城市供水调度系统的功能与设备配置

城市供水调度系统的功能与设备配置黎杰黄毅(合肥工业大学计算机与信息学院，安徽合肥，230009)摘要：城市供水自动化调度系统的应用，保证了供水流量、压力和水质的达标，提高了供水运行的管理水平。本文闸述了现代城市供水调度系统的主要功能，系统实施的技术方案，并探讨了供水调度系统中设备的选型与配置。关键词：调度自动化系统优化1引言随着城市自来水的供水需求与供水质量的不断提高，许多城市相继建立了计算机供水调度系统，建设部在《城市供水行业2010年技术进步发展规划》中，对自动化调度系统也提出了较高的要求。供水系统科学调度的主要目标是在保证供水流量、压力和水质满足有关标准的条件下，尽量节省供水的能量、物质和人力资源消耗，降低供水成本，提高供水系统安全性能和运行管理水平[1]。供水调度经历了人工经验调度、计算机辅助调度、自动优化调度三个阶段，由于城市供水管网和供水设施随城市经济建设发展不断地进行着改建和扩建，其复杂程度日益加深，依靠人工经验对供水生产和调度进行管理已不能满足现代化发展的需求，必须采用科学手段进行优化调度。近年来随着计算机应用技术、通讯和网络技术的不断提高，自来水调度系统应用水平也在日趋完善，本文闸述了城市自来水调度与监控系统的特点与系统功能，探讨了调度控制设备的选型与配置，以及系统实施的技术方案。2供水调度系统的特点城市自来水管网监测与调度系统的特点，是在整个城市范围内的供水管网上建立一定数量的监测点（包括各制水厂送水泵站和管网监测点），由现场的传感器和就地监控设备将监测点的信号收集整理，通过有线或无线通讯信道将数据定时传送到监控中心，监控中心对各监测点数据进行分析，然后对城市管网运行情况进行合理的调度，使整个管网系统安全可靠，经济运行。一些调度系统还可以发出指令，遥控监测点的就地控制单元，控制加压泵的开启台数或变频恒压供水的频率范围，合理地调配水资源的用量。为了全面反映管网中的资源分布和变化，及时、准确地掌握城市水资源供应状况，在管网上设置适当的监测点是调度系统的关键。对于自来水管网，应该根据地形和管网分布的实际需要，在主干道流量大的地点，各供应区域的代表点、加压泵站、制水厂以及压力最高或最低点，选择适当数量的监测点。在监控调度系统中，监测的主要信号是各监测点的压力、水位、水质和流量，监控的主要信号是各加压泵站的阀门开闭状态、泵的开停状况以及变频机组的频率；系统在实时监测和响应调度命令的同时，根据历史数据，采用预测和分析计算模型，生成优化调度方案，从而能正确地发布调度指令，及时调整各个水厂供水量。在保证合理水压的前提下，最大限度地节约能源，达到降低供水成本的目的。3供水调度系统的功能不同规模的城市所建立的供水调度系统的规模也不同。大中型城市供水系统的调度应该分为两级，第一级是中心调度室对各制水厂、供水管网测点的压力、流量及水质进行监测与调度；第二级是制水厂的控制室对制水工艺设备和水源厂、加压站、以及厂内的各台水泵的参数及运行状态进行监测与调度。[2]系统还要结合管网地理信息系统和历史数据库管理系统，以及水质动态模拟软件，实现供水管网的程序控制和运行调度管理[1]。自来水调度系统的功能应该包括以下几个部分：３.１城市管网压力实时监测系统为了使压力监测点能较全面地反映出供水管网内的压力分布和因需水量变化等外部扰动引起的压力变动，并能及时、准确地掌握城市供水的状态，要在供水管网上设置适当数量的测压点。有条件的单位可以在城市中不同供水区域代表点增加测量流量、浊度、余氯，以便反映管网中的水质与供水量。通过长期的数据监测，了解供水区域需水量随时间、季节等不同的变化，为供水系统进行经济合理的调度提供必要的依据。在测压点上可以采用不同类型控制设备进行现场数据采集，采用远程通讯方式传送至中心调度室进行集中管理，并在模拟屏或计算机上实时显示、连续监测和自动记录，作为运行调度的决策依据。３.２分站监测系统为实现二级调度，在各制水厂，水源厂，加压站建成厂内计算机监测系统，以实现厂级调度。分站监测系统的主要任务是：实时采集现场的各种数据，并通过可编程控制器变换为所需要的数据传送给上位计算机；计算机对这些数据进行处理，并形成相应的现场实时状况模拟图形，给出报警报告；对数据进行统计与分析，形成相应的趋势图和报表。同时还要定时将数据，通过远程通讯方式传送到中心调度室。系统根据出水管口的压力，控制水泵的开启台数，或调整水泵变频控制器的频率，以实现恒压供水。系统监测的范围主要包括：电流、电压、电度量等高低压配电系统运行参数；各机组、阀门、开关柜的开关位置信号；预报与警报信号；压力、水位、流量等水路运行参数；余氯、ＰＨ值、浊度等水质参数；变压器温度，电机温度等物理量。传送到中心调度室的数据包括：出厂水压力、清水池水位、出厂水流量、厂内泵房每泵开停状态及用电量、浊度、余氯、ＰＨ值等，在调度计算机上连续监测和自动记录。３.３地理信息系统的实现建立给水管网地理信息系统(GIS)是以城市地形图为背景，以供水管网的空间数据和属性数据为核心，利用计算机技术、地理信息系统技术、数据库技术、图象处理技术、多媒体技术，开发出适合实际需要的供水管网管理系统，实现管网基础资料的动态管理。提供管网及相关资料的查询、统计以及各种输出等管理功能；实现管网分析，包括事故关阀处理，发生火灾时消防栓的搜索等；通过与调度系统的接口，管理测压点、流量计的压力、流量等实时数据。实现管网数据的全面管理，为供水管网预测模型提供依据。３.4调度软件的实现在中心调度室建立一套计算机局域网络，以网络服务器为中心，包括调度计算机、工程师站，并将系统扩展到其它职能部门。中心调度室计算机上实现：收集数据，实时监测，远程控制，报表生成，图形显示，报警处理，数据存储，用水预测，调度方案生成，辅助优化调度、系统维护等工作。同时通过计算机网络实现数据共享，将生产调度数据直接用于办公自动化系统，实现“监测、控制、调度、管理”一体化供水调度管理系统，达到科学调度。４供水调度系统的设备选型与配置在供水调度系统中，监测点监控设备的可选产品较多，目前经常采用的监控设备有：可编程控制器（ＰＬＣ），工业控制模块，专用ＲＴＵ产品，工控机等。４.１PLC在调度系统中的应用可编程控制器（ＰＬＣ）以其自身的一系列特点，在调度系统中使用起来非常方便。ＰＬＣ的主要优点是据有高可靠性和稳定性，抗干扰能力强，在恶劣工作环境下可长时间不间断使用，编程简单且维护工作量小，另外配有各类通讯接口或通讯模块，可以方便地与无线电台和计算机网络相连，能够解决就地编程、监控和通讯等问题，在目前许多调度系统中选用ＰＬＣ作为远程监控站的就地控制单元，用它来完成数据采集，现场设备监控，数据通讯的全过程。在监控中心，建立局域网络，由计算机来完成系统的监测、调度和维护工作。在这个局域网中必须设立一台通讯前置机完成数据的通讯。通讯前置机的可靠性关系到整个调度系统的成败，而通讯前置机也可以用ＰＬＣ来承担。目前许多ＰＬＣ的厂家，开发了具备嵌入的ＴＣＰ／ＩＰ通信能力的可编程控制器产品，可以直接联接到监控中心的局域网上，同时完成无线电通讯和数据交换。图1采用ＰＬＣ的调度系统配置方案图图2采用I-7188智能控制模块的调度系统配置方案４.２工业控制模块在调度系统中的应用工业控制模块也有多个品种，使用较多的是台湾研华公司和威达公司的模块，我们以I-7000系列控制模块为例，说明其在调度系统中的应用。威达公司的I-7188智能控制模块是一种功能强大的监控设备，它在调度系统既可以用作不同设备的协议转换器，又可以作为监控设备直接用于现场监控分站和管网测压点。I-7188智能控制模块可以与不同种类的通讯设备相连，完成与中心调度室的数据交换。４.３专用ＲＴＵ产品在调度系统中的应用目前一些智能化的专用ＲＴＵ产品在城市调度系统中推广应用，常用产品有：MOTOROLA专用RTU，澳大利亚elpro通讯产品等，它们集数据采集、控制、运算、存储、无线电数字通讯设备为一体，有编程维护简单、系统可靠性强、通讯速度快等优点，但成本较高。国产的ＲＴＵ产品较多，价格较低，但可靠性有待提高，且用户今后自己的编程维护较困难。图3采用澳大利亚elpro智能RTU的调度系统配置方案４.4GPRS与无线电扩频通讯技术在调度系统中的应用随着计算机网络技术和通讯技术的发展，调度系统的数据通讯有多种形式，可以结合城市发展的实际情况，采用Internet技术和标准，通过GPRS、无线扩频和有线光缆等多种通讯方式，完成覆盖全公司多网合一的企业城域网络体系。采用有线光缆和无线扩频技术构成有线和无线局域网两种方式，将各水厂与公司调度中心组成以太网络，使更多的数据能够在调度中心显示。采用移动GPRS技术，租用电信DDN专线光缆将GPRS信号数据送到调度局域网，完成测压点数据的采集与通讯。图4采用GPRS与无线电扩频通讯的调度系统配置方案５结束语自来水调度系统的建立对城市供水产品质量和服务质量，确保水质指标合格率、管网压力合格率、管网修漏及时率、能耗指标等符合考核标准，将起到非常重要的作用。本文所述的原则和措施是我们在自来水调度系统的研制和设计过程中的一些体会，希望对同类市政调度监控系统的设计与实现有一定启发。参考文献[1]中国城镇供水协会．城市供水行业2010年技术进步发展规划及2020年远景目标[M]．北京：中国建筑工业出版社，2005．[2]黎杰，黄毅等．城市自来水二级调度系统的研制[J]．1997,20(6):117-121．FunctionsandDevicesConfigurationoftheCityWaterSupplyDispatchSystemLIJieHUANGYi(SchoolofComputerandInformation,HefeiUniversityofTechnology,HefeiAnhui230009)Abstract:Itisguaranteedforwatersupplyflow,pressureandqualitybymeansofthecitywatersupplyautomationsystem,themanagementlevelforwatersupplyisincreased.Itisdescribedinthispaperaboutthemainfunctionsofthemoderncitywatersupplydispatchsystem,thetechnicalwaystoimplementthesystem,anddevicesselectionandconfigurationofthewatersupplydispatchsystemarealsodiscussed.Keywords:dispatch,automation,systemoptimization