MDS数传电台在自来水系统的应用

DCS系统在水厂自动化中的应用赵光华;曾旭峰【摘要】介绍了水厂自动化技术的发展,并结合某水厂的要求详细论述了基于PLC 的DCS系统的功能特点,及系统的网络设计、硬件实现、控制程序的设计过程等,最后就系统的应用现状及待改进之处进行了讨论.【期刊名称】《自动化与信息工程》【年(卷),期】2005(026)003【总页数】3页(P13-14,37)【关键词】PLC;DCS系统;水处理自动化【作者】赵光华;曾旭峰【作者单位】中国科学院广州电子技术研究所;施耐德电气公司广州分公司【正文语种】中文【中图分类】TU99我国水厂自动化技术经过几十年的发展，其水平和应用范围都得到了很大的提高。

特别是随着近年来半导体技术、网络技术、软件技术等高新技术的发展，使得PLC技术和现场总线技术都得到迅速提高，并被广泛应用于DCS系统中，使DCS 正在向着更加开放，更加标准化，更加产品化的方向发展。

目前在水处理自动化领域广泛使用的DCS系统硬件组成形式是PLC+通信系统+工业级微机，以下结合某自来水厂的具体要求进一步探讨基于PLC的DCS系统的功能特点和设计过程。

在市场经济与信息时代的飞速发展中，企业内部之间以及与外部交换信息的需求不断扩大，这种要求已不局限于通常意义上的对生产现场状态的监视和控制，同时还要求把现场信息和管理信息结合起来，即利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。

本系统是集管控一体化的DCS系统，在硬件上采用目前先进的 PLC系统技术和网络技术，在设计上充分考虑到交互性、实用性、可维护性、可扩展性等。

该系统主要实现以下功能：（1）数据采集功能。

各现场级仪表和控制设备完成现场数据采集工作，并通过控制网络实现数据在整个控制系统中的传输和共享。

（2）监视功能。

系统各分站及中控室设置上位监控计算机，实时显示现场工艺流程和工况，使操作人员能及时获知现场情况。

（3）控制功能。

各分站设备通过PLC实现自动控制，使整个系统性能稳定，安全高效。

城市供水生产过程实时数据采集与监控系统()系统概述——中国系统集成在线在我国经济建设飞速发展的今天，综合国力一天一天增强，随着的加入，标志着我国各行各业必须以最快的速度与国际接轨。

对我国中小城市自来水公司而言，采用现代电子信息技术及综合自动化技术来改造生产各个部门和进行企业管理是极其重要的，这是改变目前我国中小城市自来水企业被动局面的最有效的办法之一。

就城市自来水公司而言，其企业特点是：分布式、集散型、网络化、全开放。

为了安全、稳定、可靠地管理好遍布全城的供气和供水管网，一定要有一个满足其企业特点的、现代化的、先进的企业综合自动化系统（）。

建设意义随着社会经济的发展，水对人民生活与生产的影响日益加强，对供水的质量与安全可靠性的要求不断提高，人们也更加重视降低供水系统的能耗，为此，一项重要而有效的措施就是加强供水系统工况的监测，尤其是加强水处理厂各个工艺环节的自动监测与控制。

建设水厂在线监测仪表具有如下意义：监控水厂生产过程中水质指标，调整生产工艺及加药投料，以便能够使水质能达到规范要求。

实现生产自动化控制，节约人力资源。

节约生产成本。

建设目的为及时准确地掌握和了解整个工艺流程运行情况，自动监测和控制各个生产环节，本次设计在工艺流程关键部位上配置了在线式检测仪表，并通过二级分布式计算机集散测控管理系统对全厂实行现代化管理，以达到科学、安全、经济、合理的运行目标。

功能特点自来水系统可实现以下主要功能：）遥测根据系统设定参数，遥测水厂和不同站点的监测数据（特别是管网压力监测数据），形成系统运行历史数据库。

）遥控控制各水厂内污水泵房、反应沉淀池、滤池、送水泵房的设备运行。

）报警监测数据量的上、下限报警，报警记录。

）参数输入及组态输入系统参数，如巡检周期、控制参数、报警限、计算公式、系统时间等，并对这些参数进行组态，以形成完整的系统操作、控制、统计、显示、打印参数数据库。

整个系统以此数据库为基础运行。

）自动巡检自动巡检各水厂和测压站及其它站点数据及生产设备工作情况。

数字平台在自来水生产\调度和管网管理中的应用摘要：自来水系统是关乎群众生产和生活的重大工程，自来水系统生产、调度和管网的有效管理不仅能极大地方便城市供水系统的顺畅展开，而且也能为自来水企业节省大量运营成本，本文结合作者多年的自来水系统管理经验，从管网系统的实际出发，介绍了数字平台在自来水生产、调度和管网监测调度系统中安装和使用，希望能为行业引进新的管理手段，提高管理效率提供帮助。

关键词：数据平台自来水生产调度管网监测调度数字平台是将数字电台、数字监控、检测计量系统等整合为一体的现代化控制管理方式，利用数字信号处理、纠错编码和数字调制解调等技术，克服了传统自来水管理方法在使用中出现的丢失数据、情况处理速度慢以及通信经常中断等缺点。

实际应用表明用数字平台代替原有的传统管理方案可大大提高自来水管理系统通信和处理异常情况的及时性和可靠性，为管网监测系统提供了一种较好的选择方案。

一、数字平台在自来水中的应用简介数字平台可以将自来水企业以前的多个分系统合并到一起，实现信息的综合利用和便捷处理。

数字平台的特点主要有以下几个：(1) 系统都采用了DSP和PLC嵌入技术，自适应均衡，前向纠错技术，检测效果好，数据传输效率高，平台工作稳定性、传输可靠性、抗干扰性、传输速率和传输距离远远超过其他单一系统模式。

(2) 适宜在恶劣的环境条件下使用。

平台要求温度和电源的工作范围宽，尤其是在干扰严重,传输路径阻挡的环境下表现优异。

(3) 具备网管功能:实现空中远程设置系统内其它电台参数如串口格式、发射功率、工作频率等，也可以实现空中远程监测系统内其它电台状态如工作电压、工作温度、接收信号强度、信噪比、误码率、状态告警等。

二、自来水生产环节的数字化管理自来水生产过程需要经过图一所示的步骤：图一数字平台可以通过各个PLC和图像检测系统实现自来水生产的全过程监督和管理。

首先是水源和取水口的实时监测工作，这样可以在源头避免出现水质问题；其次是在用管道将原水输送至一级泵房（取水泵房）并在一级泵房前加氯以杀灭藻类、植物和贝类动物和经过混合（在水源水中加入适量的氯化铝，俗称矾）、反应、沉淀、过滤、消毒等处理工艺，在相应的构筑物（如沉淀池、滤池、清水池等）的处理过程中，利用数字平台的信息交换和整合数据平台可以及时发现例如水质处理不合格、输水管网漏水等问题，并采取相关措施。

美国M D S公司S C A系列产品应用之一 Document serial number【KK89K-LLS98YT-SS8CB-SSUT-SST108】美国MDS公司SCADA系列产品应用之一点对多点/远距离/大容量/高速/实时数据采集与控制系统一、简介用无线电台方式实现远程数据采集、监视与控制，相对于架设专用电缆（或光缆）、租用电信专线等，具有造价低廉、施工快捷、运行可靠、维护简单等优点。

美国MDS公司SCADA系列数字电台采用数字信号处理、纠错编码、软件无线电、数字调制解调和表面贴片一体化设计等技术，具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点，电台提供标准RS232数据口可直接与计算机、RTU、PLC、GPS接收机、数码相机、数据终端等连接，传输速率达19200bps，误码低于10E-6（接收电平-110dBm时），发射功率0.5-25瓦可调节，任何型号电台可设置为主站或远程站使用，无中转通信距离达50公里以上，能适应室内或室外的恶劣工作环境。

电台数据和话音兼容，可工作于单工、半双工、时分双工TDD、全双工方式，收发同频或异频中转组网，并具有远程诊断、测试、监管功能，满足各行业调度或控制中心与众多远方站之间的数据采集和控制。

二、系统结构用美国MDS公司SCADA系列电台组建油田/天然气、水处理、电力、煤气、铁路、地震/气象/环保、GPS、金融、公安/交通/安防、化工、工业控制自动化等数据采集与控制系统结构如下图：点对多点无线数据采集监控系统点对多点无线数据采集监控系统（有远距离中继）三、典型实例1、电力农网SCADA/配网自动化/远程抄表/电力负荷管理系统中心站设在供电局调度楼，电台RS232数据口直接与调度自动化系统通讯前置机相连；外站为局所属各变电站、开关柜、变压器，电台连接RTU/FTU。

系统采用轮询或CDT 工作方式，传输速率19200bps。

中心站电台可备双机热备自动切换。

美国长岛电力公司自动恢复系统由于MDS电台体积小，结构坚固，工作可靠，工作环境温度范围宽（-30～﹢600c），可于室外工作，因此，很适合配电自动化数据通信网络，在配网中已得到广泛应用。

自来水系统与MDS数传电台在自来水控制监控系统（供水管网自动化）中，数据的传输是实现自动化控制的基础，数据传输可以简单地分为有线（包括架设光缆或租用电话专线）和无线（分为建立专用无线数据传输系统或租用GSM，CDMA等公网平台）两种方式。

无论通讯的距离远近，架设电线杆、挖掘电缆沟来架设光缆都是比较困难的，而且成本高昂；租用电话专线和GSM、CDMA等公网平台则会连续产生相应的通讯费用；而采用无线传输的方式则可以很方便地将数据传输到较远的距离，具有：接收灵敏度高、数据传输实时性好、施工方便，工程造价相对较低、一次投资持续使用、没有运行使用费、适用于恶劣环境、稳定性好等优点。

自来水厂的取水泵站到净水厂大多都有一定的距离（从几公里到几十公里不等），为了方便管理调度，一般将控制中心设在净水厂，因而要求取水泵站（远端站点）的采集设备能够采集其信号并及时回传至控制中心，同理，控制中心的指令也需要快速传递给远端站点以实现取水泵站的自动控制。

这就要求无线通信系统具有传输速率高、轮询时间短、响应时间快等特点。

所以，实现取水泵站的自动控制监控必须建立可靠的无线数据传输系统。

数传电台是数字式无线数据传输电台的简称，它是采用数字信号处理、数字调制解调、具有前向纠错、均衡软判决等功能的一种无线数据传输电台。

而现在国内很大一部分的遥控遥测电台都是采用模拟调频发信机加MODEM芯片改制而成的。

这种电台传输数据存在着可靠性差、性能指标低、误码率高、灵敏度低、无网管等缺点。

如果数据传输不回来或控制指令不能下达，系统将无法判断是停电、电源坏、信号差、天线馈线不匹配、温度高还是PLC无数据。

因此，在要求高速度、高实时性、远距离、高可靠性的自来水控制监控系统中，则应当采用本文给出的基于DSP (Digital Signal Processing)等技术的数传电台，美国GE MDS公司EL-7052系列数字电台符合这一要求。

EL-7052的工作频率为220～240 MHz，是GE MDS产品线里性价比最高的产品，提供模块（方便集成）和整机。

GE MDS 4710工业级数传电台GE MDS 4710工业级数传电台的性能价格比在常规电台中独占鳌头，覆盖频率为330-512MHz，4710数传电台的数据吞吐量大，是一款远距离无线数传电台，全透明异步实时传输，使用标准的异步通讯协议，无需特别设置及编程，并提供一路通用的数字输出。

广泛应用于工业自动化、油田数据采集、铁路无线通信、煤矿安全监控系统、管网监控、水文监测系统、污水处理监控等。

GE MDS 4710工业级数传电台可在现场设置为主站或子站，可以半双工或单工运行。

支持各种收发频率间隔，主站电台可以做网管。

单工运行模式允许所有电台之间的通信。

本产品使用于UL标准一级二类，A、B、C、D各种恶劣危险的环境使用。

GE MDS 4710工业级数字电台性能优异，数据可靠，坚固耐用。

采用了DSP技术，自适应均衡，前向纠错技术，速率达到19200bps。

GE MDS 4710工业级数传电台安装简便易行。

无线系统的安装实施快，投资见效快。

MDS 4710电台无须特别编程设置，任何常见异步通信协议都可以使用。

GE MDS 4710工业级数传电台在最恶劣的环境下使用，MDS进口数传电台设计出色，在干扰严重，传输路径阻挡的环境下表现优异。

网管软件：InSite网管软件简化了维护的工作，减少了管理费用，可在不中断数据传输的情况下，监测维护电台网络。

GE MDS 4710工业级数传电台GE MDS 4710工业级数传电台的特点性能优异：DSP电台，信道编码，前向纠错，相干解调设置灵活：可设置为主站或子站，软件设置频率兼容性好：与过去的MDS2000系列，MDS4000系列产品后向兼容GE MDS 4710工业级数传电台的应用• 工业自动化• 油田数据采集• 铁路无线通信• 煤矿安全监控系统• 管网监控• 水文监测系统• 交通控制系统• 石油生产过程自动化•天然气生产过程自动化• SCADAGE MDS 4710工业级数传电台的技术参数工作频点: 330-512MHz运行方式: 异步，单工，半双工数据端口: RS-232发射机: •频率稳定性：+/-1.5ppm •载波功率：0.1 至 5 瓦可调•载波功率精度：+/- 1.5 dB •占空率：100%，连续•输出阻抗：50欧姆接收机: •类型：双超外差式•频率稳定性：+/-1.5 ppm •邻道选择：60 dB电源: •供电：13.8Vdc (10.5 至16 Vdc范围)•发射电流：最大2 安培，(发射功率5W时) •接收电流：< 125 毫安•休眠状态：15 毫安调制解调器: •调制类型：数字/ CPFSK•CTS时延：0-255毫秒可调，1毫秒为步进•PTT时研：0-255毫秒可调，1毫秒为步进外型尺寸: •机壳：铸铝•尺寸：5.08 x 14.29 x18.4 cm •重量：1 公斤使用环境: •温度范围：-30℃至 +60℃•湿度范围：40℃时95% 非冷凝机构认证: •FM •UL •CSA深圳市拓欧力科技有限公司作为GE数字能源的高级战略合作伙伴将为广大客户提供优质的服务。

利用GPRS无线通迅实现供水管网监测来源：国际管道网作者：未知日期：2010年02月02日访问次数：153随着科学技术的迅猛发展，数据通迅越发成熟、完善。

目前应用理想的通迅设备有两种：（1）数传电台；（2）GPRS/CDMA数传模块。

供水管网监测系统的主要目的是解决对供水管网各环节监测点的数据采集和控制。

系统由监控中心和各个测压监测点组成，各个管网监测点的数据采集终端RTU可监视和采集压力、流量等各种数据，供控制中心及有关部门分析和决策取用，提高工作效率，保证供水质量，满足日益增产的用水量的需求。

目前，自来水供水调度监控系统中采用的数据通信可简单分为有线和无线两大类，其中有线通信主要包括架设光缆、电缆或租用电信电话线、X.25、DDN、ADSL等，而无线则包括超短波通信、扩频通信、卫星通信、GSM短信/GPRS通信等。

在供水调度监控系统中，由于各压力监测点分布范围广、数量多、距离远，个别点还地处偏僻，因此架设光缆、铺设电缆难度大、不切合实际，向电信部门租用专用电话线又要申请很多电话线，而且有些监控点线路难以到达，况且采用电话线路时需要等待漫长的电话拨号过程，速度慢，运营成本较高，总之监控系统采用有线通信方式建设周期长、工作难度大、运行费用高，不便于大规模使用；与之相比，无线通信方式则显得非常灵活，它具有投资较少、建设周期短、运行维护简单、性价比高等优点。

在监控系统中，无线通信方式主要包括：超短波（230MHz）无线数传、扩频、卫星通信、GSM数字蜂窝通信系统等，其中卫星通信由于通信费用昂贵，只在一些特殊的领域下使用，未得以普及；而扩频通信技术虽然速率高，但只能在视距范围内传输，应用也受到限制。

采用超短波数传电台作为传输信道具有组网灵活、扩展容易、维修方便、运行费用低等优点，但此种方法适合于开阔地段，它又受地理环境的限制，信号覆盖范围小等缺点。

因此在地理环境复杂的地区，选择中国移动的GPRS网络通讯技术无疑是比较理想的。