珠海市供水管网智能在线监测仪表应用和探讨

严旺炳

【摘要】科技的发展，国内外在线监测仪表制造商已经开发出集成自带供电、数据采集、数据处理、通信等仪表模块，珠海管网智能仪表是最关键部分，直接影响监测数据的准确性和可靠性。文章重点介绍智能化仪表应用的经验，并介绍智能化仪表与系统的配接技巧。

【关键词】管网；智能仪表；数据采集；节约能耗

1、引言

珠海供水系统复杂，分为东部和西部供水，东部净化水厂4座，出厂日供量约65万顿，对澳原水日供量约30万顿。西部水净化水厂7座，净化水日供量约45万顿，工业原水日供量4万顿，全市供水面积大约1688平方公里。由于季节性缺水降雨时空不均等原因，水库的自产水量却不足全年的两成，为此原水主要取自西江，但由于处于西江入海口，咸度超标逐年加剧。为解决原水不足的问题，珠海建立复杂的原水系统“江河为主水库为辅、江库连通库库连通、多水源多种输配线路多级提升输水线路长、能耗高泵站取水能力富余量大、保障性高”。

为了保障珠海多种水源的原水系统安全、节能、高效运行，珠海水务集团建立了原水应急调度指挥系统，对原水系统进行模拟仿真，通过数学方法对原水系统各单元之间的联动关系进行定义和控制，达到信息化管理和控制的目的。公司的SCADA系统及管网建模系统的建立，使得全市共有各类数据采集终端220个，智能仪表近千台，全面覆盖供水生產各环节，为调度人员对整个供水系统的全面监测、突发事故发现、处置提供了先进的管理办法。

2、智能化仪表在供水中的日常应用

2.1 选型技巧

为确保系统正常运行，智能仪表的正常准确检测是关键所在，必须遵循两点：一是满足系统总体设计要求，智能仪表输出为数字信号，必须带有通信接口如RS232、HART等接口；数据传输协议必须支持MODBUS_RTU、HART、MODBUS等协议；由于智能仪表工作环境恶劣，其防护等级必须达到《国家IP标准GBT4208-93》规定的IP68/NEMA6P等级。此外，高楼层遍布城市，原无线电台超短波无线传输数据方式已不适合使用，智能仪表无线远程必须采用一体化GSM/GPRS无线远传输出；智能仪表必须内置数据存储芯片记录全过程，数据必须保存1年以上且必须防止数据掉失，出现掉线、电路电池故障等非常规需及时报警，且要有补发数据的功能。二是要求智能仪表实用、可靠，性能价格比高，便于维护的原则，要适当选用高质量的行业知名品牌仪表，以满足以上三系统连续运行的要求。

2.2 主要智能仪表的特点分析

（1）智能压力仪表

智能压力仪表由数据采集、通信、传感、天线、高性能电池等组成。智能压力数据采集终端（智能压力仪表）采用智能模块化设计，软、硬件扩充性能好，可靠性高。同时符合防护等级IP68工业标准、体积小巧，安装、使用及保养方便，可在较恶劣环境下长期可靠地采集数据。

智能压力仪表的主要功能特性：在1分钟-4小时的范围内，调节数据的采集周期，5分钟-4小时的范围内，调节数据的发送周期。带有存储容量模块，可存放数月。有变化率报警和上下限报警功能。 实时电压及电池余量信息及时发送主台的功能。智能调配处理信号传送，减少电源的消耗。可远程采集终端各个重要参数。

（2）智能水位仪表

在供水系统中智能水位仪表有30余台，其主要构成有数据采集、通信、传感器、天线、高性能电池等模块组成，其中传感器根据现场工作环境可以采用投入式液位传感器或者超声波液位传感器。智能水位仪表软、硬件扩充性能好，可靠性高、体积小巧安装、使用及保养等尤为方便。智能水位仪表主要功能特性类似智能压力水表，周期、存储、报警、采集均智能化。

（3）智能电磁水表

在供水系统中智能电磁水表有50余台，智能电磁水表均由数据采集通信、传感器、天线、高性能电池等模块组成。智能电磁水表工作原理：法拉第电磁感应定律是电磁流量计的基础，当导体作切割磁力线运动时，导体中就会产生感应电动势。本原理适用于导电流体流过垂直于磁场方向的测量管。原理公式为：UE = B.D.V ，流体中的感应电动势由位于径向彼此相对的两个电极测出。信号电压UE 正比于磁感应强度B、电极间距D 和平均流速V。由于磁感应强度B 和电极间距D 是常数，则信号电压UE与平均流速V 之间成正比关系。计算体积流量公式是UE ～qv。信号电压UE与流量呈线性正比关系。

智能电磁水表中无可动部件和插入流体内部的阻力件，没有附加的压力损失，工作寿命长，仪表维护量小。流量计测量准确度为1级和2级，可以满足三系统测量要求。功能上采集、发送周期在15分钟～12小时，能实时监测、智能采集等功能。

（4）智能水质在线仪表

在供水系统共有智能水质在线仪表20余台，其构成也有数据采集模块、通信、传感器、天线、高性能电池等模块组成。SC智能水质在线仪表数据采集终端主要对浊度、余氯、PH、温度、总氯等5参数进行在线监测。

3、智能仪表与计算机系统的数据流程

智能仪表都可以通过计算机的USB接口或配合专属的无线射频工具使用相应的设置软件对其在现场环境进行辅助设置和状态查验，简化了现场施工及维护工作量，大大提高了工作效率。智能仪表工作时利用移动GSM/GPRS无线远传输出，数据打包传送，保障了数据传输安全性和完整性。智能仪表数据流程图如图二：

4、运行效果

近千台智能仪表在整个供水管网系统的运行中发挥了重要作用，它提高了我集团的计控水平，并为我集团的进一步技术改善和逐步完善供水板块的生产、分析、决策系统打下了良好的基础。

实时了解整个供水管网压力，防止因管网压力过高而引起的爆管事故，同时又减少了管网压力过低而造成对用户所带来的不利影响。通过合理调配水资源，使生产运行方式进一步优化，节约能源，据统计大量使用智能仪表之后供水管网系统每年可以为集团节电约134万k.Wh。

（2）连续监测各供水设施的运行状况，保证设施安全可靠地工作。

（3）提高生产管理人员应付突发事故的能力。由于各管网关键点均安装有各类检测智能仪表，一旦发生事故，生产管理人员能及时判断事故原因，以便立即组织抢修，避免事故扩大化。

5、结语

大量智能在线监测仪表在珠海市供水管网的应用是珠海水务集团有限公司通过技术创新，利用现代化高科技手段提升珠海市供水安全，提供优质水的成果，是自主创新，惠及民生的工程。目前珠海水务集团正在实施“十三五”发展规划，将对供水板块生产设施及供水管网进一步升级完善。包括：按新的供水格局完善水源系统，安装更多智能水质在线仪表数据采集终端；在供水管网改造过程中安装更多的智能压力数据采集终端和智能电磁水表流量数据采集终端，提高对用户的服务水平。大量智能在线监测仪表提供的精准生产数据为将要建立的专家辅助决策系统打下坚实的基础，使集团管理层以更加精细和动态的方式管理供水系统的整个生产、管理和流程，从而实现“智慧水务”的宏伟目标。

参考文献：

[1]《珠海市给水规划（2006-2009）》珠海市规划设计研究院2007年