供水泵房监控管理系统

毕业设计（论文）

题 目 供水泵房监控管理系统 姓 名 [姓名] 学 号 [学号] 专业班级 [专业班级] 所在学院 [所在学院]

指导教师（职称） [指导教师（职称）]

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供水泵房监控管理系统

摘要

近年来随着城市发展的不断加快，小区建设速度越来越快，小区居民人数越来越分散且多，小区自来水供给加压站作为城市发展的基础设施，显得越来越重要。基于计算机控制技术、通信技术的信息化建设对于城市二次供水系统具有非常重要的意义。供水泵房内的设备监控与供水设备实时运行安全，成为保障供水泵房安全可靠运行的重要举措。一旦泵房内设备出现故障，就会影响居民供水，造成供水不足或供水质量问题。因此，为了保证供水泵房安全可靠工作，对泵房里面环境设备及泵房水质进行实时智能监视是非常重要的。同时目前国内普遍缺乏有效的供水泵房管理方法和高水平的技术管理人员，因此对供水泵房进行实时智能监控管理显得非常有必要。本文基于此背景的研究设计的一种供水泵房监控管理系统，对该系统的国内外现状进行了掌握，并对该系统的关键技术进行了分析，了解了该系统的设计流程，同时给出了该系统的设计需要、系统功能和系统框架，并进行的相关的阐述。最后搭建的系统平台，完成了系统数据采集设备的设计和上位机显示系统的设计。

关键词：供水泵房；管理系统；智能监控；系统设计；安全运行

II

Abstract

In recent years, with the continuous acceleration of urban development, the speed of community construction is faster and faster, and the number of residents in the community is more and more dispersed. As the infrastructure of urban development, the water supply pressurization station in the community is becoming more and more important. The information construction based on computer control technology and communication technology is of great significance to the secondary water supply system in cities. The equipment monitoring and real-time operation safety of water supply pumping house has become an important measure to ensure the safe and reliable operation of water supply pumping house. Once the equipment in the pump house fails, it will affect the water supply of residents, resulting in inadequate water supply or water quality problems. Therefore, in order to ensure the safe and reliable operation of the water supply pump house, it is very important to monitor the environmental equipment and water quality of the pump house intelligently in real time. At the same time, there is a general lack of effective water supply pump room management methods and high-level technical management personnel, so it is very necessary to carry out real-time intelligent monitoring and management of water supply pump room. Based on this background, this paper studies and designs a monitoring and management system for water supply pump house, grasps the status quo of the system at home and abroad, analyses the key technologies of the system, understands the design process of the system, and gives the design needs, system functions and system framework of the system, and elaborates on them. Finally, the system platform is built to complete the design of the system data acquisition equipment and the upper computer display system.

Key words: water supply pump house; management system; intelligent monitoring; system design; safe operation

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1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

随着近年来我国城市发展建设速度的加快，居民小区越来越庞大、分散，小区自来水加压站已成为城市极为重要的基础设施，加强对城市二次供水的信息化建设具有相当重要意义。利用计算机技术、通信技术和自动控制技术对全市小区自来水加压站设备工作的重要参数、安全情况、设备运转状况进行实时的数据采集来实现现场设备的动态监测和远程监控报警，完成泵房自动化监管，并将监测点信息用组态画面显示，直观表达泵房设备运行状况和监控点状态，然后运用统计、预测等数学模型结合空间分析等方法，综合考虑实际的经济情况和技术指标，作为优化控制的反馈信息，从而实现二次供水系统的合理配置。泵房是为水提供势能和压能，解决无自流条件下的排灌、供水和水资源调配问题的唯一动力来源，是解决洪涝灾害、干旱缺水的重要工程措施和实现水利现代化的重要标志之一。供水泵房也称为二级泵站，其作用是净水构筑物净化后的水输送给千家万户。二次供水系统设备监控与供水设备安全运行问题，成为保障二次供水的经济、可靠运行关键所在。

1.2 课题国内外研究现状

居民用水是关系社区民生的重要基础保障。泵站是居民供水工程的重要组成部分，是保护和发展粮食生产的关键。美国是水电站计算机监控系统中使用的第一台计算机。这是因为在20世纪60年代，计算机体积大，性能差，软件支持不足。当时的监控系统只能对电站的运行参数进行记录和报警。完成的功能也很复杂。1974年，美国实现了对哥伦比亚河梯级电站库里水电站的闭环控制。达图利水电站目前装机容量为600万千瓦，是世界上第一个实现闭环控制的最大水电站。虽然控制系统有许多缺点，但它一直在不断改进。这是水电站计算机控制发展史上的一个重要里程碑。2000年以来，随着计算机技术的发展到了一个相对较高的水平，无论硬件的集成和可靠性如何，它都是一个经济综合的技术指标，同时也是软件配置的丰富性和适应性。计算机可以使水电监测系统成熟，发挥重要作用。水电站采用计算机监控系统，取得了显著的效果。在应用层面，各国发展水平参差不齐，美国、日本、法国等国家具有优势。

我国水电站自动化应用计算机起步较晚，计算机技术人员不足，计算资源不足，应用范围窄而浅。前一节的主要实验和研究主要是数据收集。在“五”期间，重点是汽轮发电机组的调速，并对水电站进行监控，自动监测水的状况。这些都取得了一定的成绩，在“七五”期间又有了新的突破。1987年10月，原水利电力部在南京召开实际会议，总结国家级水电站自动化技术和方案。根据经验，在“七天五”期间制定了水电站计算机自动化计划。根据规划，“七五”期间，我国实现了约30座水电站的计算机监控和经济运行。其中5座水电站实现了实时经济规划，1座水电站尝试不值班。实现了“七五”规划的要求，把这一领域作

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为一个具有现实意义的战略目标。该系统于2013年实施。它代表了21世纪初国外水电站计算机监控系统的发展水平，取消了原有的控制环节，采用加拿大CAE公司的交付方式，采用了CAE与国内水利部门共同开发的国内首套计算机监控系统。

目前，我国水电站自动化水平大大提高，国家水电站基本实现了计算机监控。现阶段，研究方向将转变为自来水，重点将是泵房的实施。到目前为止已经取得了一些经验。这些结果和经验对我国水泵房计算机监控系统的发展具有一定的参考价值。鉴于城市供水在泵房中的重要作用，泵站必须采用自动监测系统。自动监测系统用于实时监测各增压泵站的运行参数。目前，自动化控制技术的发展十分完善，可靠性高。该泵站完全由能力置换人员监控，节约了生产成本，提高了生产效率。

1.3 课题研究主要内容

泵站监控系统的发展由来已久，而实现远程监控和自动化监控是一项涉及到自动化技术、通信技术、软件开发技术等多种内容的复杂工程，学位论文旨在设计出一套较为完整的加压泵站远程监控系统，主要包括以下几点内容：

（1）分析供水泵站发展现状及国内外供水泵站监控管理技术研究现状，从中提炼出了供水泵站现状存在的主要问题以及未来的前景。

（2）分析供水泵站监控管理系统的功能需求，根据实际生产生活确定本文设计的关键技术，在此基础上完成系统的总体框架设计。

（3）详细介绍系统采用的供水泵房的设备检测控制器、信息采集模块、通讯模块等下位机硬件具体组成部分，主要完成电气控制硬件的设计，设备检测控制器的选型和各低压设备的选型。

（4）详细介绍上位机监控软件的选择及开发，上位机监控系统与将现场与上位机实时通信连接，交换数据，并将系统运行期间的各个参数传送至上位机系统进行实时显示。文章中具体描述了各项软件功能的实现过程。

2 系统总体方案

2.1 功能需求分析

供水泵站远程监控系统是指在中控室实现对远程泵站运行情况的监控功能、采集泵站的实时状态参数、接收子站工作信息、通过自动化设备执行控制命令，同时具有故障报警、历史报表及打印功能的计算机综合自动化系统，具体来说分为以下几项功能：

（1）信息采集功能。监控系统能通过现地控制单元自动采集各种实时参数与状态信号，采集的变量主要包括：电动机的有功功率、无功功率、三相电压、电流；接触器开关状态；水池水位、出口水流量、出口水压力等。

（2）数据传送功能。泵站与监控中心之间能进行良好的数据通信，采集到

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加压泵站的各项参数与工作状态后，准确地发送到监控中心，监控中心也可以通过网络给各泵站下达控制命令，实现整个泵站群的信息共享，资源共享。

（3）数据处理功能。现场信息发送到控制中心后能够进行有效的记录，形成各类监控数据的历史数据报表，支持打印功能。同时可以查询指定时间段的历史数据、趋势曲线和工作状态。

（4）控制功能。当控制中心对加压泵站发出控制信号后，按照给定的控制规律对泵站电动机组的启停装置、变频器的启停装置、继电器断路器等辅助设备进行对应的操作。

（5）显示功能。在监控中心的计算机界面上显示各加压泵站的工作状态，并能调出主要控制参数的历史曲线图、发展趋势图以及历史数据报表、相关操作记录。

（6）报警功能。对超出变量设定值的数据进行画面报警，同时记录每次的报警信息，支持在线查询和报警信息打印，管理员授权以后可以更改报警阈值。

综上所述，供水泵站监控管理系统需要以先进的软件技术作为支持，以自动化程度高的硬件设施作为辅助，最终满足生产生活中对水资源合理利用、对人力资源优化配置、提升泵站经济效益和社会效益的多种需求。

2. 2 系统设计方案

通过上述分析，本文为设计方便把设备数据采集部分和系统服务器部分进行了整合在了下位机来实现两者的功能。因此设计方案包括两个部分的内容，即下位机和上位机。具体设计框图如图2-1所示。

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供水泵房监控系统监控系统下位机监控系统上位机控制器选型电压电器选择交流接触器选择变频器选择压力变送器选择网络连接数据接收参数实时显示通讯连接数据库存储电路设计线路干扰继电保护运行保护数据发送网络连接图2-1 供水泵房监控管理系统设计框图

3 系统硬件设计

3.1 传感器单元

测量泵房的烟感采用烟感传感器如图3-3所示的就是HTD2800型号的传感器，该传感器是一款多功能传感器，能够输出温度、压力和湿度三种数据的传感器，是一种适用于监测的经济高效型传感器。

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图3-3 HTD2800传感器

3.2 水质测试单元

浊度测定采用专用光电式浊度仪进行测定。光电浊度仪是利用一稳定的光源通过被水样直射至光电池。当水中的悬浮物和胶体颗粒越多、则透射光愈强，当透射光强弱受到不同程度变化时，在光电池上也产生相应变化的电流强度，直接推动直流输出电表，从表面上直接读出水样的浑浊度。图3-4是MIK-PTU200型光电式浑浊度仪。

图3-4 MIK-PTU200光电式浑浊度仪

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4 系统软件设计

4.1 用户登陆模块

供水泵房监控管理对于不同的用户，其工作方式是不相同的。对于不同的用户权限，本系统赋予了不同的功能，各企业等不同用户。系统还保存了用户的信息，方便进行维护使用等。系统用户登陆管理模块流程图见图4-3。

开始 N 用户登录 Y 读取用户类用户管理模块 管理自己和普通用户信息 拥有所有权限 普通用户 管理自己的信息； 只有查看权限 数据管理模块 管理员用

图4-3 用户登陆管理模块流程图

4.4 上位机数据显示

上位机采用Web网站进行的设计，该系统是一个比较可靠的系统，需要通过登录功能才能查看相关的数据信息。Web网站界面显示比较简洁，以实现系统功能为主。Web网站设计采用了ASP语言进行设计，主要包括控件布局、事件响应等实现。登录页面如图4-5所示。

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图4-5 泵房监控系统登录页面

在输入正确的用户名和密码后，才能进入系统数据页面显示，如果输入其中的任何一个不正确都会提示需要重新输入。显示效果如图4-6所示。

图4-6 登录错误显示页面

在正确输入用户名和密码后，才能进入系统数据页面显示，数据显示主要包括泵房的水质浊度和泵房的温度，和记录数据的时间。显示数据页面如图4-7所示。

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图4-7 数据显示页面

在数据显示页面还可以查询数据的历史记录，通过时间段的选择可以对数据进行查询显示。设置查询条件如图4-8所示，查询显示页面如图4-9所示。

图4-8 数据查询条件页面

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图4-9 数据查询结果页面

总结

基于无线串行接口4G模块进行网络传输，实现了对泵房的智能实时监控。通过对泵房当前的环境信息进行监控，从传感器获取相应的数据信息，然后通过控制器将数据信息发送给监控机进行处理，并通过监控子系统进行综合分析评价。供水泵房的智能实时监控为二次供水资源的保护、调节和决策提供了有力的支持。本课题采用先进的计算机信息技术和通信技术手段，通过传感器技术，实现对供水泵房监控数据的实时传输。各级有关部门和公众可以满足对供水泵站实时信息的需求。实时监控水泵房的报警和事故的及时响应能力、水质异常等，判断发展趋势和原因分析。为关键决策和综合管理提供信息支持，为管理提供多方面、多方面、快速的信息服务。目前，我国在水质在线监测方面还没有比较成熟的经验。经过多次调整和修订，并逐步完善，管理部门在多方面具有多向性和准确性，能够提供快速的水质信息服务。分析了泵房监控管理系统的应用要求。通过应用集成，开放结构，支持多通道、系统平台、高效监控管理系统，支持通信协议，具有完善的管理、控制和安全容错机制。

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