供水管網監(jiān)測系統(tǒng)分析及探索

張楊 劉陟升

【摘要】隨著科學技術的發(fā)展和生產力水平的提高，遠程監(jiān)控系統(tǒng)被越來越多的應用于各個領域。本文介紹了供水管網遠程監(jiān)控的開發(fā)背景，闡述了監(jiān)測系統(tǒng)的遠程傳輸、管網監(jiān)測系統(tǒng)功能和系統(tǒng)終端的安裝與使用，分析了投入使用后能給企業(yè)帶來的良好的經濟效益與社會效益。

【關鍵詞】管網供水系統(tǒng)監(jiān)測；自動化；無線通訊；遠程監(jiān)測；終端

1.供水管網監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)背景

隨著全球水資源日益不足、供水生產成本日漸高漲以及能源緊缺不斷加劇，世界各國都把供水管網的漏失問題作為一項重要的課題來研究，這已成為全世界供水科學技術的重要組成部分。

沈陽市城區(qū)供水管網總長度為5958公里，其中市街管網2884公里，小區(qū)內網3074公里。沈陽是東北的老工業(yè)基地，有部分地區(qū)管線為上個世紀50年代鋪設的，管線早已老化，部分居民小區(qū)供水內網存在使用淘汰管材、同溝鋪設、管網年久失修等問題。再加上當時管路鋪設接口技術落后和道路荷載的變化等諸多因素導致爆管頻繁、破損漏失日益嚴重，跑、冒、漏、滴現(xiàn)象嚴重。雖然近幾年水務集團逐步對年久的地下管網進行有計劃的更新改造，但是每年供水管網漏失率仍然達到20%以上。自來水漏失問題不僅嚴重浪費經過凈化的優(yōu)質水資源，也浪費了電能等重要能源，而且使管網水質通過漏失點受到外源污染，導致飲用水衛(wèi)生安全隱患。

管網漏損檢測與控制是一項系統(tǒng)工程，僅靠測漏儀器設備難以解決，因此必須運用系統(tǒng)工程方法，利用先進的理念和技術，先進的管理制度，全方位的開展城市供水管網系統(tǒng)監(jiān)測控制。

2.管網系統(tǒng)監(jiān)測控制

管網系統(tǒng)監(jiān)測控制采用兩級控制，一級為系統(tǒng)中心控制室，二級為各管網監(jiān)測站點遠程站點。中心控制室負責監(jiān)視、管理和控制等工作。終端管網監(jiān)測站點負責數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)包括管網測點壓力、水流量等的實時數(shù)據(jù)，再通過無線傳輸?shù)姆绞綄⑿畔鬏數(shù)阶詠硭镜闹行目刂剖?。調度中心工作人員可通過對傳輸回來的異常數(shù)據(jù)進行分析，便可以找出管網漏水的故障地點，再組織人力在最短的時間內修復管道漏水點，從而減少水量的流失，將管網爆管等故事消滅在萌芽狀態(tài)，保證城市的正常供水。在未來，也可以將各區(qū)分公司的控制中心的數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳至上一級的水務集團，實現(xiàn)全市范圍內的供水信息資源的全面共享，達到全市范圍內全面供水系統(tǒng)的智能化管理的目標。

2.1 無線通信的實現(xiàn)。

管網監(jiān)測系統(tǒng)采用GPRS方式通訊，通過公網專線組網，借助移動公司GPRS網絡平臺傳輸數(shù)據(jù)，只要有GPRS信號的地方就可以進行無線傳輸，對于GPRS信號不強的地方可以采用短消息方式通訊。在中心控制室配置服務器，申請Internet網絡上的固定IP，安裝監(jiān)測系統(tǒng)軟件。在各管網監(jiān)測點安裝監(jiān)測終端，內部配置一張開通GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務和SMS短消息業(yè)務功能的SIM卡，通過無線網絡將各監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至中心控制室，并通過系統(tǒng)軟件顯示出來，實現(xiàn)供水管網的遠程監(jiān)測。

2.2 控制中心的軟件。

中心控制室的設計開發(fā)主要集中在應用軟件上，一般是基于Windows和Unix等常用操作系統(tǒng)的。就軟件的實現(xiàn)形式而言，一般除了界面模塊外，其余各個功能模塊均可設計成動態(tài)連接庫文件。人機接口界面模塊可以根據(jù)該無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實際應用需求進行定制，以滿足工作人員在界面美觀、操作方便等方面的特殊要求。采用C/C++語言在VC++開發(fā)環(huán)境下設計這樣的系統(tǒng)軟件涉及到的技術較多，包括內存管理、網絡通信、多線程管理和數(shù)據(jù)庫編程，甚至ActiveX等。

3.監(jiān)測系統(tǒng)功能

系統(tǒng)建成后，可實現(xiàn)下列功能：一是工作人員可以在調度中心遠程監(jiān)測整個供水管網的壓力及流量等數(shù)據(jù)情況，為供水調度工作提供數(shù)據(jù)依據(jù)，保障供水穩(wěn)定，減少地下管網漏失。具體功能如下所述：

3.1 實時監(jiān)視。

調度中心的工作人員可以通過中心控制室的管網監(jiān)控系統(tǒng)對主管網設備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)視。所有要監(jiān)視的內容包括當前采集管網壓力、流量、流向、水質等數(shù)據(jù)的運行及停運情況，并對各數(shù)據(jù)參數(shù)進行實時顯示。

3.2 故障報警顯示功能。

計算機監(jiān)控系統(tǒng)定時掃描檢查各故障狀態(tài)信號，一旦發(fā)生狀態(tài)變化將在屏幕上及時顯示出來，同時記錄故障及其發(fā)生時間，并用語音報警。

3.3 事故追憶及相關量記錄。

在供水管網發(fā)生事故時，由各現(xiàn)場控制單元采集繼電保護、自動裝置及各設備的狀態(tài)量傳送到控制中心，完成數(shù)據(jù)的采集與傳輸。每個事件應能記錄事故發(fā)生前后一定時間內重要實時參數(shù)的變化情況。追憶量包括管線電流、電壓，水質、電壓，溫度、供水壓力等。事故追憶由自動控制系統(tǒng)完成，計算機將這些追憶數(shù)據(jù)保存與磁盤中變成歷史數(shù)據(jù)，運行人員可以召喚、顯示或打印這些數(shù)據(jù)。

4.供水監(jiān)測終端組成

供水設備維護人員通過簡單的培訓就可以安裝、設置、維護微功耗測控終端。監(jiān)測終端采用三種設置方式：現(xiàn)場按鍵設置、現(xiàn)場計算機設置、中心控制室遠程設置。普通設備維護人員可以使用終端按鍵設置或修改測點編號、采集時間間隔、發(fā)送時間間隔、壓力變送器量程、水表流量等參數(shù)。供水管網的監(jiān)測終端主要由四部分組成：測控單元、通信單元、顯示與操作單元、電源單元。

4.1 測控單元是終端設備的核心，負責采集現(xiàn)場壓力變送器的電流或電壓信號、采集流量儀表的脈沖信號或數(shù)字信號、采集水質監(jiān)測設備的模擬信號或數(shù)字信號，提供繼電器信號輸出，為現(xiàn)場變送器等設備提供直流供電電源，控制通信單元和供電單元。

4.2 通信單元主要負責現(xiàn)場與調度中心之間的通信。采用GPRS無線通信方式，兼容短信通信方式。工作模式分三種：普通模式、待機模式、休眠模式，不同供電模式選用不同的工作模式。

4.3 顯示與操作單元，主要負責現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場參數(shù)的顯示，使用按鍵操作可查詢監(jiān)測數(shù)據(jù)和設置參數(shù)，采用中文液晶顯示和防水磁感應按鍵。

4.4 供電單元主要為終端設備提供工作電源，支持三種供電模式：市電供電、太陽能供電、電池組供電。不同的現(xiàn)場環(huán)境選用不同的供電模式。

5.系統(tǒng)的經濟效益與社會效益

供水企業(yè)擔負著保障城市生活、生產用水和其他各項建設用水供水工作，樹立“供水勝于救火，責任重于泰山”的服務理念。管網監(jiān)測系統(tǒng)的應用可以實時控制管網信息，及時發(fā)現(xiàn)漏失，最小化爆管事故的損失，保證城市供水工作的良好運行具有十分重要的意義。

5.1 創(chuàng)建“節(jié)約型社會”的需要。

水是世界上最寶貴的資源，因此，作為供水企業(yè)，管網監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)主動智能檢測工作，尤其是針對地下暗漏，不僅是為了降低管網漏失率衡量企業(yè)管理水平的需要，而且應把此項工作看成是節(jié)約水資源、推進經濟的可持續(xù)發(fā)展、創(chuàng)建“節(jié)約型社會”的需要。

5.2 提高企業(yè)社會效益的需要。

城市供水是社會公用事業(yè)，供水企業(yè)的服務質量不僅是衡量企業(yè)管理水平的一個標志，一定程度上也代表著黨和政府在群眾中的形象。隨著社會的發(fā)展和城市居民維權意識的提高，用戶對供水企業(yè)的要求越來越高，由于供水管網漏水造成的水質、水壓、水量、供水的連續(xù)性和安全性等問題成為市民投訴的熱點。同時，管網漏水也給環(huán)境帶來了一定的影響。如：路面塌陷，影響交通安全；長期漏水造成建筑物出現(xiàn)質量問題，干擾市民的正常生產和生活，往往也被政府和新聞媒體所關注。供水企業(yè)如果處理不好，會對企業(yè)產生嚴重的負面影響。因此，供水管網漏水點的及早發(fā)現(xiàn)、準確定位、快速搶修、迅速恢復供水也為企業(yè)創(chuàng)造了良好的社會效益。

5.3 提高企業(yè)經濟效益的需要。

地下管網漏水由于不易發(fā)現(xiàn)，潛伏時間長，使寶貴的成品水白白流失，是造成供水企業(yè)產銷差率增加的主要原因，給供水企業(yè)帶來較大的經濟損失。與傳統(tǒng)的投資大量資金進行老化管網改造相比，管網監(jiān)測系統(tǒng)可以加強管網智能查找到管網暗漏點，及時修復，具有投資少、見效快、效益明顯等優(yōu)點。對快速降低管網漏失，降低企業(yè)的產銷差率起到積極的作用，同時也提高供水效率和企業(yè)的經濟效益。

目前，我國管網漏失的控制與發(fā)達國家相比還有相當大的差距。普遍存在著投入資金偏低、檢漏技術人員較少、專業(yè)技術素質差、對先進設備的使用方法理解不深、激勵機制不活等，這些因素影響了管網智能化系統(tǒng)工作的進一步開展。

由此可見，我國供水管網漏失控制工作任重道遠，要達到發(fā)達國家內漏控目標還有相當長的一段路要走。

因此，管網監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集功能，取代了傳統(tǒng)煩瑣的人工管網巡線工作，克服了管網地下暗漏時間長不易發(fā)現(xiàn)的不利影響，充分發(fā)揮了供水設施的作用，以取得較好的社會效益和經濟效。對國內供水企業(yè)來說，加強漏水檢測工作，降低管網漏失，合理控制管網漏失，可極大地提高有效供水能力，提高企業(yè)的社會效益和經濟效益。再結合水廠的智能監(jiān)測系統(tǒng)、二次加壓智能監(jiān)測系統(tǒng)，最終實現(xiàn)整個供水系統(tǒng)的優(yōu)化調度，即：充分合理地調配利用水資源，調配原水泵站、清水泵站的流量和壓力；充分合理地分配不同區(qū)域的供水量，保證用戶對水量、水壓、水質的要求，保證供水系統(tǒng)安全可靠運行。

參考文獻

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