珠海市供水管網(wǎng)智能在線監(jiān)測儀表應(yīng)用和探討

嚴旺炳

【摘要】科技的發(fā)展，國內(nèi)外在線監(jiān)測儀表制造商已經(jīng)開發(fā)出集成自帶供電、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、通信等儀表模塊，珠海管網(wǎng)智能儀表是最關(guān)鍵部分，直接影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。文章重點介紹智能化儀表應(yīng)用的經(jīng)驗，并介紹智能化儀表與系統(tǒng)的配接技巧。

【關(guān)鍵詞】管網(wǎng)；智能儀表；數(shù)據(jù)采集；節(jié)約能耗

1、引言

珠海供水系統(tǒng)復(fù)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(yè)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(jié)性缺水降雨時空不均等原因，水庫的自產(chǎn)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?？?，咸度超標逐年加劇。為解決原水不足的問題，珠海建立復(fù)雜的原水系統(tǒng)“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(tǒng)安全、節(jié)能、高效運行，珠海水務(wù)集團建立了原水應(yīng)急調(diào)度指揮系統(tǒng)，對原水系統(tǒng)進行模擬仿真，通過數(shù)學(xué)方法對原水系統(tǒng)各單元之間的聯(lián)動關(guān)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(tǒng)及管網(wǎng)建模系統(tǒng)的建立，使得全市共有各類數(shù)據(jù)采集終端220個，智能儀表近千臺，全面覆蓋供水生產(chǎn)各環(huán)節(jié)，為調(diào)度人員對整個供水系統(tǒng)的全面監(jiān)測、突發(fā)事故發(fā)現(xiàn)、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(yīng)用

2.1 選型技巧

為確保系統(tǒng)正常運行，智能儀表的正常準確檢測是關(guān)鍵所在，必須遵循兩點：一是滿足系統(tǒng)總體設(shè)計要求，智能儀表輸出為數(shù)字信號，必須帶有通信接口如RS232、HART等接口；數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議必須支持MODBUS_RTU、HART、MODBUS等協(xié)議；由于智能儀表工作環(huán)境惡劣，其防護等級必須達到《國家IP標準GBT4208-93》規(guī)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(shù)據(jù)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(nèi)置數(shù)據(jù)存儲芯片記錄全過程，數(shù)據(jù)必須保存1年以上且必須防止數(shù)據(jù)掉失，出現(xiàn)掉線、電路電池故障等非常規(guī)需及時報警，且要有補發(fā)數(shù)據(jù)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(zhì)量的行業(yè)知名品牌儀表，以滿足以上三系統(tǒng)連續(xù)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(shù)據(jù)采集、通信、傳感、天線、高性能電池等組成。智能壓力數(shù)據(jù)采集終端（智能壓力儀表）采用智能模塊化設(shè)計，軟、硬件擴充性能好，可靠性高。同時符合防護等級IP68工業(yè)標準、體積小巧，安裝、使用及保養(yǎng)方便，可在較惡劣環(huán)境下長期可靠地采集數(shù)據(jù)。

智能壓力儀表的主要功能特性：在1分鐘-4小時的范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的采集周期，5分鐘-4小時的范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的發(fā)送周期。帶有存儲容量模塊，可存放數(shù)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(fā)送主臺的功能。智能調(diào)配處理信號傳送，減少電源的消耗。可遠程采集終端各個重要參數(shù)。

（2）智能水位儀表

在供水系統(tǒng)中智能水位儀表有30余臺，其主要構(gòu)成有數(shù)據(jù)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(jù)現(xiàn)場工作環(huán)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(yǎng)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(tǒng)中智能電磁水表有50余臺，智能電磁水表均由數(shù)據(jù)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(yīng)定律是電磁流量計的基礎(chǔ)，當導(dǎo)體作切割磁力線運動時，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。本原理適用于導(dǎo)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(yīng)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(yīng)強度B、電極間距D 和平均流速V。由于磁感應(yīng)強度B 和電極間距D 是常數(shù)，則信號電壓UE與平均流速V 之間成正比關(guān)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(guān)系。

智能電磁水表中無可動部件和插入流體內(nèi)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(tǒng)測量要求。功能上采集、發(fā)送周期在15分鐘～12小時，能實時監(jiān)測、智能采集等功能。

（4）智能水質(zhì)在線儀表

在供水系統(tǒng)共有智能水質(zhì)在線儀表20余臺，其構(gòu)成也有數(shù)據(jù)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(zhì)在線儀表數(shù)據(jù)采集終端主要對濁度、余氯、PH、溫度、總氯等5參數(shù)進行在線監(jiān)測。

3、智能儀表與計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(yīng)的設(shè)置軟件對其在現(xiàn)場環(huán)境進行輔助設(shè)置和狀態(tài)查驗，簡化了現(xiàn)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(shù)據(jù)打包傳送，保障了數(shù)據(jù)傳輸安全性和完整性。智能儀表數(shù)據(jù)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(wǎng)系統(tǒng)的運行中發(fā)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(shù)改善和逐步完善供水板塊的生產(chǎn)、分析、決策系統(tǒng)打下了良好的基礎(chǔ)。

實時了解整個供水管網(wǎng)壓力，防止因管網(wǎng)壓力過高而引起的爆管事故，同時又減少了管網(wǎng)壓力過低而造成對用戶所帶來的不利影響。通過合理調(diào)配水資源，使生產(chǎn)運行方式進一步優(yōu)化，節(jié)約能源，據(jù)統(tǒng)計大量使用智能儀表之后供水管網(wǎng)系統(tǒng)每年可以為集團節(jié)電約134萬k.Wh。

（2）連續(xù)監(jiān)測各供水設(shè)施的運行狀況，保證設(shè)施安全可靠地工作。

（3）提高生產(chǎn)管理人員應(yīng)付突發(fā)事故的能力。由于各管網(wǎng)關(guān)鍵點均安裝有各類檢測智能儀表，一旦發(fā)生事故，生產(chǎn)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(jié)語

大量智能在線監(jiān)測儀表在珠海市供水管網(wǎng)的應(yīng)用是珠海水務(wù)集團有限公司通過技術(shù)創(chuàng)新，利用現(xiàn)代化高科技手段提升珠海市供水安全，提供優(yōu)質(zhì)水的成果，是自主創(chuàng)新，惠及民生的工程。目前珠海水務(wù)集團正在實施“十三五”發(fā)展規(guī)劃，將對供水板塊生產(chǎn)設(shè)施及供水管網(wǎng)進一步升級完善。包括：按新的供水格局完善水源系統(tǒng)，安裝更多智能水質(zhì)在線儀表數(shù)據(jù)采集終端；在供水管網(wǎng)改造過程中安裝更多的智能壓力數(shù)據(jù)采集終端和智能電磁水表流量數(shù)據(jù)采集終端，提高對用戶的服務(wù)水平。大量智能在線監(jiān)測儀表提供的精準生產(chǎn)數(shù)據(jù)為將要建立的專家輔助決策系統(tǒng)打下堅實的基礎(chǔ)，使集團管理層以更加精細和動態(tài)的方式管理供水系統(tǒng)的整個生產(chǎn)、管理和流程，從而實現(xiàn)“智慧水務(wù)”的宏偉目標。

參考文獻：

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