km。
無線網(wǎng)橋主要由無線網(wǎng)橋主設(shè)備（無線收發(fā)器）以及天線組成。大多數(shù)無線網(wǎng)橋提供TCP/IP、RJ45 等接口，可方便地接入各種網(wǎng)絡(luò)。
無線網(wǎng)橋有三種工作方式：點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)、中繼連接。
點(diǎn)對點(diǎn)和點(diǎn)對多點(diǎn)的工作方式比較高簡單，而構(gòu)建中繼連接的無線網(wǎng)橋的工作方式有兩種：單個橋接器作為中繼器；兩個橋接器背靠背的方式組成中繼點(diǎn)。（1）單個橋接器方式：使用一個無線網(wǎng)橋，通過分路器連接兩個天線。這種連接方式簡單實(shí)用，且成本低，但是由于雙向通訊共享帶寬，網(wǎng)絡(luò)帶寬較高小。（2）背靠背方式：兩個橋接器背靠背，通過“小布條”進(jìn)行連接，這種方式適用于對帶寬要求較高高的用戶，這種連接保證每個無線網(wǎng)橋分別連接一個天線構(gòu)成橋接中繼，大大提高了帶寬。
本設(shè)計(jì)中，由于現(xiàn)場和基地的距離為30多Km，故選擇采用802.11a標(biāo)準(zhǔn)的50Km無線網(wǎng)橋，而由于只有兩個地點(diǎn)安裝無線網(wǎng)橋，所以采用點(diǎn)對點(diǎn)的工作方式。
4.RTU簡介
RTU（REMOTE TERMINAL UNIT），既遠(yuǎn)程測控終端，具有強(qiáng)大的通訊功能，可用來監(jiān)視、控制與數(shù)據(jù)采集。
RTU是構(gòu)成自動化系統(tǒng)的核心裝置。通常由指令控制器及數(shù)據(jù)輸入輸出模塊、數(shù)據(jù)通訊部分、電源部分及輔助部件與柜體等五個部分組成。它具有下列技術(shù)特征：
⑴具有多種標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議；
⑵使用標(biāo)準(zhǔn)的編程語言環(huán)境；
⑶具有強(qiáng)的抗電磁干擾能力；
⑷具有靈活相互兼容的開放式接口。
⑸具有豐富的通信接口、支持多種通信方式，通信距離長；
⑹具有大容量的存儲能力；
⑺安裝實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)；
⑻適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，可在環(huán)境溫度-40℃—70℃及環(huán)境濕度5%—95%RH的條件下工作；
與PLC（可編程控制器）相比，RTU具有PLC的大部分功能，也具有一些***有的功能，RTU的功能舉例如下：
⑴設(shè)備自診斷；
⑵程序自恢復(fù)；
⑶采集模擬量、狀態(tài)量并向遠(yuǎn)方發(fā)送；采集系統(tǒng)工頻電量，實(shí)現(xiàn)對電壓、電流、有功、無功的測量并向遠(yuǎn)方發(fā)送；采集事件順序記錄并向遠(yuǎn)方發(fā)送；
⑷提供多個數(shù)字接口和多個模擬接口；可對每個接口的特性進(jìn)行遠(yuǎn)方或應(yīng)當(dāng)?shù)卦O(shè)置；具有當(dāng)?shù)仫@示功能，當(dāng)?shù)亟涌谟懈綦x器；
⑸接收并執(zhí)行遙控，接受遠(yuǎn)方命令，選擇發(fā)送各類信息；可通過電信網(wǎng)和電力系統(tǒng)通道進(jìn)行遠(yuǎn)方設(shè)置；
⑹與兩個及兩個以上的主站通訊；
⑺支持與微波、載波等設(shè)備的通訊，等等。
與PLC相比，RTU具有更加優(yōu)良的通訊能力以及***大的存儲容量，它比PLC更加適用于惡劣的溫度和濕度環(huán)境，還可以提供更多的計(jì)算功能。目前，RTU在石油、天然氣、水利、電力、市政等行業(yè)的自控系統(tǒng)中被廣泛的應(yīng)用。
5.系統(tǒng)組成
現(xiàn)場各檢測儀表的數(shù)據(jù)由RTU采集，通過網(wǎng)絡(luò)通訊模塊傳輸給現(xiàn)場的無線網(wǎng)橋；網(wǎng)絡(luò)攝像頭的視頻數(shù)據(jù)也可以直接傳輸給無線網(wǎng)橋。無線網(wǎng)橋系統(tǒng)通過無線傳輸把各數(shù)據(jù)傳輸?shù)交氐谋O(jiān)控計(jì)算機(jī)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)裝有組態(tài)軟件，可以進(jìn)行各數(shù)據(jù)的顯示，并根據(jù)需要發(fā)出指令，通過無線網(wǎng)橋系統(tǒng)把指令傳輸給現(xiàn)場的RTU，由RTU輸出開關(guān)量信號，傳送給現(xiàn)場的電動球閥和電磁開關(guān)。
6.實(shí)現(xiàn)的功能
通過上述系統(tǒng)，可以在基地的監(jiān)控計(jì)算機(jī)上進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視采石嶺水w站的各種數(shù)據(jù)：通過液位變送器、雷達(dá)液位計(jì)等設(shè)備，對水罐的液位、水溫、電動球閥及水泵的開關(guān)狀態(tài)、水站的視頻監(jiān)控圖像等。
還可以根據(jù)水罐的液位高低，發(fā)出開、關(guān)水泵及電動球閥的指令，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浆F(xiàn)場的RTU，由RTU發(fā)出開、關(guān)指令給電磁開關(guān)及電動球閥，從而控制水泵及電動球閥的開、關(guān)。
三、結(jié)語
本設(shè)計(jì)利用無線網(wǎng)橋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了對采石嶺水站的遠(yuǎn)程監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)無人值守。事實(shí)上，在大西北，很多油氣集輸場站都處于戈壁灘或沙漠腹地，荒無人煙，環(huán)境惡劣，都可以依此進(jìn)行設(shè)計(jì)為無人值守場站。
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