二次供水数据实时监测的实现方案

摘要:为了研究二次供水中的设计流量与实际流量的区别，以及管网叠压供水设备在运行时的实际工况等，公司设立了对该内容的研究课题。在某小区的二次供水系统中增加了相应的监测系统，并通过CDMA/GPRS无线通讯技术将相关数据传送回公司的终端，实现了远程监控制模式。本文简要介绍了运用CDMA/GPRS无线通讯技术实现数据不间断监测的方案，并对运行成本进行了分析。

关键词: 二次供水监测CDMA/GPRS无线通讯技术成本分析

1前言：

我国是一个水资源匮乏的国家，随着社会的发展，要求城市供水模式更加科学合理，对水的利用要求越来越精确。但是，我国现有的供水设计标准仍是参照前苏联做法，以五六十年代做的试验（取工人、农民、干部、普通职员四个小区进行实时流量测算），采用概率法的基本思想进行总结，得出现有的设计秒流量计算公式。 建设部建筑金属结构协会给水排水设备分会副会长左亚洲在《建筑给水排水技术发展动态》一文中曾提到“现行计算公式由于缺少概率法涉及的计算参数，如高峰期用水定额、高峰期时段历时、用水保证率、传统生活习惯和饮食结构等诸多影响计算式结果的因素，所以采用符合国情的概率法计算给水设计秒流量的工作尚需作大量的调查、统计和科研工作。”

为了调研现代住宅小区的实际用水量与设计参数之间的差距、管网叠压供水设备的实际运行效果，公司设立了《二次供水经济运行方案》课题。对以下几个方面进行调查：

1、测试用户的吨水电耗（单位：度/吨），得出直供设备的实际电耗，并且比较在不同小区的电耗值，了解直供设备普遍的电耗，为管网叠压供水设备比变频设备、传统供水方式节能提供实际测试数据，进而改进我们的产品，也为直供设备的最佳适用范围找出依据。

2、计算设备整机效率，与普通变频设备进行比较。

3、测试防污隔断阀（CJ/T 160-2002）的水损，了解其在不同流量情况下的损失值，得出防污隔断阀的流量----损失曲线。

4、测试用户实时用水量，与设计秒流量和最大时用水量比较，看用户实际最大时用水量和最小时用水量与理论值的差别，并且了解用户大流量用水和小流量用水的持续时间，得出实际用水时间的规律，最后希望能够得到直供设备的设计流量依据。

5、测试设备对市政管网影响的评估，了解影响的范围、大小等。

该课题以CDMA/GPRS无线通讯技术为基础，通过采集二次供水系统中的相关数据，传输到设在公司的电脑终端进行统计分析，实现了24小时无人监测，保证了数据实时全面准确，节省了人力物力。作为通用实现的方案，能够适用于一般性推广使用。

本文主要阐述了该课题中所应用的系统方案、器件、CDMA/GPRS无线通讯技术及成本。

2 监测系统结构及功能

监测系统分为两大部份：无线通讯远程监控中心和本地数据采集中心。无线通讯远程监控中心放置在公司内部，在公司可以实时监视现场设备的运行状况。而本地数据采集中心就地集中采集监视数据，及时响应设备各种运行状态，及时处理快速响应事件。其结构如图2.1所示：

图2.1监控系统结构

基本功能如下：

1) 二次供水经济运行数据采集和设备控制功能。在监控中心实时监控现场数据，并且可以对叠压供水设备进行运行控制。

2) 生产管理功能。记录供水设备运行数据及参数，并对设备的运行状态及操作进行记录，同时系统可以生成各种报表，操作人员可方便查询。

3) 实时统计分析经济运行数据并存入数据库，方便研究人员随时查看分析，为其进一步研究提供数据。

2.1 CDMA/GPRS无线通讯方式

随着科技的进步及应用领域的拓展，无线公用通讯网以其覆盖范围广、一次投资低、不用专人维护的特点，在越来越多的行业成为传输数据的通道选择。目前我国的无线公用网络主要是GSM/GPRS、CDMA，目前对各城市已经实现了无缝覆盖，无需考虑通迅效果。利用无线公用网组成的远程监控管理系统和现有的其它类似系统相比，在系统可靠性、抗干忧性、稳定性、组网便捷性，可维护性，功能扩展性等方面均具备明显的优越性，并可降低运营成本和劳动强度。本系统监测对象相对独立且分散，分布城市各个小区空旷地方或地下室，不便就地监控。完全符合无线通讯网络覆盖范围，能充分利用其网络优点。

本系统上位机监控中心与下位机之间利用无线公用网络实现数据采集。各监控点数据通过专用GPRS/CDMA DTU传送到公用无线网络，无线网络链接Internet，通过INTERNET 发送到监控端，监控上位机通过以太网接收Internet传送过来的数据并完成相应的分析处理过程。

2.2 本地监控

本地数据采集中心采集和监控本地所有数据，并通过DTU传送到公司内部。本地数据采集中心采用有线方式，收集各个仪表和设备的数据，并把上位机执行指令传递给设备，即实现上位机与现场设备通讯中转。

2.2监控中心

上位机可以采用固定IP或动态域名方式接入Interner,与下位机之间建立通讯链路。但固定IP公网资源较少，租用费用高。没有固定IP地址服务器以ADSL接入互联网，向域名认证服务器注册动态域名解析服务，与DTU建立通讯网络。

上位机组态软件选择Intouch8.0。Intouch软件是一个开放的、可扩展的人机界面，为定制应用程序设计提供了灵活性，同时为工业中的各种自动化设备提供了连接能力。用于可视化和控制生产过程，提供易用的开发环境和广泛的功能，能够快速地建立、测试和部署强大的连接和传递实时信息的自动化应用。

监控中心实时监控直供系统的运行，保存运行参数并进行相应的分析形成报表和趋势图，以备查询。监控界面实时刷新监控点数据，操作员能够随时掌握现场设备状态。监控系统自动保存的运行参数按照要求格式形成各种格式的日、月、季度或年报以便查询预览或打印，而且能够以趋势曲线形式显示。监控点发生报警后，监控系统发送短信通知相关维护人员，保证及时排除故障。

3相关设备的选择

3.1 流量计

现有住宅小区直供设备基本没有配套安装水表（不带数传功能）或流量计。我们要实现流量数据采集，就得增加相应的水表或流量计。流量一般采用安装流量计方式读取，常用的流量计包括普通水表、涡轮流量计、电磁式流量计和超声波流量计等。其中普通水表、涡轮流量计、电磁式流量计安装在水管道中，而受安装条件限制生活小区现有管路基本不允许破管安装，无法实现新增安装这些设备。外夹式超声波流量计直接安装在管路外表面，紧贴在其管道外面，对管路不会有任何破坏，比较适合的采用安装方式。超声波流量计也有其安装条件限制，需要安装在直供设备出水口下游较长的直管段上，而且不能离太近，最好在2米以上。

另外由于超声波流量计单台价格比较高（大约10000左右），造成单台直供设备配套测试系统预算太高。为了有效降低费用，考虑采用其它方式采集流量数据。如果直供设备前端或后端有现成的普通水表，计量该供水系统用水量，可以通过光电转换设备读取水表指针转动，达到记录流量目的。这种安装方式，估计成本只要1500左右。只是这种方式，要考虑水表和直供设备之间距离及现场布线条件可行性。

3.2 电表

电表用于采集电量信息，传统的电表没有远传功能，而且一般生活小区也没有为直供设备安装配套电表。只能采用数字电表，收集直供设备电耗参数实现远程监控。

3.3 无线通讯设备

以现有技术相对稳定和可靠的方式是基于公用无线通讯网络的CDMA/GPRS。公司已经实现并稳定运行的是宏电CDMA DUT。

4成本分析

成本分析主要是指为实现二次供水经济运行数据采集和分析可采用不同的监测实现方案，而不同方案所增加的设备和器件各不相同，其运行成本也不相同。通过成本分析以确定经济合理、安全可靠的方案。

以下是单套系统成本分析：

4.1 CDMA/GPRS无线通讯

CDMA/GPRS无线通讯部分可用两种方案，其区别在流量计的选择。成本如表4.1和表4.2所示。流量计的区别在于：

表4.1流量信号采集使用超声波流量计

表4.2流量信号采集采用光电转换方式

4.2 本地监控

本地监控的方案与CDMA/GPRS无线通讯方案类似，主要也是在流量计的选择。成本如表4.3和表4.4所示。

表4.3流量信号采集使用超声波流量计

表4.4流量信号采集采用光电转换方式

5、总结

系统在设计中体现了全面、灵活、安全、可靠、扩展、高效、经济的原则及理念。本系统现已建成，顺利通过验收，投入正常运行。为公司二次供水经济运行研究提供了准确数据，实现了立项目的。

注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看