自来水厂生产调度辅助系统

蔡仲华，邓俊贤，温韶雄

（佛山市西江供水有限公司，广东佛山 528599）

1 自来水厂生产调度辅助系统

生产调度辅助系统以经验分析预判模式运营，以实用的历史经验数据为基础，结合人为主观的经验总结规律，自动化预测出供水需求。同时根据人为设定的特定目的条件，自动化演算最合适的调度操作方案，并能随着系统自身运营和数据积累的增加，不断调整、完善各级演算关系，不断提高系统输出的预测需求，比对计算方案现实生产情况的准确性。

系统设计具备以下功能：①自动化地实时收集数据和储存数据；②预测未来24 h 的各级水量需求数据；③从数据库中调用相关数据，实时反向演算出合适的调度（水量分配）方案；④使用者能根据不同的权限，可从系统外部方便地查询、各级原始数据和演算结果；⑤调试演算过程。

2 系统显示模板

自来水厂生产调度辅助系统的显示模板位于应用层，通过对数据的提取、运算、整合，形成以调度数据为主要呈现、交互的窗口，建立自来水厂生产调度辅助系统（图1、图2）。

图1 自来水厂生产流程

图2 自来水厂生产调度辅助系统的模块

3 系统的数据库结构和功能

基于整个系统的数据安全、操作便利、开发维护的职责、数据应用的持续发掘扩展等因素的综合考虑，初步设计将系统分为4 个部分，各部分之间的数据可相互调用输出输入，但坚持各自独立运作和演算，独立储存数据。

（1）A 部分：通过自动化不间断采集大量的与调度意义有关联的各类数据，如水量、压力、能耗等数据，不断地储存、生成“事实数据库”（以下简称A 库）。

（2）B 部分：通过人的主动观察思考，在事实数据库的原始数据中设计出一系列的关联运算，自动得出所关注的数据与其他数据之间的变量参数，实现调度经验规律的数字化提取，不断地储存、生成“经验变量参考数据库”（以下简称B 库）。

（3）C 部分：以A 库的历史数据和实时数据作为参考，通过人主动观察思考而设计出的模式，在B 库中筛选适合的变量数据，用以预测当前未来时段（24～120 h）的调度需求数据，如预测压力、水量等，持续地生成实时的“需求预测参考数据库”（以下简称C 库）。

（4）D 部分：以C 库中的需求数据为基础，按照人为设定的目标条件，如水量的生产、输送分配、开泵组合等，反向推算生成符合调度意义的“调度操作参考数据库”（以下简称D 库）。

系统的最高管理者可在A～D 所有4 个部分查询各自的外部界面数据和演算结果，以及调整内部各类演算逻辑；系统的一般维护管理者可在B、C、D 部分查询各自的外部数据和演算结果，调整调整各类演算逻辑；系统的一般使用者仅可在C 和D部分查询数据和演算结果。

4 系统的数据类型和内部关联

4.1 A 库

A 库内部需要自动化收集的数据类型：

（1）纵向数据列，包括准确的日期时间，如每10 min 一次。

（2）横向数据行，包括内部生产数据，如公司内能采集的数据：①各个流量计（含水厂、加压站、供水片区、接入点）的瞬时压力、瞬时流量、累计水量；②水源河水水位、水厂清水池水位、加压站清水池水位；③水厂、加压站各台水泵的频率、电度电耗、开机时长、开机组合搭配。

（3）外部环境数据，如社会上公开的应用数据：环境温度，湿度，风力，降雨量，日照时长，节假日标签，模糊季节标签等。

A 库为系统从各方面自动客观地收集和储存数据，完全建立后不应人为干预其运算。A 库应具备对异常原始数据的判断、修正功能。A 库需要一个可供查询所有数据的操作界面。

4.2 B 库

B 库是人为观察A 库中的数据，寻找各类数据的关系，从而设计一系列的演算变量系数，初步包括：季节、天气、时段、水量、压力的相互关系，水位、压力、电耗的相互关系，水泵组合、水量、电耗的相互关系等。B 库需要由具备数据库专业技术的人员来操作维护，主观地长期观察、思考总结，不断调整优化其内部的数据设定和筛选分类。

4.3 C 库

C 库生成预测出当前至未来24 h 的供水需求的界面，如压力、水量等，同时也要求能显示往年同期、前一周同日和前一日的历史数变化率作为参考对比。C 库需要设计一个系统预测数与即时发生实际数的对比准确率供参考。

C 库是A 库和B 库数据之间纯粹客观的演算，完全建立后一般情况下不需人为干预其运算。但对于临时调整的水量和压力需求，要建立一个可供外部输入修正的栏目以最终确认。系统建立的初期，C 库可简单先按照前一天的水量和压力来预测，中后期应逐步随着B 库经验参数的不断完善，不断提高自动预测的准确度。

4.4 D 库

D 库的初期目标为根据简单的调度目的条件，如保障清水安全运行池水位、减少取水泵站开停机操作等，来反向推算生产抽水量、输水量、供水量的分配模式。D 库需要设计一个系统预测数与即时发生实际数的对比准确率，以验证系统的运算准确性，反馈于维护人员不断优化B 库和D 库的运算逻辑，也提醒调度操作人员对系统的执行程度。D 库未来应逐步随着B 库经验参数的不断完善，以及D 库内部运算规则的不断优化，提供更准确、更多样、更详细的水量和压力分配方案。

未来设想研究开发以下抽象概念的调度前提条件：①应急安全系数，包括应急处置备用时间、应急事故和处置的后果成本等；②操作难度系数，包括人力工时成本、操作复杂性和容错性等；③经济效益系数，包括能耗、售水量等因素。

5 自来水厂生产调度辅助系统软件实例

根据上文的设计思路，使用VUE+ELEMENT 前端和JAVA 后端的结合方式，为某供水公司建立了自来水厂生产调度辅助系统，系统功能包括了数据展示、导出，以及运算条件的录入和提供调度方案等（图3）。系统界面白色底部分显示以往实际发生的历史数据，深色底部分是系统对未来的预测数据，操作人员可以很直观地查看到过往的数据和未来的预测数据。系统根据预测的各级水量数据，按照操作者输入的具体调度条件的设置，如清水池水位高低限制、每班次的开关机次数等要求，自动求出最优解的调度模式。

图3 自来水厂生产调度辅助系统主界面

6 结语

通过对自来水厂生产调度辅助系统建立的探讨，在不改变自来水厂原有自动化控制设备的前提下，用生产调度辅助系统提供的辅助调度方案提高自来水厂操作人员的工作效率，使自来水厂安全、持续、高效地运转。希望通过本文的探讨能进一步提升自来水厂的自动化控制水平，让自来水厂生产不断向智能化迈进。