SCADA系统在花园供水公司管理中的应用

范旭昶乔贵毅于飞

(1.大连市水务集团工程建设有限公司，辽宁 大连 116000；2.大连市水利建筑设计院有限公司，辽宁 大连 116000)

1 概况

花园口经济区(以下简称经济区)，位于中国辽宁大连地区市域中南部，地处我国黄海北岸，在连接辽宁省沿海和对外开放5个系列国家战略重点项目建设经济区域中，一直占据举足轻重的国家战略性经济地位。随着城镇的经济发展，用水企业与人口数量增幅显著，供水规模随之增大。大连花园供水有限公司(以下简称公司)负担着经济区的供水安全保障任务。公司目前的管理模式仍主要依靠人工经验，科学性与先进性较差，已无法适应近、远期规划供水规模。且我国早在十三五规划中就明确指出，农村区域用水安全需要得到切实有效的保障。因此，对供水调度管理模式进行彻底的更新、改造，通过“互联网+”、物联网等技术手段，实现由人工经验管理到全自动化调度与控制管理的跨越[1]，并结合经济区供水的实际情况，建设出一套适应经济区远期供水规模的供水信息采集与监测一体化平台势在必行。

2 现状与规划

2.1 现状

公司目前仍主要依靠人工经验调度，此方法较为简单，但调度实施滞后时间长，调度效果差，已无法适应近、远期规划供水规模。对整个管网系统的运行管理与信息采集仍处在人工巡检阶段，无法科学有效地保证管网的正常运行，观测点数量较少，现有设备较落后，所采集信息与实际运行工况存在较大偏差。各子系统现状运行情况具体如下。

2.1.1 水厂自控系统

由于经济区发展迅速，需水量增加迅速且增幅较大，导致水厂建设期较短，无法在初期投产使用时实现自动控制。水厂运行初期，基本采用人工作业方式进行生产与观测。后经过不断改善，实现了部分设备自动化操控，目前处于半自动生产阶段。

2.1.2 配水干管流量监测系统

建设初期，只在水厂出口安装了流量计，通过人工观测方式定时记录瞬时流量和时段总流量。后在配水干管上新装流量计9台，通过GPRS方式将流量信号传输至控制中心。

2.1.3 无线压力传感器

现装有压力传感器2台，1台安装在水厂泵站内，通过短波无线传至中心控制主机；1台安装在配水干管上，通过GPRS方式将压力信号传输至控制中心。

上述各个系统都是独立存在，没有实现整合，在实际操作中只能单独进行操作。而在控制水厂出口流量和管网压力时，仍需要人工监测，极大地降低了工作效率和供水保障率。

2.2 规划

针对目前低效率、自动化程度低等问题，公司规划建设一套完善的SCADA(数据采集与监视控制)系统，以实现全自动化调度与控制管理。系统模拟图如图1所示。

公司对整个SCADA(数据采集与监视控制)系统的建设分阶段实施。第1阶段建立整个SCADA系统框架，对水厂和整个管网上的关键点进行监测，在公司里可以查看整个管网的基本运行情况，并对其进行分析；第2阶段分片区增加区域流量和压力点，使监测的数据更完整全面，特别是对城区和乡镇总管网节点的监测；第3阶段是对管网中的重点节位、末梢以及大型用户的饮水量进行监控。最终形成一套完整的GIS系统。

3 建设计划

目前已基本完成了第1阶段的建设，正在逐步进行第2阶段建设。主要内容包括：新建若干个野外监测点，以无人值守方式工作，永久保存采集值，以备随时调用；现场设备使用耐久电池，工作人员定期及时更换。本阶段建设完成后将实现管网压力与流量全自动实时监测[2]。无线远传式压力表实现监测管网水压，将数据传输至调度中心，调度人员可根据管网的水压状况及时制订调度计划。如管道破损，可以第一时间判断出管道破损位置并将其位置资料报告给维护工作人员；同时在每个阀井内分别安装1个用来监控水压的无线装置，可将水压信号进行实时传输到控制中心，如水压高度超出预定的上限值或低于预定的下限值时，可立即对其发出报警信号。配水干管流量计实时监测管线流量情况，通过数据对比，判断用户用水量增减情况，可有效预防偷盗用水发生。并可通过瞬时流量变化情况，推测爆管位置。

4 监测系统设计

依据本阶段建设计划，本次设计中心监测站由1台连接网络的服务器以及接收设备RTU组成。流量数据通过GPRS无线方式传至广域网，再通过公网传至中心监测站。

室内监测点(距离服务器200m以内)压力传感器通过免费频段传至接收设备RTU，反馈给服务器。野外现场仪表包括：电源、电池供电的电磁流量计、压力变送器。远传基站装置：GPRS监测仪，采集方式可以为RS485直读，通讯方式为GPRS。数据通过移动无线基站传输到INTERNET网上，经路由器与防火墙存入服务器的数据库中，系统采用BS结构，可通过WEB浏览数据。

该数据监控仪集数据采集与无线GPRS通讯为一体。可同时采集多路脉冲量、开关量和模拟量，以GPRS为通信平台，不受地理限制、稳定、可靠和成本低。采用电池供电，微功耗处理，可设置数据保存和定时上发时间。外壳采用全密封防水设计，符合IP68标准，适应野外潮湿甚至完全浸没等不利工况。在可靠性、电磁兼容性、接口、工作温度范围及输入输出等方面保证了长期恶劣环境下工作的稳定性和可靠性。

数据监控仪功能：2个IP地址总台，TCP/UDP，支持域名，1个RS485C，用于直读仪表，1个DC24V输出，可采集2个压力变送器，自带保存功能，可保存2048条数据，数据定时上发15s～1d可设置，液晶显示，2个键盘可操作。IP68防水等级，dIIBT4防爆等级。一次性锂电池供电，可持续工作2a(1min采集，可调整上发时间)。

表1 数据监控仪参数

该数据监控仪采用一次性锂电池供电，无需采用市政电网供电，施工工艺简单，防水等级IP68，可安装于野外现场。有24V升压功能，可以采集压力变送器数据。

该数据监控仪主要优点：可实现数据采集与GPRS/GSM无线通信集一体，成本低，无线通讯可控性好，断线率低；AI或DI有报警功能，并能触发短信和继电器输出报警，便于实时监控支持短信功能，便于手机随时查询，键盘与液晶LCD操作，方便现场安装调试。

5 系统运行成果综述

目前系统已进入试运行阶段，运行效果良好，基本可实现全自动实时监测，监测范围包括了原水、水厂、泵站以及管网等环节，系统运行稳定可靠，可扩展性强，适合公司目前的集中式调度模式[3]。SCADA系统的建设给公司的工作带来很大帮助，如压力和流量数据的在线监测使调度管理部门实现了动态管理，有效降低管网漏损率，提高了公司管理水平，并为经济区供水工程下一步规划与建设提供了可靠的依据。

6 结语

通过SCADA系统的应用，给予生产调度管理工作提供了很大的便利，完善了许多调度管理的不足之处，提高了生产工作的效率和经济效益，修正了许多生产管理的不足之处。大连花园供水有限公司将进一步改良现有系统，实现全面无人值守、自动控制恒压供水、实时报警、监测点远程视频无线传输等目标，更加科学、有效地保障花园口经济区供水安全。