液位变送器在水站液位人工控制变无人值守中的方案设计

       现代化工农业生产的效率的提高，得益于现代科技的飞速发展，在许多生产现场，我们都可以看到自动化设备的运行，远程监控及无人值守场站的设计是工业控制领域发展的方向。本设计利用无线网桥网络及RTU，把距离生活基地比较远的水站现场的各种监控数据及视频监视信号传输到基地的监控计算机上，以实现远程监控及无人值守场站设计。采用这这种自动化的无人值守的控制方案，不仅可以节约人力成本的投入，更能够实现24小时自动化监测与控制，极大地提高生产效率。
　　我公司南翼山集输站距离生活基地100多公里，站内生活用水及油井注水用水均来自采石岭水站，采石岭水站距离生活基地30多公里，处于荒无人烟的戈壁滩腹地的山丘之上，海拔3500米，常年气候严寒，无人居住，自然环境恶劣。目前，水泵的启、停要靠驻扎于此的数名工人进行人工操作，工人们生活乏味，条件艰苦。所以，有必要把该水站设计成远程自动监控、无人值守水站。
　　一、采石岭水站工艺流程
　　采石岭水站有一个2000M3的水罐，有两台水泵从水源处抽水注入水罐，水罐的出水管通往南翼山集输站，为南翼山集输站供应生活用水以及油井注水用水。
　　二、系统设计
　　1.现场仪表
　　在水罐的底部安装一台液位变送器，水罐顶部安装一台雷达液位计，此处安装两台液位计的目的，不但是为了可进行数据的对比，还可避免一台液位计出现故障的时候，无法检测水罐液位；在水罐底部安装一台温度变送器，以测量水罐内水温；水罐出口水管安装一台电动球阀，目的是可以远程操作，自动开、关水罐的出水管；两台水泵供电线路上各安装一个电磁开关，来控制抽水水泵的启、停；灌区安装3台网络摄像头，以便监视整个灌区；安装一台RTU（远程测控终端），用来采集液位计、温度计的检测数据，及电动球阀、电磁开关的的开、关状态数据，同时还可以输出开关量信号，控制电动球阀、电磁开关的开、关。
　　2.无线网桥通讯系统
　　现场和基地各安装一台50Km无线网桥，每台无线网桥配一套适合远距离传输的抛物面天线，现场的天线负责发送数据，基地的天线负责接收数据，这样便可组成无线网桥网络，通过网络接口与基地的监控计算机相连。
　　3.无线网桥简介
　　无线网桥就是无线网络的桥接器，它可以把两个或多个局域网络通过无线传输的方式连接到一起，形成一个完整的网络系统。无线网桥传输标准通常采用802.11b和802.11a标准，802.11b标准的数据速率为11Mbps，频段在2.4GHz，传输距离一般都在30Km以内；802.11a标准的数据速率为54Mbps，频段在5.8GHz，传输距离远可以达到80Km。
　　无线网桥主要由无线网桥主设备（无线收发器）以及天线组成。大多数无线网桥提供TCP/IP、RJ45 等接口，可方便地接入各种网络。
　　无线网桥有三种工作方式：点对点、点对多点、中继连接。
　　点对点和点对多点的工作方式比较简单，而构建中继连接的无线网桥的工作方式有两种：单个桥接器作为中继器；两个桥接器背靠背的方式组成中继点。（1）单个桥接器方式：使用一个无线网桥，通过分路器连接两个天线。这种连接方式简单实用，且成本低，但是由于双向通讯共享带宽，网络带宽较小。（2）背靠背方式：两个桥接器背靠背，通过“小布条”进行连接，这种方式适用于对带宽要求较高的用户，这种连接保证每个无线网桥分别连接一个天线构成桥接中继，大大提高了带宽。
　　本设计中，由于现场和基地的距离为30多Km，故选择采用802.11a标准的50Km无线网桥，而由于只有两个地点安装无线网桥，所以采用点对点的工作方式。
　　4.RTU简介
　　RTU（REMOTE TERMINAL UNIT），既远程测控终端，具有强大的通讯功能，可用来监视、控制与数据采集。
　　RTU是构成自动化系统的核心装置。通常由指令控制器及数据输入输出模块、数据通讯部分、电源部分及辅助部件与柜体等五个部分组成。它具有下列技术特征：
　　⑴具有多种标准通信协议；
　　⑵使用标准的编程语言环境；
　　⑶具有极强的抗电磁干扰能力；
　　⑷具有灵活相互兼容的开放式接口。
　　⑸具有丰富的通信接口、支持多种通信方式，通信距离长；
　　⑹具有大容量的存储能力；
　　⑺安装实时多任务操作系统；
　　⑻适应环境能力极强，可在环境温度-40℃—70℃及环境湿度5%—95%RH的条件下工作；
　　与PLC（可编程控制器）相比，RTU具有PLC的大部分功能，也具有一些特有的功能，RTU的功能举例如下：
　　⑴设备自诊断；
　　⑵程序自恢复；
　　⑶采集模拟量、状态量并向远方发送；采集系统工频电量，实现对电压、电流、有功、无功的测量并向远方发送；采集事件顺序记录并向远方发送；
　　⑷提供多个数字接口和多个模拟接口；可对每个接口的特性进行远方或者当地设置；具有当地显示功能，当地接口有隔离器；
　　⑸接收并执行遥控，接受远方命令，选择发送各类信息；可通过电信网和电力系统通道进行远方设置；
　　⑹与两个及两个以上的主站通讯；
　　⑺支持与微波、载波等设备的通讯，等等。
　　与PLC相比，RTU具有更加优良的通讯能力以及更大的存储容量，它比PLC更加适用于恶劣的温度和湿度环境，还可以提供更多的计算功能。目前，RTU在石油、天然气、水利、电力、市政等行业的自控系统中被**的应用。
　　5.系统组成
　　现场各检测仪表的数据由RTU采集，通过网络通讯模块传输给现场的无线网桥；网络摄像头的视频数据也可以直接传输给无线网桥。无线网桥系统通过无线传输把各数据传输到基地的监控计算机。监控计算机装有组态软件，可以进行各数据的显示，并根据需要发出指令，通过无线网桥系统把指令传输给现场的RTU，由RTU输出开关量信号，传送给现场的电动球阀和电磁开关。
　　6.实现的功能
　　通过上述系统，可以在基地的监控计算机上进行远程监视采石岭水w站的各种数据：通过液位变送器、雷达液位计等设备，对水罐的液位、水温、电动球阀及水泵的开关状态、水站的视频监控图像等。
　　还可以根据水罐的液位高低，发出开、关水泵及电动球阀的指令，通过无线网络传输到现场的RTU，由RTU发出开、关指令给电磁开关及电动球阀，从而控制水泵及电动球阀的开、关。
　　三、结语
　　本设计利用无线网桥网络，实现了对采石岭水站的远程监控，从而实现无人值守。事实上，在大西北，很多油气集输场站都处于戈壁滩或沙漠腹地，荒无人烟，环境恶劣，都可以依此进行设计为无人值守场站。

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