供水管網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

李明珠

引言

目前供水公司對(duì)供水調(diào)度的主要依據(jù)是供水壓力的高低和流量的大小。供水管網(wǎng)壓力和流量的監(jiān)測(cè)不僅能幫助調(diào)度人員實(shí)時(shí)掌握各個(gè)區(qū)域的供水情況，還能為及時(shí)發(fā)現(xiàn)爆管、停水等異常現(xiàn)象，減少漏水損失，保障供水安全。管網(wǎng)壓力、流量歷史數(shù)據(jù)的保存也為以后的月數(shù)據(jù)分析、年數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)。因此管網(wǎng)壓力、流量數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)在供水調(diào)度中起到至關(guān)重要的作用。設(shè)計(jì)一個(gè)能幫助調(diào)度人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)動(dòng)態(tài)，幫助管理層決策的數(shù)據(jù)分析調(diào)度系統(tǒng)，是保障安全供水的迫切要求。

1、供水調(diào)度系統(tǒng)的功能需求

根據(jù)供水管網(wǎng)調(diào)度的要求，供水管網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)主要包含五大功能模塊：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)畫面展示、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)發(fā)布。數(shù)據(jù)采集：主要是采集管網(wǎng)中需要監(jiān)測(cè)的被測(cè)量，主要由管網(wǎng)壓力、流量等。數(shù)據(jù)傳輸：將分散布置的各個(gè)管網(wǎng)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳回到總調(diào)度中心。數(shù)據(jù)畫面展示：將傳回的數(shù)據(jù)在畫面上有效展示，幫助調(diào)度人員實(shí)時(shí)掌握管網(wǎng)動(dòng)態(tài)。數(shù)據(jù)分析：將歷史數(shù)據(jù)通過(guò)趨勢(shì)圖曲線或者其他方式直觀展示天、月、年數(shù)據(jù)趨勢(shì)變化。數(shù)據(jù)發(fā)布：將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)發(fā)布到網(wǎng)上，便于管理人員進(jìn)行查看，幫助其決策。

2、供水調(diào)度系統(tǒng)的具體建設(shè)

2.1整體系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)以上的功能分析，供水管網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)主要由供水管網(wǎng)調(diào)度中心（含系統(tǒng)主機(jī)、服務(wù)器）、N個(gè)管網(wǎng)PLC站點(diǎn)組成。管網(wǎng)調(diào)度中心設(shè)置在總公司調(diào)度室，管網(wǎng)PLC站點(diǎn)安裝在管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，系統(tǒng)采用一對(duì)多的組網(wǎng)方式（1：N）。其中管網(wǎng)PLC站點(diǎn)是基礎(chǔ)，主要是采集管網(wǎng)壓力、流量等參數(shù)，然后通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)或Internet網(wǎng)絡(luò)傳回?cái)?shù)據(jù)到調(diào)度系統(tǒng)主機(jī)。系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理（數(shù)據(jù)畫面展示、曲線分析、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、數(shù)據(jù)補(bǔ)傳等），并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到服務(wù)器中。備機(jī)的作用主要是防止主機(jī)掉電、死機(jī)等特殊情況的數(shù)據(jù)丟失。

2.2管網(wǎng)PLC站點(diǎn)的設(shè)計(jì)

PLC站點(diǎn)主要實(shí)現(xiàn)的功能為：

模擬量/開關(guān)量輸入（壓力、流量、或者水泵、閥門的工作狀態(tài)）；實(shí)時(shí)接收中心調(diào)度室的的命令（隨機(jī)點(diǎn)測(cè)、定時(shí)巡測(cè)、補(bǔ)調(diào)數(shù)據(jù)等），將相應(yīng)的數(shù)據(jù)（流量、壓力、開關(guān)狀態(tài)等）發(fā)送回中心調(diào)度室；定時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)：（30分鐘或15分鐘存一次，時(shí)間可調(diào)），定時(shí)將數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS

傳送至中心調(diào)度室。PLC站點(diǎn)主要由主機(jī)（PLC）、直流開關(guān)電源、GPRS模塊、接線端子等幾部分組成，其實(shí)際接線箱如圖2所示。其中PLC選用的是西門子CPU224XP型號(hào)，本機(jī)集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，2輸入/1輸出共3個(gè)模擬量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展值至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或38路模擬量I/O點(diǎn)，還具有2個(gè)RS485通訊/編程口。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，一個(gè)RS485口可以與GPRS模塊通訊，另一個(gè)可以作為程序下載口或者流量信號(hào)（RS485輸出）采集輸入端。如果流量輸出信號(hào)是脈沖輸出，則可通過(guò)開關(guān)量接口輸入；如果是4～20mA模擬信號(hào)，則通過(guò)模擬量接口接入。目前僅采集的是壓力、流量模擬量數(shù)據(jù)，如果還想采集余氯、濁度等其他模擬量，則可通過(guò)擴(kuò)展模擬量模塊來(lái)接入。

2.2供水管網(wǎng)調(diào)度中心軟件的設(shè)計(jì)

本軟件系統(tǒng)的主要功能包括數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理、曲線分析、報(bào)表打印、系統(tǒng)組態(tài)（畫面展示）等功能，見圖1。該軟件系統(tǒng)可以完成管網(wǎng)壓力、流量、水廠數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集和分析處理。

圖1供水管網(wǎng)調(diào)度中心功能圖

2.3WEB發(fā)布軟件的設(shè)計(jì)

WEB軟件系統(tǒng)采用ASP.NET進(jìn)行開發(fā)，該最大的特點(diǎn)是和供水管網(wǎng)調(diào)度中心軟件系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫的結(jié)合，供水管網(wǎng)調(diào)度中心軟件系統(tǒng)定義的畫面、報(bào)表都可以在WEB里面查看，供水管網(wǎng)調(diào)度中心軟件系統(tǒng)的圖形畫面、報(bào)表定義改變后，直接進(jìn)行發(fā)布，即可更新到WEB里面，系統(tǒng)維護(hù)非常簡(jiǎn)單；另外WEB顯示采用動(dòng)態(tài)局部刷新技術(shù)，背景圖經(jīng)過(guò)壓縮，而且在數(shù)據(jù)更新時(shí)，只是數(shù)據(jù)顯示的位置進(jìn)行局部更新，畫面背景不變，畫面無(wú)抖動(dòng)，實(shí)時(shí)性高。WEB軟件僅進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，無(wú)控制功能，保證系統(tǒng)的安全性。

3、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

在該系統(tǒng)投入使用前，對(duì)相關(guān)管網(wǎng)壓力狀況是無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的，供水系統(tǒng)的運(yùn)行是根據(jù)人工的經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行調(diào)度的，缺乏科學(xué)的手段和依據(jù)；本系統(tǒng)投入使用后，調(diào)度運(yùn)行人員可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地掌握整個(gè)管網(wǎng)關(guān)鍵點(diǎn)的壓力，動(dòng)態(tài)調(diào)整水廠的機(jī)泵開機(jī)組合，在保障供水服務(wù)壓力、及時(shí)發(fā)現(xiàn)供水事故、保障管網(wǎng)的安全運(yùn)行等方面效果明顯；另外，系統(tǒng)記錄的歷史數(shù)據(jù)，也是公司今后進(jìn)行管網(wǎng)設(shè)計(jì)和分析的重要數(shù)據(jù)來(lái)源。該系統(tǒng)的建設(shè)不僅提高了供水效率，而且為管網(wǎng)改建擴(kuò)建提供寶貴的依據(jù)。

4、結(jié)論及展望

該供水管網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)得到了很好的應(yīng)用，為供水調(diào)度提供了科學(xué)技術(shù)手段?，F(xiàn)在僅采集管網(wǎng)壓力、流量數(shù)據(jù)，如果后期有余氯、濁度等水質(zhì)參數(shù)需要采集，則可通過(guò)擴(kuò)展模擬量模塊接入，非常簡(jiǎn)單。系統(tǒng)五臟俱全，具有投入相對(duì)較少等優(yōu)點(diǎn)，尤其針對(duì)分散的管網(wǎng)點(diǎn)，采用了GPRS通信方式，非常實(shí)用。當(dāng)然，該系統(tǒng)也存在一些不足：（1）系統(tǒng)組態(tài)相對(duì)復(fù)雜，且功能少，畫面不夠美觀。該調(diào)度中心軟件是基于VB開發(fā)，不像Intouch或IFIX等專門的工控組態(tài)軟件比較成熟，有專門的庫(kù)圖，并能通過(guò)簡(jiǎn)單腳本編寫實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)。（2）系統(tǒng)的兼容性相對(duì)較差，尤其對(duì)不同品牌的PLC的接入，需要開發(fā)專門的驅(qū)動(dòng)程序。希望在功能豐富性、使用簡(jiǎn)單化及系統(tǒng)兼容性等方面有進(jìn)一步的完善。

（作者單位：?？诮?jīng)濟(jì)學(xué)院）