大连长兴岛供水管网实时监测系统

【摘要】大连长兴岛供水管网实时监测系统是以SCADA系统为核心、自动控制技术和无线网络系统相结合的一体化网络监测系统。本系统能够及时获得整个供水管网各测量点的压力和流量数据，进行远程数据采集，实时数据显示。通过系统软件的统计分析，系统能及时发现和预测漏水事故的发生。系统还可根据各用水单位所剩水量提示续费或关断阀门。

【关键词】供水管网；数据采集；数据分析；数据监测

1.引言

在城市建设中，自来水管网在使用过程中的监测是非常重要的。这是因为自来水管网错综复杂，而且通常铺设在地下，时常有工程施工损坏输水管道的事故发生；或者是因为水管老化不堪重压而破裂；或者还会有偷水现象的发生。对于这些可能出现的漏水事故，水务部门既无法提前预警，也无法事后及时发现，造成极大浪费，甚至造成恶劣影响。基于现实中的迫切需求，大连长兴岛实施供水管网实时监测系统项目工程。

2.系统功能

（1）实时数据显示：实时数据显示是用来显示各采集通道的最新数据。实时数据的展示方法多种多样，除普通的表格显示之外，还可以引入图片作为底图，在图片的相应位置上显示实时数据，这样更直观。

（2）实时曲线显示：实时曲线是以曲线图表的方式显示数据的状态，实时曲线除了能够显示最新的数据外还能够显示历史的数据，很直观的看到一个趋势，通常用于瞬时流量和压力的监控。

（3）流量统计分析：统计水表周期的流量，日报中的周期分为5、15、30、60、120分钟。月报统计周期为天，年报统计周期为月份。流量统计还可针对同一站点不同日期比较，统计一个月内每天流量的平均值、最大值、最小值。

（4）压力统计分析：统计5、15、30、60、120分钟间隔时刻的压力值。不同日期同一时刻的压力对比，具体压力传感器某个月的压力值情况。

（5）报警功能：设定报警以及产生的报警查询。报警的提示有声音、弹出窗口两种方式。当采集的数据超出设定值后将产生报警。

（6）菜单配置：管理员能够为操作用户进行菜单的分配。

3.系统原理及构成

3.1 系统原理及构成

本系统以SCADA为核心、自控技术和无线网络系统相结合，构建一套一体化网络监控系统。

整个监测系统由水务监控中心、用水单位管井监测点、供水管网及小区总管管井监测点及远程管理部分组成，如图1所示。每个终端监测点都以智能RTU单元为核心，并通过各自的通信装置传送数据或指令。整个系统为网络化结构，软件系统采用B/S架构，方便管理部门远程管理。

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）即数据采集与监视控制系统，是建立在3C+S（Computer、Communication、Control、Sensor）基础上，主要构成如下：

（1）Computer（计算机）：总调度室配置微机系统一套，完成整个监测系统的数据采集、通信及系统运行状态的显示等功能，并对数据进行处理、显示、打印及存储。各分站点采用终端设备GPRS转发的下辖管井站点的压力、流量等监测数据。

（2）Communication（通讯）：终端设备具有数字量、模拟量以及RS-485通讯接口，方便现场信号的收集。在各个点之间（监控中心，管网压力流量监测点）使用GPRS无线通信网互连。数据通信部分完成数据中心、各站点之间的数据通信。数据中心管理系统为B/S架构，相关管理部门能够通过Internet随时进行远程浏览。

（3）Control（控制）：根据用户要求，通过专用软件对系统进行控制。

（4）Sensor（传感器）：主要采集测量压力、流量信号，同时可根据剩余水量发出提示或关断阀门。系统采用电池供电，当电量不足时发出报警。

通讯部分最采用先进的GPRS技术，主要有以下优点：

（1）永远在线：只要激活GPRS后，将永远保持在线，不存在掉线问题，类似于一种无线专线网络。

（2）高速传输：由于GPRS采取了先进的分组交换方式，数据传输最高理论值可达171.2kb/s。因此，本系统相当于在一条可移动的信息高速公路上传输数据。

（3）按量收费：GPRS按照本系统接收和发送的数据的数量来收取费用，没有数据流量的传递时，即使在线，也不收费。因此，它是一种科学合理的计费方式。

3.2 用水单位管井监测点配置及工作模式

每个用水单位管井监测点配置：压力传感器一套、电池供电电磁流量计一套、控制阀门一套、电池供电RUT智能模块一套。如图2所示。

工作模式：各个管井每5分钟（可设定）完成一次压力采集，每15分钟（可设定）完成一次流量读取，正常情况下每两小时（可设定）完成一次数据传输。各个管井可独立设定压力上下限报警值，每次完成压力采集后，系统自动存储压力数值，同时判断压力是否正常，如压力异常，马上向数据中心发送数据，提示该管井异常。用水单位预存水费后，系统将水费数值通过网络传输到相应管井控制单元，管井控制单元每次读取流量累计值后，自动计算剩余水量，当剩余水量小于下限值（可设定）时，向数据中心发送数据进行提示，如剩余水量为零时自动关闭控制阀门，直到充入新的水费，阀门自动打开。

3.3 供水管网及小区总管管井监测点配置及工作模式

每个供水管网及小区总管管井监测点配置：压力传感器一套、电池供电电磁流量计一套、电池供电RUT智能模块一套。如图3所示。

工作模式：各个管井每5分钟（可设定）完成一次压力采集，每15分钟（可设定）完成一次流量读取，正常情况下每两小时（可设定）完成一次数据传输。各个管井可独立设定压力上下限报警值，每次完成压力采集后，系统自动存储压力数值，同时判断压力是否正常，如压力异常，马上向数据中心发送数据，提示该管井异常。

3.4 RTU功能及参数

RTU（Remote Terminal Unit）即远程终端控制系统（H86A），是由信号输入/输出模块、微处理器、有线/无线通讯设备、电源等组成。RTU本身是由微处理器控制的，它能够根据主计算机系统的要求向计算机系统发送或接收信号。RTU支持网络系统，可以在正常执行其它任务的情况下充当网络节点，它通过自身软件系统可理想地实现中央监控与调度[1]。

系统采用中国移动GPRS通信平台，具有不受地理限制、稳定、可靠、成本低等优点。

设备外壳采用全密封防水设计，可适应野外露水和被水浸泡，符合IP68标准。

系统提供多种输入输出接口资源：

（1）6路12位模拟量采集，内阻250欧姆，标准4-20mA（1-5VDC）输入，也可在20mA范围内任意输入，量程和零点可任意设置。

（2）6路脉冲量/开关量输入，脉冲量与开关量输入通过软件设置。

（3）2个继电器（24VDC1A）形式的输出，通过短信远程设置可打开与关断继电器，也可设置成某个特定的报警量，报警时对该继电器进行动作。

（4）1个24VDC（I

（5）1个独立的RS232/485接口，可作设置参数和仪表数据直读用，如流量计数据直读（流量计必须提供标准RS232/485接口和读取数据的协议）。

4.结束语

本系统工作可靠，运行良好，能够及时发现和预测漏水事故的发生，最大限度地保障了自来水的正常运行，取得了良好的效果。

参考文献

[1]张晓东.RTU在城市自来水管网压力监测系统中的应用[J].国内外机电一体化技术，2003（1）：58-59.

作者简介：宿广汀（1964—），男，辽宁大连人，大连市机械工业职业技术学校高级讲师，高级工程师，主要从事电气设计及教学工作。