關(guān)于農(nóng)村飲水安全工程中的遠程監(jiān)控系統(tǒng)

□劉百靈 □劉芳業(yè) □周 敏（河南省豫北水利勘測設(shè)計院）

1 工程概況

內(nèi)黃縣水利局下屬17 個農(nóng)村安全飲水供水廠，分布于全縣7 個鎮(zhèn)、10 個鄉(xiāng)，供水管網(wǎng)達上百公里,各水廠的運營情況均不相同，一直無法有效的掌握，給上層決策帶來了諸多不便。為此提出，利用現(xiàn)代化的電子計算機技術(shù)、通信技術(shù)，建設(shè)一套覆蓋所有供水廠的局中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

主要實現(xiàn)以下功能:監(jiān)控系統(tǒng)能覆蓋全縣所有供水廠，并為后期建設(shè)的水廠預留接口；各水廠分別上傳1 路視頻到局監(jiān)控中心；上傳各水廠的總電耗、送水量、瞬時流量、出口壓力、池液位、各泵的開停狀態(tài)、電壓電流等數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)實時上傳，電耗、送水量1h 記錄1 次，其它數(shù)據(jù)15min 記錄1 次；上傳各水廠的深井液位數(shù)據(jù)，形成覆蓋全縣的地下水監(jiān)測子系統(tǒng)；每個水廠安裝5 套管網(wǎng)壓力監(jiān)測設(shè)備，將管網(wǎng)壓力上傳至局中心；再依據(jù)水廠出口壓力、供水時段做管網(wǎng)漏水預警；總電耗、送水量做到日、月、年統(tǒng)計查詢；分別實現(xiàn)各水廠的日、月、年報表統(tǒng)計，查詢；實現(xiàn)各水廠電耗、送水量數(shù)據(jù)的日、月、年匯總統(tǒng)計報表；實現(xiàn)數(shù)據(jù)越限報警功能；實現(xiàn)1 個中心，多個子系統(tǒng)并行運行（水廠運行監(jiān)控子系統(tǒng)、地下水監(jiān)測子系統(tǒng)、管網(wǎng)壓力監(jiān)測子系統(tǒng)、水廠視頻子系統(tǒng)）。

2 總體方案

依據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)功能要求，將整個系統(tǒng)劃分為：局監(jiān)控中心、水廠遠程數(shù)據(jù)監(jiān)控、水廠遠程視頻監(jiān)控、管網(wǎng)測壓、局辦公網(wǎng)查詢、通信平臺等多個部分。

2.1 系統(tǒng)拓撲圖

整個監(jiān)控系統(tǒng)以監(jiān)控中心為核心，通信平臺為技術(shù)手段，連接管網(wǎng)和水廠設(shè)備，形成雙向數(shù)據(jù)收發(fā)通道，將所需的數(shù)據(jù)傳到局監(jiān)控中心；監(jiān)控中心對數(shù)據(jù)進行計算處理、存儲，形成歷史數(shù)據(jù)和報表，供相關(guān)領(lǐng)導、調(diào)度人員、水廠管理人員進行分析查詢。

2.2 通信平臺

局監(jiān)控中心采用20M 光纖接入（含公網(wǎng)固定IP 一個），不能與局辦公網(wǎng)共用寬帶出口，以保證監(jiān)控中心出口有足夠的帶寬。

各水廠采用4MADSL 寬帶接入。水廠上傳視頻主要占用上行帶寬，按最低CIF 格式，能傳輸1 路視頻信號。

管網(wǎng)測壓采用移動GPRS 網(wǎng)絡(luò)傳輸，只要有手機信號的地方就可以傳輸數(shù)據(jù)，非常適合小量、分散的數(shù)據(jù)采集、傳輸。

3 局監(jiān)控中心

局監(jiān)控中心可監(jiān)控全縣所有供水廠的電耗、流量、壓力、液位、泵的工作狀態(tài)等；監(jiān)測所有測壓點的壓力；查看各水廠的視頻圖像；存儲查詢所有監(jiān)測及操作信息；指揮各水廠科學供水。局監(jiān)控中心主要有拼接大屏、服務器、操作站、操作軟件、金屬多聯(lián)操作臺、路由器、交換機、UPS 電源、機柜、光纖專線等組成。

3.1 拼接大屏

液晶拼接大屏幕顯示系統(tǒng)是將國際最先進的液晶高清晰度數(shù)碼顯示技術(shù)、液晶窄縫拼接技術(shù)（物理拼縫<5.50mm）、多屏圖像處理技術(shù)、信號切換技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的應用綜合為一體，形成一個擁有高清晰度、高穩(wěn)定性、高智能化控制、操作方法先進的大屏幕投影顯示系統(tǒng)。

通過這套液晶大屏幕顯示系統(tǒng)可以實現(xiàn)對生產(chǎn)、調(diào)度系統(tǒng)計算機圖像和視頻圖像信息的綜合顯示，形成一套功能完善、技術(shù)先進的信息顯示管理控制系統(tǒng)，滿足生產(chǎn)、調(diào)度監(jiān)控的各種需要，為監(jiān)控、管理提供一個交互式的靈活系統(tǒng)，以適應不斷發(fā)展的會議、生產(chǎn)、調(diào)度工作。以便及時做出判斷和處理，實現(xiàn)實時監(jiān)控和集中控制的目的。

3.2 數(shù)據(jù)服務器

數(shù)據(jù)服務器是整個綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲、處理中心，7 ×24h 不間斷運行，其穩(wěn)定性、處理速度都至關(guān)重要；要求具有較高的計算速度和安全的存儲方案。

3.3 通訊服務器

通訊服務器通過TCP/IP 方式與所有前端設(shè)備進行通訊，按照約定的通訊協(xié)議格式讀取所有設(shè)備的數(shù)據(jù)，控制遠端水泵的啟動停止。不要求有很快的處理速度，但需要一定的數(shù)據(jù)帶寬。

3.4 Web 服務器

Web 服務器為前端用戶提供數(shù)據(jù)操作、查詢服務，是整個系統(tǒng)的信息訪問門戶。后端與數(shù)據(jù)服務器、通訊服務器、視頻服務器進行交互，前端與用戶進行交互，提供可視化的操作界面。要求具有雙端口千兆網(wǎng)卡，一個端口連接到局監(jiān)控中心交換機，另一個連接到局辦公網(wǎng)交換機，起到隔離兩個網(wǎng)路的作用，保護局監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)不受辦公網(wǎng)的干擾。

3.5 系統(tǒng)軟件功能

本系統(tǒng)不僅要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遙測、遙信、遙控功能，還要為自來水公司的生產(chǎn)調(diào)度人員提供便捷的查詢和有效的統(tǒng)計分析，友好的工藝圖顯示，多種格式的報表統(tǒng)計輸出等功能，同時還有為各級主管領(lǐng)導提供外部和內(nèi)部網(wǎng)數(shù)據(jù)查詢功能。

4 遠程水廠數(shù)據(jù)監(jiān)控

通過ADSL 寬帶上傳泵開停狀態(tài)、控制泵的啟動停止、采集電耗、流量、液位等數(shù)據(jù)。

在水廠內(nèi)配置1 塊多功能電表、1 個協(xié)議轉(zhuǎn)換器、1 個總線轉(zhuǎn)換器、2 個總線轉(zhuǎn)發(fā)器，安裝1 路ADSL 寬帶，配備1 臺UPS電源，3 臺電磁流量計（各水廠出口管路不一致，有3 路有4 路，按3 路設(shè)計）。

各水廠自控系統(tǒng)由不同的廠商提供，PLC 協(xié)議均不相同，需各自控系統(tǒng)供應商提供通訊協(xié)議文件或PLC 源代碼。對不存在或無法提供的，通過排查線路，重寫PLC 程序。

5 遠程水廠視頻監(jiān)控

遠程水廠視頻監(jiān)控是在水廠原有視頻監(jiān)控的基礎(chǔ)上，通過追加設(shè)備來實現(xiàn)的。對于在建設(shè)時沒有安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)，或安裝的已經(jīng)長時間癱瘓沒法使用的，建議增加本地的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

遠程水廠視頻監(jiān)控主要有1 個2 路的視頻編碼服務器、1進2 出視頻分配器1 個組成。

6 管網(wǎng)壓力監(jiān)測

因為管網(wǎng)分布非常廣泛，如果用傳統(tǒng)的有線通信方式來傳送現(xiàn)場數(shù)據(jù)，則需耗費極大的人力物力來施工和維護。所以應該選擇無線通信方式，而傳統(tǒng)的數(shù)傳電臺存在功耗大、選址困難、不易組網(wǎng)、成本高等缺點。

綜合考慮后我們選擇了移動GPRS 通信方案，它同時具有組網(wǎng)方便、建設(shè)和維護成本低、通信可靠迅速等優(yōu)點，是本系統(tǒng)的理想通信方式。

管網(wǎng)壓力監(jiān)測主要由水壓傳感器、GPRS 管網(wǎng)采集設(shè)備組成。

7 結(jié)語

農(nóng)村飲水安全工程供水遠程監(jiān)控系統(tǒng)，使水廠操作人員可以在局控制室遠程監(jiān)測廠內(nèi)水池水位、進廠流量、出廠流量、出廠壓力、水質(zhì)等信息，遠程監(jiān)測加壓泵組、配電設(shè)備及其它自動化設(shè)備的工作情況，可以遠程控制加壓泵的啟停，完成對供水工程水源水質(zhì)、供水管網(wǎng)運行狀況實時監(jiān)測，對水廠凈水設(shè)備、應急備用水源井等關(guān)鍵部位自動化控制，對水廠安防視頻遠程監(jiān)控。使農(nóng)村供水工程實現(xiàn)了實時監(jiān)測運行狀況，科學統(tǒng)一調(diào)配供水資源，提高供水工程保證率，使有限水資源發(fā)揮最大效益。