供水智能化調(diào)度系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)效果分析

鄭會(huì)耀

(深圳市東江水源工程管理處,廣東 深圳 518000)

近年來,隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,節(jié)能減排的理念不斷滲透到各行各業(yè),城市供水能耗問題成為了工作中心之一。傳統(tǒng)意義上的城市供水調(diào)度系統(tǒng)主要利用人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行決策,利用傳統(tǒng)的通訊手段實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制,但是人工經(jīng)驗(yàn)的可繼承性較差,難以做好大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作,易造成資源的浪費(fèi),供水調(diào)度不精準(zhǔn)等問題[1-3]?；诖?構(gòu)建智能化的城市供水優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng),促進(jìn)供水資源科學(xué)配置,保證安全供水,改善服務(wù)質(zhì)量是十分重要且必要的。

1 工程概況

當(dāng)前,東江水源工程已建設(shè)了自動(dòng)化調(diào)度中心,除梅林、筆架山支線水閘外,其余每個(gè)泵站的水閘已建立自動(dòng)化控制系統(tǒng),分別由各個(gè)管理所集中運(yùn)行管理,所有泵站水閘的信息均被上傳至管理所,目前各所的自動(dòng)化控制系統(tǒng)均能正常運(yùn)行。本工程主要以東江水源工程管轄范圍內(nèi)的已建現(xiàn)地站為監(jiān)控對(duì)象,建立成“經(jīng)濟(jì)實(shí)用,安全可靠,技術(shù)先進(jìn),易于維護(hù),擴(kuò)展性強(qiáng)”的調(diào)度中心,機(jī)電設(shè)備水工設(shè)施實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理、全方位預(yù)警預(yù)報(bào)、全過程安全監(jiān)控。提高設(shè)備設(shè)施安全運(yùn)行保障率及經(jīng)濟(jì)效益,滿足智慧城市發(fā)展的要求;利用現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù),對(duì)各地站點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量、檢測(cè)和記錄,做好對(duì)應(yīng)工程運(yùn)行數(shù)據(jù)和分析軟件,實(shí)現(xiàn)就地和遠(yuǎn)程分層分布式監(jiān)控。

2 建設(shè)目標(biāo)與功能需求

2.1 建設(shè)目標(biāo)

為了實(shí)現(xiàn)東江水源工程調(diào)度中心對(duì)所管轄的泵站、水庫(kù)、水閘、變電站自動(dòng)控制設(shè)備的集中管理、控制和調(diào)度,調(diào)度中心將泵站、水庫(kù)、水閘、變電站的各種運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)通過網(wǎng)閘匯集到水務(wù)大數(shù)據(jù)中心,調(diào)度中心運(yùn)行人員可以通過監(jiān)控屏幕,對(duì)各泵站、水庫(kù)、水閘、變電站的水情水質(zhì)、水位流量及泵站與閘門的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)視和控制,在設(shè)備設(shè)施出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)通過監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析判斷故障位置和狀況,并通知維修人員進(jìn)行處理,同時(shí),系統(tǒng)也可以配置故障自動(dòng)處理程序,實(shí)現(xiàn)少人甚至無人值守。

2.2 功能需求

現(xiàn)地單元監(jiān)控層閘門LCU屏的監(jiān)控對(duì)象為低壓配電柜,閘門、液位計(jì)及流量計(jì)等設(shè)備。

(1)數(shù)據(jù)采集與處理:利用閘門電氣量表和非電氣量表實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理,同時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)分析形成對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)報(bào)表,上報(bào)至中央控制層;同時(shí),利用閘門現(xiàn)地控制單元實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)水口水位的控制,并及時(shí)記錄出水口水位信息,依托調(diào)度層,將數(shù)據(jù)及時(shí)上報(bào);另外,將事故及故障情況進(jìn)行分類整理,自動(dòng)錄入相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù),并可生成事故日志和分析報(bào)告供運(yùn)行人員查看。

(2)安全運(yùn)行監(jiān)視:與中控層配合實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的監(jiān)控,即使脫離中控層監(jiān)管,仍能繼續(xù)監(jiān)視設(shè)備。主要可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視、設(shè)備的越限檢查,實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的過程監(jiān)視,以及對(duì)斷路器的監(jiān)視,隔離開關(guān),并上傳至調(diào)度層;一旦出現(xiàn)故障或者故障的信號(hào),控制面板會(huì)出現(xiàn)響應(yīng)碼的變色信號(hào),出現(xiàn)越限檢查異常情況,及時(shí)向中控層進(jìn)行信息發(fā)布并報(bào)警,并按照時(shí)間順序做好記錄。

(3)自動(dòng)化運(yùn)行調(diào)控:監(jiān)控人員可通過調(diào)度層或現(xiàn)地LCU操作下發(fā)調(diào)度任務(wù),系統(tǒng)將任務(wù)分解為操作指令,自動(dòng)對(duì)泵組、閘門等主要機(jī)電設(shè)備進(jìn)行啟停動(dòng)作、頻率及開度調(diào)節(jié)等自動(dòng)閉環(huán)操作;LCU與調(diào)度層通訊中斷時(shí),仍具備自動(dòng)控制功能,確保泵組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

(4)現(xiàn)地遠(yuǎn)程安全閉鎖:遠(yuǎn)程操作和現(xiàn)地操作可通過調(diào)度層系統(tǒng)或中控室上位機(jī)或現(xiàn)地LCU設(shè)置,操作權(quán)限從高至低分別為現(xiàn)地控制柜、中控室上位機(jī)、調(diào)度層系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)控制柜內(nèi)安裝有遠(yuǎn)程現(xiàn)地安全閉鎖,保證設(shè)備操作安全。

(5)通訊自診斷功能:調(diào)度層系統(tǒng)與各泵站中控室通過自建光纜通訊,中控室上位機(jī)與現(xiàn)地LCU通過萬兆以太網(wǎng)通訊,系統(tǒng)通過定時(shí)自檢判斷設(shè)備離線或通訊故障,進(jìn)行重啟仍無法恢復(fù),進(jìn)行故障報(bào)警通過維修人員處理。

3 供水智能化調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思路

本設(shè)計(jì)主要是以點(diǎn)到面,利用可編程控制器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、控制網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)控制總線、現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備、服務(wù)器構(gòu)成控制管理系統(tǒng)。由于利用有線數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸,后期改造的難度較大,因此,采用無線傳輸?shù)姆绞?方便快捷、后期維護(hù)較容易。利用無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)的采集,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)供水的智能化調(diào)度。

本工程自動(dòng)控制系統(tǒng)分為三層:第一層為現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化層(各閘門的現(xiàn)場(chǎng)控制站、各泵站的現(xiàn)場(chǎng)控制站、各橡膠壩現(xiàn)場(chǎng)控制站),主要由PLC、檢測(cè)儀表、電控設(shè)備等組成;第二層為中心控制管理層(各泵站、各閘門中控層),主要由工程師工作站、服務(wù)器、輸入/輸出設(shè)備等組成;第三層為集中調(diào)度層(集中調(diào)度中心),主要由集中服務(wù)器及管理計(jì)算機(jī)終端。

3.2 設(shè)計(jì)框架

集中調(diào)度室采用的是光纖傳輸介質(zhì),實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸,有效保證數(shù)據(jù)的可靠性和安全性;現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制單元利用總線直接接入,實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。辦公局域網(wǎng)、各站紅葉控制網(wǎng)、設(shè)備級(jí)控制網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)形成完備的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系。該系統(tǒng)采用分散控制系統(tǒng),完成對(duì)于數(shù)據(jù)的采集、控制調(diào)節(jié)以及反饋控制,調(diào)度中心設(shè)置在松子坑水庫(kù)管理房?jī)?nèi),實(shí)現(xiàn)對(duì)水閘、變電站、泵站和膠壩的控制;同時(shí),該系統(tǒng)采用冗余結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的控制,圖1所示為供水智能化調(diào)度系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

圖1 供水智能化調(diào)度系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

3.3 整體架構(gòu)

本監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)定為三層架構(gòu)體系:調(diào)度中心、站級(jí)監(jiān)控中心及現(xiàn)地監(jiān)控。該系統(tǒng)利用指令實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控,運(yùn)用監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)各設(shè)備運(yùn)行和水位信息的控制和調(diào)度,通過流量計(jì)算實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)視,利用自動(dòng)監(jiān)視和調(diào)度中心值班室實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站系統(tǒng)的監(jiān)視,利用LCU控制命令實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的整體控制。圖2為供水智能化調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架。

圖2 供水智能化調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架

3.4 網(wǎng)絡(luò)通信

調(diào)度中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)利用TCP/IP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心和管理中控層管理和調(diào)度。監(jiān)控設(shè)施和調(diào)度中心采用光纜實(shí)現(xiàn)連接,在調(diào)度中心利用遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)水閘、變電站、泵站和膠壩的調(diào)度控制;利用中控操作室,實(shí)現(xiàn)對(duì)各操作設(shè)備和開關(guān)的控制;利用繼電保護(hù)系統(tǒng)的接口,提供兩條獨(dú)立的通信接口通道;采用硬布線I/O接入LCU,實(shí)現(xiàn)雙路通信,以保證網(wǎng)絡(luò)信息傳輸安全。另外,調(diào)度中心的監(jiān)控系統(tǒng)利用通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與各泵的通信,從而對(duì)閘站進(jìn)行采集、調(diào)度、控制和管理。

4 運(yùn)行監(jiān)測(cè)與效果評(píng)價(jià)

首先,借助于無線通信技術(shù),該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)和上位機(jī)的通信,有效監(jiān)測(cè)當(dāng)前系統(tǒng)的實(shí)時(shí)情況,能夠根據(jù)數(shù)據(jù)規(guī)律及時(shí)發(fā)現(xiàn)供水中的一系列問題,同時(shí)大大降低其使用和維修的成本;其次,建立分布式的數(shù)據(jù)監(jiān)控,打破了傳統(tǒng)的調(diào)度模式,提高系統(tǒng)的靈活性和時(shí)效性;同時(shí),由于沒有電臺(tái)等設(shè)備的構(gòu)建,不需要額外費(fèi)用和維修人員后期維護(hù),運(yùn)行成本較低,該數(shù)據(jù)通信模式可有效降低外部干擾,精確度好,為構(gòu)建安全的系統(tǒng)提供必要保障;另外,調(diào)度監(jiān)控為多屏模式,輔以人工分析能夠整體把控系統(tǒng)全局,精準(zhǔn)把控現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,利用PLC,能夠?yàn)楹笃谏?jí)和改造提供必要的硬件基礎(chǔ)。

通過觀察記錄該系統(tǒng)一段時(shí)間的運(yùn)行,可以證明,該系統(tǒng)利用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠準(zhǔn)確把控供水水質(zhì),保證各站點(diǎn)安全穩(wěn)定地運(yùn)行,利用以太網(wǎng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)供水的智能化調(diào)度,能夠?qū)崟r(shí)把控各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置和數(shù)據(jù)情況,一旦出現(xiàn)異常情況,可根據(jù)實(shí)際的調(diào)度情況,保證監(jiān)控人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題,并做好應(yīng)對(duì)措施。同時(shí),亦能大大降低運(yùn)行費(fèi)用,具有良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益[4-5]。

5 結(jié)論

綜上所述,城市供水智能化調(diào)度系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的收集、過濾、加工和統(tǒng)計(jì),實(shí)現(xiàn)高效智能的城市供水。通過完備的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),能夠精準(zhǔn)地利用歷史數(shù)據(jù),最大化發(fā)揮城市供水智能化調(diào)度系統(tǒng)的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì),在提升供水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),推進(jìn)城市智能化的發(fā)展進(jìn)程。