1 引言
建立供水调度系统的目标是科学地调度城市的制水和供水,成为决策者的眼睛,及时直观的反映制水情况和管网的供水情况,并以此为依据科学地发展供水。以信息技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术等先进技术为框架的现代化的调度系统在城市供水中起着越来越重要的作用。
先进的供水调度系统可以对远程现场的运行设备进行监视和控制,以实现管网压力、水流量等的数据传送及各水厂出水量的控制,便于及时了解及控制远端生产运行情况,降低故障率,缩短检修时间,减少停水次数,并通过科学调度,可实现安全供水,经济运行,以实现经济效益和社会效益的最大化,资源配置的最优化,保证供水事业的科学快速发展
公司现有3个主要水厂,直径100毫米以上供水管道260公里,日供水12万吨,供水服务人口60万,供水服务面积100平方公里。
以旧县地下水为水源的南关水厂设计规模为5万
,以黄前水库地表水为水源的三合净水厂设计规模为12万
,以汶口地下水为水源的泉河水厂设计规模5万
。现在日供水量达到12万
左右,高峰时13万
左右。
近年,市自来水公司先后投资对三合水厂进行了更新改造,提高了供水能力;投资对城区老管网进行改造,提高了城区管网的输送能力,保证了管网安全;投资完善了城区西南部的泮河大街暨外环路供水主管道,扩大了供水范围,实现了城区管网的互联互通,为提高调度能力,实现管网安全打下了硬件基础。
泰安是国际旅游名城,根据泰城依山而建的地形地貌,北高南低的地形走势,三个水厂与各增压点互为补充,管网布置采用以环状网为主,以枝状网为辅的供水方式。高峰供水或应急供水有时采用南水北调或西水东调。地表水,地下水,高压水,低压水互联互用。
城市发展,供水先行。随着城市化进程的加快和城市战略重心的西移南移,加上城区自备井的封停,供水压力越来越大。这对供水服务提出了更加严峻的考验和挑战,供水事业信息化,自动化的建设刻不容缓。
为了加快公司供水事业又快又好的发展,公司于2010年投资近百万元新上武汉易SCADA供水调度系统,采用中国移动的GPRS网络平台,实现C/S架构的实时数据通讯平台、Oracle数据库平台、B/S架构的web应用平台三者合一现代化调度系统,并对三合水厂一期、二期,泉河水厂,南关水厂,青春创业园,西区加压站及管网中加压泵站的设备进行改造,新上６个测压点。本着管网无盲区的原则,建设管网压力监测点16处,水厂和加压站7处,遥控加压点3处,共计26处,使供水调度范围大大扩展,供水调度能力又上一个新台阶。
2 系统构成
2.1 系统网络架构
系统属于多用户网络系统,采用B/S和C/S双重架构。
实时数据通迅平台采用C/S架构,责指令发送和数据采集解析。
web应用平台采用B/S架构,提供web界面实现数据实时监控、报警、数据分析、报表。
调度中心使用C/S客户端,实时从通迅平台服务器端接收数据,并实时解析,在界面上实时显示。提供语音、颜色、提示窗口等各种报警方式。提供实时曲线和历史曲线分析[1]。
其它用户,可以通过Intranet/Internet浏览器进行数据实时监控、数据分析、报表查询等。
(1) 数据库及数据管理要求
数据库服务系统采用Oracle 10g标准版。
完善数据库结构设计方案。
提供数据库自动备份和手工备份两种方式,提供数据恢复技术方案。
(2) 系统开发平台
C/S架构采用c++和director开发。
B/S架构采用Myeclipse+Spring+Hibernate框架。
数据库采用Oracle 10g。
(3) 通信方式及协议
厂站、管网点:采用无线GPRS通信。
通信方式:可根据实际情况灵活配置。
通信协议:国家标准协议MODBUS。
(4) 系统拓扑结构
系统拓扑结构说明:对于管网压力、水质、流量、开关等现场数据采集站点,每个站点均采用PLC和数据采集单元连接,所有物理量由PLC统一采集处理,PLC通过MODBUS协议和带GPRS通讯功能的DTU连接通讯,PLC所采集的数据通过DTU发送到调度中心的通讯服务器[2]。
对于厂站的现场数据采集,数据采集方式和管网、水质等站点类似,均由PLC从现场的传感器采集到物理量数据。厂站具备光纤通讯条件,因此,PLC通过一个MODBUS—TCP/IP协议转换器接入到调度中心的网络中,现场数据通过TCP/IP通讯协议传送到调度中心的通讯服务器。
服务器通过TCP/IP的通讯方式接收各个站点发送来的数据。并同时将接收到的数据存放到实时监控数据库中。
其他设备都通过局域网连接,所有采集到的数据展现以及分析统计报表都是在实时监控数据的基础上进行整理和分类统计而得到的。
系统逻辑结构图
系统逻辑结构说明:(如图2所示)
(1) 实时数据通讯按照预定的通讯协议,通过不同的通信信道(GPRS、光纤)接收到现场发送来的数据,并将数据存放到实时监控数据库中。
(2) 生产调度主控系统主要包括:系统管理、实时监控及报表及明细查询三大部分。通过这些功能来完成系统的配置及管理、现场情况的实施监控、历史数据的查询及报表体现。
针对实时监控数据库中的明细数据,按照实现定义的统计分析规则进行数据整理和汇总,并存放到统计分析数据库中,然后通过公司统一的综合统计查询平台进行数据展示,为生产调度提供科学决策
(5) 系统层次结构(如图3所示)
2.2 系统构成
调度中心由两套PC及GPRS模块组成双机备份系统,两台PC,主用机选用服务器,备用机使用工控机。设置于公司调度中心,通过网络与公司内部网连接,调度中心PC驱动(IPRS通信模块向RTU下发配置信息、控制信息,及接收下位机上报的数据及告警信息,同时对采集的数据进行管理,提供查询、统计、报表等功能[3]。
按项目总体需求,系统划分二个子系统:实时数据通讯子系统和实数据监控子系统。
实时数据通迅子系统:该子系统主要应用者为系统管理员与调度中心相对权限的人员,用以接收解析实时数据和下达远程控制调度指令。
实时数据监控子系统:该子系统主要应用者为所有用户,负责实时数据的显示报警与数据的分析及打印。
结构如图:
3 系统功能
3.1 常规功能有以下几点
1、稳定高效的数据采集传输,为后台数据处理提供了坚实的基础。
2、数据采集传输使用业内成熟的C/S架构,监控与统计分析采用应用广泛的B/S架构,保证稳定性与成熟性,同时应用多项先进的应用程序开发技术。
3、支持监控站点及传感器在线维护,传感器参数配置方便简捷,并且可根据客户需要将任意几个传感器组合为一个虚拟传感器。
4、本系统支持多种通迅方式,包括:GPRS,TCP/IP等。
5、强大灵活的报警功能,可灵活设置报警条件和方式,报警级别可分为三级越界报警。
6、本系统操作及报警支持语音提示。
7、本系统采用及时通讯的技术发送数据超限或站点故障信息。
8、数据实时监控方式多种多样?:
(1) 分类型监控实时数据;
(2) 分区域监控实时数据;
(3) 设置虚拟站点、重要站点进行监控;
(4) 实时曲线监控;
(5) 强大的统计分析功能。
9、对同一传感器不同时间的对比分析:
(1) 对同一时间不同传感器的对比分析;
(2) 提供各种图形和表格的数据分析;
(3)各种样式的统计报表;
3.2 另外具备以下下先进功能
1.系统设置调度主机为双机热备份的工作模式,可以在一个故障时候及时启用备份,保证整个系统的数据完整性。
2.利用计算机技术、网络通讯技术、虚拟现实等技术,可实现了供水管网数据的采集、存储、转换、查询、分析、统计以及日常业务的信息化管理。可在供水管网设计、查询、资产管理及服务抢修等方面发挥重要作用,对供水漏失率、供水等压线等关键参数可进行智能化分析和可视化显示,利用GPS设备,实现了管网数据的动态更新,特别是实现了与水司营业收费系统、调度系统及客服系统等集成应用。
3.信息发布方式多样化:系统可以通过调度软件直接查询实时数据、历史数据报表及曲线,也可通过网络上有权限的计算机IE浏览器查询数据及曲线,还可以通过报警短信、定时短信及雉主动查询来获取实时及历史数据,使相关负责人可以在各种情况下方便的获得生产信息,便于决策。
4.采用后台数据库服务器与前台客户机的网络结构
主要特点是分布性强、数据维护方便、安全性更高。采用Oracle 10g作为后台数据库。系统的通用性、数据接口开放更好。
5.远程控制功能:用于远程,高楼,供水紧张,任务繁重,夜间,或紧急抢修,寒冷雨季时的设备阀门的远程遥调遥关。
6.数据自动补测转发功:当上次发不成功数据时,将自动补测上次发不成功的数据,在数据有效的保存期内都能补测。
7.系统采用移动或移动的GSM/GPRS通信平台,GPRS网络在城区覆盖率接近100％,通信介质可靠性高、运行费用相对较低。具有不受地理限制、稳定、可靠、成本低等优点。远传终端为低功耗产品,采用电池供电方式,无需外界供电、不受市电停电影响,不用考虑防雷问题,电池能使用3年以上,监测更可靠。远传终端重量轻、体积小、无需外界供电,安装方式灵活.
8.系统应急功能:应急启动,应急备用,在停电,在重大出错时及病毒威胁时可自己启动安全模式的应急调度系统程序。
9.数据定时保存功能:每隔一定时间抽测保存一次,定时保存,可自行设置间隔时间。
10.随时自动报警功能:现场数据有异时系统实时报警。
11.参数自动复位功能:当数据不准时可自动复位。
12.三维立体成像功能:可用于管线维修普查,当输入数据时可自动生成立体管道图形,可创建供水管网微观动态水力模型。实现动态在线实时模拟。目前还不具备条件。
13.信息平台功能,各联网的相关权限部门把最新信息发布调度系统前端窗口,各部门可共享最新信息。如停水,维修,欠费拆表等,一目了然,也可利用手机短信功能。
14.数据共享功能:自来水调度中心公司宽带内部网的工作站只通过WEB浏览器就可以登陆查看所有监控点的实时数据和存储的任意时间段的历史数据。通过用户身份认证授权方式控制该用户可访问那些监控点的数据。
15.具备开放性系统功能:TCP/IP组网技术、组态编程技术和Web访问技术等组织手段构成最为有效的控制系统;系统采用Oracle 10g大型关系型数据库,可形成对用户全面开放的自动化数据的再应用的环境。系统既可以单机方式运行,也可以网络方式运行能不断补充和完善其功能,确保可持续发展。扩展功能齐备,可自行延伸。
4 技术规范和标准
1、数据采集精度:模拟量12位。
2、数据采集密度:各传感器1分钟一条;数据存储密度:5分钟一条。
3、系统采集响应速度:脉冲量:脉冲频率5KHZ以下。模拟输入量:10ms;数字输入量:频率200HZ以下。
4、可采集传感器数据:压力、流量、浊度、余氯、pH值、开关量、清水池水位、电流、电压、功率因素、有功电度、频率。
5、传输方式:GPRS和光纤。
5 结束语
我自始至终参加了调度系统的26个测压点的安装调试工作,取得了第一手工作资料及宝贵经验。在试运行期间,发现调度数据传输速度和反应能力大大提高,尤其移动公司在各方面的大力配合下,整个调度管网基本没有盲区,不管天气风吹雨打和地势高矮,地形多复杂,都大大提高了调度信号的叫通率,
在使用过程中也发现终端设备其中的PLC有时出现故障,这时需要在线重新写入PLC程序,各个终端机的端口IP地址也不要写错,否则没有调度数据。
调度系统投入运行以来,工作正常,性能稳定,大大提高了供水事业的发展,达到了供水资源的最佳配置,促进了节能降耗和安全供水,经济运行,。取得了可喜得经济效益和社会效益。本调度系统于2011年取得了《泰安市企业管理现代化创新成果二等奖》。
参考文献:
[1] 王显明,秦克景,李敏强.基于GIS、GPS、DSS的城市供水调度决策系统[J].中国给水排水2006, 20:1-4.
[2] 张宏伟,王晓杰,杨芳.城市供水运行调度决策支持系统的开发与应用[J].中国给水排水。2003 ,2:1-3.
[3] 贾金明,李学义,陈学剑.供水调度SCADA系统的升级改造[J].中国给水排水.2008,12:1-3.
作者简介:乔秀彬（1973-),男,本科,经济师,研究方向：自来水调试管理。