泰达自来水公司供水监控调度系统的设计与实现

2010-10-27张曙光张鹏天津泰达自来水公司300457

中国科技信息 2010年13期

关键词：水厂泵站管网

张曙光张鹏天津泰达自来水公司 300457

张曙光张鹏天津泰达自来水公司 300457

科学技术不断进步，水厂与供水调度系统的自动化要求越来越高，为适应这一要求，应采用合理的调度系统设计方案。此文以作者所在的自来水公司供水监控及调度系统为实践背景，分析其功能需求，综合考虑数据传输、安全、新技术等方面，给出了一种设计方案。

供水;调度;监控;管理

1 引言

自来水是保障城市经济发展和人民生活的重要基础设施，是保障城市繁荣发展、人民生活以及发展国民经济不可缺少的先决条件。从另一方面来说，我国是一个高度缺水的发展中国家，随着改革开放的不断深入和发展以及人口数量的不断增长，无论从自来水产量和质量上，社会都对城市供水提出了更高的要求。而实现水厂与供水调度系统的自动化，是保证自来水安全、优质与供水生产调度的科学性、高效性以及合理性的有效措施，现在已经逐步发展为以提高供水质量，提高供水系统安全，降低人耗、物耗、水耗这一综合效益为目标。为了达到这一目标，要求供水调度系统从设计和选型上就必须考虑到水厂、管网和管理信息系统的一体化和配套完整性。本文介绍的就是公司供水自动监控及调度系统的设计与实现方法。

2 系统功能分析与设计

2.1 系统概况

公司现有自来水厂一个，加压泵站两个，供水管网涵养整个开发区东区及开发区西区的一部分，管网叠压泵站四十多个。水厂将完成绝大部分工艺参数的自动检测及部分参数的自动控制，取水、制水及送水实现自动程控。水厂参数应实时传送至公司总调度室，能接收并执行总调度室指令。加压泵站、管网叠压泵站及管网全部纳入系统，加压泵站实现自动化，管网压力、流量及管网叠压泵站的压力、频率等数据实时传送至总调度室。

2.2 调度控制中心的基本功能

数据通讯采集：接收水厂、加压站、计量室、管网及管网叠压泵站的压力、流量、余氯、浊度、泵运行参数、耗电量等信息。对采集的数据进行统计和处理，提供对整个系统的网络数据库管理。

画面显示：厂站、管网的动态运行图、实时趋势图、棒图、运行报表及其它自定义画面。还可显示日期、时间、报警、数据、工艺流程、设备状态、趋势、操作指导、调度指令等。

报警管理：提供全方位的报警功能，可以多种画面中以直观方式通知调度人员系统发生异常。不同级别的报警可在所有操作站上接收，报警没有确认时保持闪烁。报警内容至少包含如下内容：实际值和偏差值报警、给定值限值报警、系统自诊断报警、识别变送器运行在4～20mA范围以外的报警、输出限幅报警、电源故障报警、模板故障报警、通信故障报警等等。

统计计算和分析：系统能对供水量、供水总量等进行统计计算，并具有数据存储、查询、建帐等功能，供管理人员进行分析。

2.3 系统总体设计

根据以上功能分析，可以将系统中水厂与公司调度之间设计为C/S与B/S相结合的模式，加压站、计量室、管网监测点及管网叠压泵站等使用单片机或PLC采集数据，并传至公司。公司将采集的所有数据分类存储到数据库中。

图1所示为系统总体网络系统图。

公司调度系统软件应能很好地运行在windows操作系统下，如XP、Win2000等。公司调度系统软件包含局域网WEB实时查询系统、生产运行实时监控系统、生产运行信息综合管理系统及应急调度指挥系统等。信息查询系统采用B/S结构，调度系统和水厂、加压站、管网叠压泵站、计量室等的数据采集采用C/S结构。

公司调度中心建立DLP大屏幕显示系统，使调度系统的显示更加清晰和直观。

3 系统功能特点

3.1 灵活的数据传输方式

数据传输方式多样。水厂自控系统主网采用光纤为传输介质的工业以太网为主干网络，并采用环型冗余结构。全厂配置一台监控计算机，现场主要设备采用PLC采集数据并控制，主控PLC通过工业以太网与监控计算机通讯。

水厂数据、一加压站、二加压站及西区等的数据通过VPN与公司调度系统相连。具体传输方式可根据具体情况采用ADSL或3G技术。两种方式都已经比较成熟，3G对于布线困难的地方是一种不错的选择。

各管网测压点、水质监测点及小区管网叠压泵站等数据传输计划采用GPRS方式。毕竟GPRS无线通讯服务已全面覆盖，通讯费用低廉。

图1 公司总体网络系统图

对于小区管网叠压泵站来说，还有一种切实可行的数据传输方式——数传电台。现在国内多数遥控遥测电台使用模拟调频对讲发信机（车载电台）加MODEM芯片改制。但这不是专业的数字数据传输设备。这种电台传输数据存在可靠性差、误码率高、灵敏度低等缺点。因此，在要求高速度、远距离、高可靠性的传输中，应该使用基于D S P（D i g t a l S i g n a l Processing）等技术的数传电台。数传电台的另一个优势就是一次性投入，无需再象GPRS或ADSL一样按月交纳一定费用。因本系统中管网叠压泵站数量相对较多（已有四十多个小区，六十多套设备），而且各叠压泵站与调度中心距离均在3公里以内，所以使用高速率的数传电台在经济性和技术性上都是一个不错的选择。

3.2 系统特点

3.2.1 采用C/S与B/S相结合的方式。系统信息发布及查询采用B/S结构，数据库端及调度端控制系统采用C/S结构，充分发挥B/S和C/S结构的优势，使系统维护管理简单灵活，操作方便。

3.2.2 安全性高。采用后台数据库服务器与前台客户机的结构，分布性强，数据维护方便，安全性较好；通讯基本采用VPN方式，提高了安全性。Web发布及查询只限局域网，局域网与公网间设置硬件防火墙，服务器与客户机安装杀毒软件和防黑软件，确保系统安全；设置多级权限，严格进行访问控制。

3.2.3 数据库具有通用性。数据库采用SQL2000或SQL2005，具有通用性，数据接口开放性好。

3.2.4 接口丰富，如与GPS的接口，与营业收费系统的接口，与GIS系统的接口，与热线服务系统的接口，与气象局、水利局的接口等。

3.2.5 通讯采用驱动程序的方式，可以使系统的灵活性更大，接口更加多样化。增加其它设备只需修改驱动程序而不需要对调度程序做任何修改，例如水厂RSVIEW数据驱动、GPRS驱动、流量压力监测系统驱动。

3.3 与其它系统的整合

3.3.1 管网测压系统公司的管网测压系统是一个独立运行的系统，已经正式使用两年多。但管网测压系统仅仅是一个监测系统。供水调度如何能融合人工经验调度进行智能优化调度，使供水系统的总运行费用最小，产生良好的经济和社会效益，这就需要我们将管网测压系统与供水调度系统建立数据链接端口，通过管网动态数据了解管网运行现状，计算出优化调度方案，转化为供水设施的操作指令，传输到供水调度系统中，供水调度系统使用指令实现现场就地控制，自动生成优化调度方案，产生自动优化闭环控制系统，实现科学供水调度。

3.3.2 热线服务系统热线服务系统是一个企业成熟后的基本应用。在本系统的设计中，我们将在供水调度系统中预留接口，使热线服务系统能及时、准确地使用整合在调度系统中的数据。通过对服务过程中产生的数据进行深入挖掘之后，可有效地改进服务质量，提升企业形象，完善企业内部管理，更好的为广大市民排忧解难。

3.3.3 水情资讯、气象资讯作为供水企业，水情资讯及气象信息对企业是有一定的影响的，特别是水情资讯。及时获得相关信息，就可提前做出应对措施，确保优质供水。

因此在系统设计中增加与水利局、引滦供水处网络的连接，实现水情资讯、输水信息等的原水数据传输，及时掌握原水动态。

在系统设计中还加入天气预报功能，通过与天津市专业气象局的专网连接，把当前气象、气象日报、气象旬报、长期趋势等数据提供给供水行业，作为供水行业调度计划制定的一个重要参考。

3.3.4 GIS 供水管网是重要的基础设施之一，加强对供水管网管理的信息化建设具有相当重要意义。GIS作为集计算机科学、地理学、环境科学、城市科学、空间科学及相关学科等等为一体的新兴学科，在国内供水系统中的应用集中在输配水管网的日常管理中。它实现了供水管网图形数据和属性数据的计算机录入、修改；对管线及各种设施进行属性查询、空间定位及定性、定量的统计、分析；还为爆管、漏水事故的抢修提供关闸方案及相关信息等，并能发现水压超限后报警，避免爆管，从而基本实现供水管网的信息化管理。在该系统中，我们将调度系统、管网监测系统、管网图形库与GIS系统有机结合，使管网图形库、属性数据库及外部数据库融为一体，不仅图文并茂，准确高效，而且易于动态更新，可以有效提高管网管理工作的效率和质量。

3.3.5 GPS 利用GPS技术，结合GIS和生产调度系统，使生产管理与GIS和GPS系统功能进行有机结合，完成抢修指挥系统，为提高管网抢修的科学性和效率性提供帮助。

GPS系统不仅是为管理者和管网使用人员提供管网的准确地理位置、信息，而且结合GPS系统可以使现场的抢修人员快捷方便的索取到需要的地理位置、信息地图等。

通过GPS技术可以得到抢修车辆定位信息，并可以GIS系统中定位相应位置后进行管网综合分析。利用通讯技术将现场的应急抢修画面等实时现场信号反映在调度中心DLP大屏上，指挥人员可以如临现场地进行抢修方案的指挥。

4 前景分析

供水自动化系统，保证了各行业用水需求的稳定供应。公司调度通过供水调度系统对整个供水系统进行统一调度管理，将断水情况减至最小；通过不同检测点供水压力和流量的异常变动，能及早发现管网的漏损并进行处理，减少水资源的浪费。水厂SCADA也已成为水厂工作可靠和水质合乎要求的必要保证，同时也是水厂实现降低电耗、药耗的途径之一。系统所拥有的报警功能，既节约了宝贵的水资源，又保护了设备。

总之，供水调度系统为各行业所带来的经济效益和社会效益是十分可观的。