珠海市供水管網智能在線監測儀表應用和探討

嚴旺炳

【摘要】科技的發展，國內外在線監測儀表制造商已經開發出集成自帶供電、數據采集、數據處理、通信等儀表模塊，珠海管網智能儀表是最關鍵部分，直接影響監測數據的準確性和可靠性。文章重點介紹智能化儀表應用的經驗，并介紹智能化儀表與系統的配接技巧。

【關鍵詞】管網；智能儀表；數據采集；節約能耗

1、引言

珠海供水系統復雜，分為東部和西部供水，東部凈化水廠4座，出廠日供量約65萬頓，對澳原水日供量約30萬頓。西部水凈化水廠7座，凈化水日供量約45萬頓，工業原水日供量4萬頓，全市供水面積大約1688平方公里。由于季節性缺水降雨時空不均等原因，水庫的自產水量卻不足全年的兩成，為此原水主要取自西江，但由于處于西江入海口，咸度超標逐年加劇。為解決原水不足的問題，珠海建立復雜的原水系統“江河為主水庫為輔、江庫連通庫庫連通、多水源多種輸配線路多級提升輸水線路長、能耗高泵站取水能力富余量大、保障性高”。

為了保障珠海多種水源的原水系統安全、節能、高效運行，珠海水務集團建立了原水應急調度指揮系統，對原水系統進行模擬仿真，通過數學方法對原水系統各單元之間的聯動關系進行定義和控制，達到信息化管理和控制的目的。公司的SCADA系統及管網建模系統的建立，使得全市共有各類數據采集終端220個，智能儀表近千臺，全面覆蓋供水生產各環節，為調度人員對整個供水系統的全面監測、突發事故發現、處置提供了先進的管理辦法。

2、智能化儀表在供水中的日常應用

2.1 選型技巧

為確保系統正常運行，智能儀表的正常準確檢測是關鍵所在，必須遵循兩點：一是滿足系統總體設計要求，智能儀表輸出為數字信號，必須帶有通信接口如RS232、HART等接口；數據傳輸協議必須支持MODBUS_RTU、HART、MODBUS等協議；由于智能儀表工作環境惡劣，其防護等級必須達到《國家IP標準GBT4208-93》規定的IP68/NEMA6P等級。此外，高樓層遍布城市，原無線電臺超短波無線傳輸數據方式已不適合使用，智能儀表無線遠程必須采用一體化GSM/GPRS無線遠傳輸出；智能儀表必須內置數據存儲芯片記錄全過程，數據必須保存1年以上且必須防止數據掉失，出現掉線、電路電池故障等非常規需及時報警，且要有補發數據的功能。二是要求智能儀表實用、可靠，性能價格比高，便于維護的原則，要適當選用高質量的行業知名品牌儀表，以滿足以上三系統連續運行的要求。

2.2 主要智能儀表的特點分析

（1）智能壓力儀表

智能壓力儀表由數據采集、通信、傳感、天線、高性能電池等組成。智能壓力數據采集終端（智能壓力儀表）采用智能模塊化設計，軟、硬件擴充性能好，可靠性高。同時符合防護等級IP68工業標準、體積小巧，安裝、使用及保養方便，可在較惡劣環境下長期可靠地采集數據。

智能壓力儀表的主要功能特性：在1分鐘-4小時的范圍內，調節數據的采集周期，5分鐘-4小時的范圍內，調節數據的發送周期。帶有存儲容量模塊，可存放數月。有變化率報警和上下限報警功能。 實時電壓及電池余量信息及時發送主臺的功能。智能調配處理信號傳送，減少電源的消耗?？蛇h程采集終端各個重要參數。

（2）智能水位儀表

在供水系統中智能水位儀表有30余臺，其主要構成有數據采集、通信、傳感器、天線、高性能電池等模塊組成，其中傳感器根據現場工作環境可以采用投入式液位傳感器或者超聲波液位傳感器。智能水位儀表軟、硬件擴充性能好，可靠性高、體積小巧安裝、使用及保養等尤為方便。智能水位儀表主要功能特性類似智能壓力水表，周期、存儲、報警、采集均智能化。

（3）智能電磁水表

在供水系統中智能電磁水表有50余臺，智能電磁水表均由數據采集通信、傳感器、天線、高性能電池等模塊組成。智能電磁水表工作原理：法拉第電磁感應定律是電磁流量計的基礎，當導體作切割磁力線運動時，導體中就會產生感應電動勢。本原理適用于導電流體流過垂直于磁場方向的測量管。原理公式為：UE = B.D.V ，流體中的感應電動勢由位于徑向彼此相對的兩個電極測出。信號電壓UE 正比于磁感應強度B、電極間距D 和平均流速V。由于磁感應強度B 和電極間距D 是常數，則信號電壓UE與平均流速V 之間成正比關系。計算體積流量公式是UE ～qv。信號電壓UE與流量呈線性正比關系。

智能電磁水表中無可動部件和插入流體內部的阻力件，沒有附加的壓力損失，工作壽命長，儀表維護量小。流量計測量準確度為1級和2級，可以滿足三系統測量要求。功能上采集、發送周期在15分鐘～12小時，能實時監測、智能采集等功能。

（4）智能水質在線儀表

在供水系統共有智能水質在線儀表20余臺，其構成也有數據采集模塊、通信、傳感器、天線、高性能電池等模塊組成。SC智能水質在線儀表數據采集終端主要對濁度、余氯、PH、溫度、總氯等5參數進行在線監測。

3、智能儀表與計算機系統的數據流程

智能儀表都可以通過計算機的USB接口或配合專屬的無線射頻工具使用相應的設置軟件對其在現場環境進行輔助設置和狀態查驗，簡化了現場施工及維護工作量，大大提高了工作效率。智能儀表工作時利用移動GSM/GPRS無線遠傳輸出，數據打包傳送，保障了數據傳輸安全性和完整性。智能儀表數據流程圖如圖二：

4、運行效果

近千臺智能儀表在整個供水管網系統的運行中發揮了重要作用，它提高了我集團的計控水平，并為我集團的進一步技術改善和逐步完善供水板塊的生產、分析、決策系統打下了良好的基礎。

實時了解整個供水管網壓力，防止因管網壓力過高而引起的爆管事故，同時又減少了管網壓力過低而造成對用戶所帶來的不利影響。通過合理調配水資源，使生產運行方式進一步優化，節約能源，據統計大量使用智能儀表之后供水管網系統每年可以為集團節電約134萬k.Wh。

（2）連續監測各供水設施的運行狀況，保證設施安全可靠地工作。

（3）提高生產管理人員應付突發事故的能力。由于各管網關鍵點均安裝有各類檢測智能儀表，一旦發生事故，生產管理人員能及時判斷事故原因，以便立即組織搶修，避免事故擴大化。

5、結語

大量智能在線監測儀表在珠海市供水管網的應用是珠海水務集團有限公司通過技術創新，利用現代化高科技手段提升珠海市供水安全，提供優質水的成果，是自主創新，惠及民生的工程。目前珠海水務集團正在實施“十三五”發展規劃，將對供水板塊生產設施及供水管網進一步升級完善。包括：按新的供水格局完善水源系統，安裝更多智能水質在線儀表數據采集終端；在供水管網改造過程中安裝更多的智能壓力數據采集終端和智能電磁水表流量數據采集終端，提高對用戶的服務水平。大量智能在線監測儀表提供的精準生產數據為將要建立的專家輔助決策系統打下堅實的基礎，使集團管理層以更加精細和動態的方式管理供水系統的整個生產、管理和流程，從而實現“智慧水務”的宏偉目標。

參考文獻：

[1]《珠海市給水規劃（2006-2009）》珠海市規劃設計研究院2007年