泰達自來水公司供水監控調度系統的設計與實現

張曙光 張鵬 天津泰達自來水公司 300457

泰達自來水公司供水監控調度系統的設計與實現

張曙光 張鵬 天津泰達自來水公司 300457

科學技術不斷進步，水廠與供水調度系統的自動化要求越來越高，為適應這一要求，應采用合理的調度系統設計方案。此文以作者所在的自來水公司供水監控及調度系統為實踐背景，分析其功能需求，綜合考慮數據傳輸、安全、新技術等方面，給出了一種設計方案。

供水;調度;監控;管理

1 引言

自來水是保障城市經濟發展和人民生活的重要基礎設施，是保障城市繁榮發展、人民生活以及發展國民經濟不可缺少的先決條件。從另一方面來說，我國是一個高度缺水的發展中國家，隨著改革開放的不斷深入和發展以及人口數量的不斷增長，無論從自來水產量和質量上，社會都對城市供水提出了更高的要求。而實現水廠與供水調度系統的自動化，是保證自來水安全、優質與供水生產調度的科學性、高效性以及合理性的有效措施，現在已經逐步發展為以提高供水質量，提高供水系統安全，降低人耗、物耗、水耗這一綜合效益為目標。為了達到這一目標，要求供水調度系統從設計和選型上就必須考慮到水廠、管網和管理信息系統的一體化和配套完整性。本文介紹的就是公司供水自動監控及調度系統的設計與實現方法。

2 系統功能分析與設計

2.1 系統概況

公司現有自來水廠一個，加壓泵站兩個，供水管網涵養整個開發區東區及開發區西區的一部分，管網疊壓泵站四十多個。水廠將完成絕大部分工藝參數的自動檢測及部分參數的自動控制，取水、制水及送水實現自動程控。水廠參數應實時傳送至公司總調度室，能接收并執行總調度室指令。加壓泵站、管網疊壓泵站及管網全部納入系統，加壓泵站實現自動化，管網壓力、流量及管網疊壓泵站的壓力、頻率等數據實時傳送至總調度室。

2.2 調度控制中心的基本功能

數據通訊采集：接收水廠、加壓站、計量室、管網及管網疊壓泵站的壓力、流量、余氯、濁度、泵運行參數、耗電量等信息。對采集的數據進行統計和處理，提供對整個系統的網絡數據庫管理。

畫面顯示：廠站、管網的動態運行圖、實時趨勢圖、棒圖、運行報表及其它自定義畫面。還可顯示日期、時間、報警、數據、工藝流程、設備狀態、趨勢、操作指導、調度指令等。

報警管理：提供全方位的報警功能，可以多種畫面中以直觀方式通知調度人員系統發生異常。不同級別的報警可在所有操作站上接收，報警沒有確認時保持閃爍。報警內容至少包含如下內容：實際值和偏差值報警、給定值限值報警、系統自診斷報警、識別變送器運行在4～20mA范圍以外的報警、輸出限幅報警、電源故障報警、模板故障報警、通信故障報警等等。

統計計算和分析：系統能對供水量、供水總量等進行統計計算，并具有數據存儲、查詢、建帳等功能，供管理人員進行分析。

2.3 系統總體設計

根據以上功能分析，可以將系統中水廠與公司調度之間設計為C/S與B/S相結合的模式，加壓站、計量室、管網監測點及管網疊壓泵站等使用單片機或PLC采集數據，并傳至公司。公司將采集的所有數據分類存儲到數據庫中。

圖1所示為系統總體網絡系統圖。

公司調度系統軟件應能很好地運行在windows操作系統下，如XP、Win2000等。公司調度系統軟件包含局域網WEB實時查詢系統、生產運行實時監控系統、生產運行信息綜合管理系統及應急調度指揮系統等。信息查詢系統采用B/S結構，調度系統和水廠、加壓站、管網疊壓泵站、計量室等的數據采集采用C/S結構。

公司調度中心建立DLP大屏幕顯示系統，使調度系統的顯示更加清晰和直觀。

3 系統功能特點

3.1 靈活的數據傳輸方式

數據傳輸方式多樣。水廠自控系統主網采用光纖為傳輸介質的工業以太網為主干網絡，并采用環型冗余結構。全廠配置一臺監控計算機，現場主要設備采用PLC采集數據并控制，主控PLC通過工業以太網與監控計算機通訊。

水廠數據、一加壓站、二加壓站及西區等的數據通過VPN與公司調度系統相連。具體傳輸方式可根據具體情況采用ADSL或3G技術。兩種方式都已經比較成熟，3G對于布線困難的地方是一種不錯的選擇。

各管網測壓點、水質監測點及小區管網疊壓泵站等數據傳輸計劃采用GPRS方式。畢竟GPRS無線通訊服務已全面覆蓋，通訊費用低廉。

圖1 公司總體網絡系統圖

對于小區管網疊壓泵站來說，還有一種切實可行的數據傳輸方式——數傳電臺?，F在國內多數遙控遙測電臺使用模擬調頻對講發信機（車載電臺）加MODEM芯片改制。但這不是專業的數字數據傳輸設備。這種電臺傳輸數據存在可靠性差、誤碼率高、靈敏度低等缺點。因此，在要求高速度、遠距離、高可靠性的傳輸中，應該使用基于D S P（D i g t a l S i g n a l Processing）等技術的數傳電臺。數傳電臺的另一個優勢就是一次性投入，無需再象GPRS或ADSL一樣按月交納一定費用。因本系統中管網疊壓泵站數量相對較多（已有四十多個小區，六十多套設備），而且各疊壓泵站與調度中心距離均在3公里以內，所以使用高速率的數傳電臺在經濟性和技術性上都是一個不錯的選擇。

3.2 系統特點

3.2.1 采用C/S與B/S相結合的方式。系統信息發布及查詢采用B/S結構，數據庫端及調度端控制系統采用C/S結構，充分發揮B/S和C/S結構的優勢，使系統維護管理簡單靈活，操作方便。

3.2.2 安全性高。采用后臺數據庫服務器與前臺客戶機的結構，分布性強，數據維護方便，安全性較好；通訊基本采用VPN方式，提高了安全性。Web發布及查詢只限局域網，局域網與公網間設置硬件防火墻，服務器與客戶機安裝殺毒軟件和防黑軟件，確保系統安全；設置多級權限，嚴格進行訪問控制。

3.2.3 數據庫具有通用性。數據庫采用SQL2000或SQL2005，具有通用性，數據接口開放性好。

3.2.4 接口豐富，如與GPS的接口，與營業收費系統的接口，與GIS系統的接口，與熱線服務系統的接口，與氣象局、水利局的接口等。

3.2.5 通訊采用驅動程序的方式，可以使系統的靈活性更大，接口更加多樣化。增加其它設備只需修改驅動程序而不需要對調度程序做任何修改，例如水廠RSVIEW數據驅動、GPRS驅動、流量壓力監測系統驅動。

3.3 與其它系統的整合

3.3.1 管網測壓系統 公司的管網測壓系統是一個獨立運行的系統，已經正式使用兩年多。但管網測壓系統僅僅是一個監測系統。供水調度如何能融合人工經驗調度進行智能優化調度，使供水系統的總運行費用最小，產生良好的經濟和社會效益，這就需要我們將管網測壓系統與供水調度系統建立數據鏈接端口，通過管網動態數據了解管網運行現狀，計算出優化調度方案，轉化為供水設施的操作指令，傳輸到供水調度系統中，供水調度系統使用指令實現現場就地控制，自動生成優化調度方案，產生自動優化閉環控制系統，實現科學供水調度。

3.3.2 熱線服務系統 熱線服務系統是一個企業成熟后的基本應用。在本系統的設計中，我們將在供水調度系統中預留接口，使熱線服務系統能及時、準確地使用整合在調度系統中的數據。通過對服務過程中產生的數據進行深入挖掘之后，可有效地改進服務質量，提升企業形象，完善企業內部管理，更好的為廣大市民排憂解難。

3.3.3 水情資訊、氣象資訊 作為供水企業，水情資訊及氣象信息對企業是有一定的影響的，特別是水情資訊。及時獲得相關信息，就可提前做出應對措施，確保優質供水。

因此在系統設計中增加與水利局、引灤供水處網絡的連接，實現水情資訊、輸水信息等的原水數據傳輸，及時掌握原水動態。

在系統設計中還加入天氣預報功能，通過與天津市專業氣象局的專網連接，把當前氣象、氣象日報、氣象旬報、長期趨勢等數據提供給供水行業，作為供水行業調度計劃制定的一個重要參考。

3.3.4 GIS 供水管網是重要的基礎設施之一，加強對供水管網管理的信息化建設具有相當重要意義。GIS作為集計算機科學、地理學、環境科學、城市科學、空間科學及相關學科等等為一體的新興學科，在國內供水系統中的應用集中在輸配水管網的日常管理中。它實現了供水管網圖形數據和屬性數據的計算機錄入、修改；對管線及各種設施進行屬性查詢、空間定位及定性、定量的統計、分析；還為爆管、漏水事故的搶修提供關閘方案及相關信息等，并能發現水壓超限后報警，避免爆管，從而基本實現供水管網的信息化管理。在該系統中，我們將調度系統、管網監測系統、管網圖形庫與GIS系統有機結合，使管網圖形庫、屬性數據庫及外部數據庫融為一體，不僅圖文并茂，準確高效，而且易于動態更新，可以有效提高管網管理工作的效率和質量。

3.3.5 GPS 利用GPS技術，結合GIS和生產調度系統，使生產管理與GIS和GPS系統功能進行有機結合，完成搶修指揮系統，為提高管網搶修的科學性和效率性提供幫助。

GPS系統不僅是為管理者和管網使用人員提供管網的準確地理位置、信息，而且結合GPS系統可以使現場的搶修人員快捷方便的索取到需要的地理位置、信息地圖等。

通過GPS技術可以得到搶修車輛定位信息，并可以GIS系統中定位相應位置后進行管網綜合分析。利用通訊技術將現場的應急搶修畫面等實時現場信號反映在調度中心DLP大屏上，指揮人員可以如臨現場地進行搶修方案的指揮。

4 前景分析

供水自動化系統，保證了各行業用水需求的穩定供應。公司調度通過供水調度系統對整個供水系統進行統一調度管理，將斷水情況減至最?。煌ㄟ^不同檢測點供水壓力和流量的異常變動，能及早發現管網的漏損并進行處理，減少水資源的浪費。水廠SCADA也已成為水廠工作可靠和水質合乎要求的必要保證，同時也是水廠實現降低電耗、藥耗的途徑之一。系統所擁有的報警功能，既節約了寶貴的水資源，又保護了設備。

總之，供水調度系統為各行業所帶來的經濟效益和社會效益是十分可觀的。

5 結束語

本文介紹了公司供水自動監控及調度系統的設計和實現，采用了分布式控制結構，使系統處理事故和進行調度的效率有了很大的改善和提高。但因為設計成本、設計水平等因素，這種設計方案或許并不是最優的，這些將會在以后的實踐研究中做出進一步改進。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2010.13.067

張曙光，大學本科學歷，碩士學位，中級職稱。