液位變送器在水站液位人工控制變無人值守中的方案設計

       現代化工農業生產的效率的提高，得益于現代科技的飛速發展，在許多生產現場，我們都可以看到自動化設備的運行，遠程監控及無人值守場站的設計是工業控制領域發展的方向。本設計利用無線網橋網絡及RTU，把距離生活基地比較遠的水站現場的各種監控數據及視頻監視信號傳輸到基地的監控計算機上，以實現遠程監控及無人值守場站設計。采用這這種自動化的無人值守的控制方案，不僅可以節約人力成本的投入，更能夠實現24小時自動化監測與控制，極大地提高生產效率。
　　我公司南翼山集輸站距離生活基地100多公里，站內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，常年氣候嚴寒，無人居住，自然環境惡劣。目前，水泵的啟、停要靠駐扎于此的數名工人進行人工操作，工人們生活乏味，條件艱苦。所以，有必要把該水站設計成遠程自動監控、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生活用水以及油井注水用水。
　　二、系統設計
　　1.現場儀表
　　在水罐的底部安裝一臺液位變送器，水罐頂部安裝一臺雷達液位計，此處安裝兩臺液位計的目的，不但是為了可進行數據的對比，還可避免一臺液位計出現故障的時候，無法檢測水罐液位；在水罐底部安裝一臺溫度變送器，以測量水罐內水溫；水罐出口水管安裝一臺電動球閥，目的是可以遠程操作，自動開、關水罐的出水管；兩臺水泵供電線路上各安裝一個電磁開關，來控制抽水水泵的啟、停；灌區安裝3臺網絡攝像頭，以便監視整個灌區；安裝一臺RTU（遠程測控終端），用來采集液位計、溫度計的檢測數據，及電動球閥、電磁開關的的開、關狀態數據，同時還可以輸出開關量信號，控制電動球閥、電磁開關的開、關。
　　2.無線網橋通訊系統
　　現場和基地各安裝一臺50Km無線網橋，每臺無線網橋配一套適合遠距離傳輸的拋物面天線，現場的天線負責發送數據，基地的天線負責接收數據，這樣便可組成無線網橋網絡，通過網絡接口與基地的監控計算機相連。
　　3.無線網橋簡介
　　無線網橋就是無線網絡的橋接器，它可以把兩個或多個局域網絡通過無線傳輸的方式連接到一起，形成一個完整的網絡系統。無線網橋傳輸標準通常采用802.11b和802.11a標準，802.11b標準的數據速率為11Mbps，頻段在2.4GHz，傳輸距離一般都在30Km以內；802.11a標準的數據速率為54Mbps，頻段在5.8GHz，傳輸距離遠可以達到80Km。
　　無線網橋主要由無線網橋主設備（無線收發器）以及天線組成。大多數無線網橋提供TCP/IP、RJ45 等接口，可方便地接入各種網絡。
　　無線網橋有三種工作方式：點對點、點對多點、中繼連接。
　　點對點和點對多點的工作方式比較簡單，而構建中繼連接的無線網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。（1）單個橋接器方式：使用一個無線網橋，通過分路器連接兩個天線。這種連接方式簡單實用，且成本低，但是由于雙向通訊共享帶寬，網絡帶寬較小。（2）背靠背方式：兩個橋接器背靠背，通過“小布條”進行連接，這種方式適用于對帶寬要求較高的用戶，這種連接保證每個無線網橋分別連接一個天線構成橋接中繼，大大提高了帶寬。
　　本設計中，由于現場和基地的距離為30多Km，故選擇采用802.11a標準的50Km無線網橋，而由于只有兩個地點安裝無線網橋，所以采用點對點的工作方式。
　　4.RTU簡介
　　RTU（REMOTE TERMINAL UNIT），既遠程測控終端，具有強大的通訊功能，可用來監視、控制與數據采集。
　　RTU是構成自動化系統的核心裝置。通常由指令控制器及數據輸入輸出模塊、數據通訊部分、電源部分及輔助部件與柜體等五個部分組成。它具有下列技術特征：
　　⑴具有多種標準通信協議；
　　⑵使用標準的編程語言環境；
　　⑶具有極強的抗電磁干擾能力；
　　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安裝實時多任務操作系統；
　　⑻適應環境能力極強，可在環境溫度-40℃—70℃及環境濕度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，也具有一些特有的功能，RTU的功能舉例如下：
　　⑴設備自診斷；
　　⑵程序自恢復；
　　⑶采集模擬量、狀態量并向遠方發送；采集系統工頻電量，實現對電壓、電流、有功、無功的測量并向遠方發送；采集事件順序記錄并向遠方發送；
　　⑷提供多個數字接口和多個模擬接口；可對每個接口的特性進行遠方或者當地設置；具有當地顯示功能，當地接口有隔離器；
　　⑸接收并執行遙控，接受遠方命令，選擇發送各類信息；可通過電信網和電力系統通道進行遠方設置；
　　⑹與兩個及兩個以上的主站通訊；
　　⑺支持與微波、載波等設備的通訊，等等。
　　與PLC相比，RTU具有更加優良的通訊能力以及更大的存儲容量，它比PLC更加適用于惡劣的溫度和濕度環境，還可以提供更多的計算功能。目前，RTU在石油、天然氣、水利、電力、市政等行業的自控系統中被**的應用。
　　5.系統組成
　　現場各檢測儀表的數據由RTU采集，通過網絡通訊模塊傳輸給現場的無線網橋；網絡攝像頭的視頻數據也可以直接傳輸給無線網橋。無線網橋系統通過無線傳輸把各數據傳輸到基地的監控計算機。監控計算機裝有組態軟件，可以進行各數據的顯示，并根據需要發出指令，通過無線網橋系統把指令傳輸給現場的RTU，由RTU輸出開關量信號，傳送給現場的電動球閥和電磁開關。
　　6.實現的功能
　　通過上述系統，可以在基地的監控計算機上進行遠程監視采石嶺水w站的各種數據：通過液位變送器、雷達液位計等設備，對水罐的液位、水溫、電動球閥及水泵的開關狀態、水站的視頻監控圖像等。
　　還可以根據水罐的液位高低，發出開、關水泵及電動球閥的指令，通過無線網絡傳輸到現場的RTU，由RTU發出開、關指令給電磁開關及電動球閥，從而控制水泵及電動球閥的開、關。
　　三、結語
　　本設計利用無線網橋網絡，實現了對采石嶺水站的遠程監控，從而實現無人值守。事實上，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，環境惡劣，都可以依此進行設計為無人值守場站。

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