供水管网调度系统的设计

引言

目前供水公司对供水调度的主要依据是供水压力的高低和流量的大小。供水管网压力和流量的监测不仅能帮助调度人员实时掌握各个区域的供水情况，还能为及时发现爆管、停水等异常现象，减少漏水损失，保障供水安全。管网压力、流量历史数据的保存也为以后的月数据分析、年数据分析提供基础。因此管网压力、流量数据的采集和存储在供水调度中起到至关重要的作用。设计一个能帮助调度人员实时监测管网动态，帮助管理层决策的数据分析调度系统，是保障安全供水的迫切要求。

1、供水调度系统的功能需求

根据供水管网调度的要求，供水管网调度系统主要包含五大功能模块：数据采集、数据传输、数据画面展示、数据分析、数据。数据采集：主要是采集管网中需要监测的被测量，主要由管网压力、流量等。数据传输：将分散布置的各个管网点数据传回到总调度中心。数据画面展示：将传回的数据在画面上有效展示，帮助调度人员实时掌握管网动态。数据分析：将历史数据通过趋势图曲线或者其他方式直观展示天、月、年数据趋势变化。数据：将实时数据和历史数据到网上，便于管理人员进行查看，帮助其决策。

2、供水调度系统的具体建设

2.1整体系统构成

根据以上的功能分析，供水管网调度系统主要由供水管网调度中心（含系统主机、服务器）、N个管网PLC站点组成。管网调度中心设置在总公司调度室，管网PLC站点安装在管网监测点上，系统采用一对多的组网方式（1：N）。其中管网PLC站点是基础，主要是采集管网压力、流量等参数，然后通过GPRS网络或Internet网络传回数据到调度系统主机。系统主机进行数据处理（数据画面展示、曲线分析、网络、数据补传等），并将数据存储到服务器中。备机的作用主要是防止主机掉电、死机等特殊情况的数据丢失。

2.2管网PLC站点的设计

PLC站点主要实现的功能为：

模拟量/开关量输入（压力、流量、或者水泵、阀门的工作状态）；实时接收中心调度室的的命令（随机点测、定时巡测、补调数据等），将相应的数据（流量、压力、开关状态等）发送回中心调度室；定时存储数据：（30分钟或15分钟存一次，时间可调），定时将数据通过GPRS

传送至中心调度室。PLC站点主要由主机（PLC）、直流开关电源、GPRS模块、接线端子等几部分组成，其实际接线箱如图2所示。其中PLC选用的是西门子CPU224XP型号，本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展值至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点，还具有2个RS485通讯/编程口。在实际设计时，一个RS485口可以与GPRS模块通讯，另一个可以作为程序下载口或者流量信号（RS485输出）采集输入端。如果流量输出信号是脉冲输出，则可通过开关量接口输入；如果是4～20mA模拟信号，则通过模拟量接口接入。目前仅采集的是压力、流量模拟量数据，如果还想采集余氯、浊度等其他模拟量，则可通过扩展模拟量模块来接入。

2.2供水管网调度中心软件的设计

本软件系统的主要功能包括数据通信、数据存储和管理、曲线分析、报表打印、系统组态（画面展示）等功能，见图1。该软件系统可以完成管网压力、流量、水厂数据的数据采集和分析处理。

图1供水管网调度中心功能图

2.3WEB软件的设计

WEB软件系统采用进行开发，该最大的特点是和供水管网调度中心软件系统进行无缝的结合，供水管网调度中心软件系统定义的画面、报表都可以在WEB里面查看，供水管网调度中心软件系统的图形画面、报表定义改变后，直接进行，即可更新到WEB里面，系统维护非常简单；另外WEB显示采用动态局部刷新技术，背景图经过压缩，而且在数据更新时，只是数据显示的位置进行局部更新，画面背景不变，画面无抖动，实时性高。WEB软件仅进行数据显示，无控制功能，保证系统的安全性。

3、经济效益和社会效益

在该系统投入使用前，对相关管网压力状况是无法实时监测的，供水系统的运行是根据人工的经验来进行调度的，缺乏科学的手段和依据；本系统投入使用后，调度运行人员可以实时动态地掌握整个管网关键点的压力，动态调整水厂的机泵开机组合，在保障供水服务压力、及时发现供水事故、保障管网的安全运行等方面效果明显；另外，系统记录的历史数据，也是公司今后进行管网设计和分析的重要数据来源。该系统的建设不仅提高了供水效率，而且为管网改建扩建提供宝贵的依据。

4、结论及展望

该供水管网调度系统得到了很好的应用，为供水调度提供了科学技术手段。现在仅采集管网压力、流量数据，如果后期有余氯、浊度等水质参数需要采集，则可通过扩展模拟量模块接入，非常简单。系统五脏俱全，具有投入相对较少等优点，尤其针对分散的管网点，采用了GPRS通信方式，非常实用。当然，该系统也存在一些不足：（1）系统组态相对复杂，且功能少，画面不够美观。该调度中心软件是基于VB开发，不像Intouch或IFIX等专门的工控组态软件比较成熟，有专门的库图，并能通过简单脚本编写实现系统组态。（2）系统的兼容性相对较差，尤其对不同品牌的PLC的接入，需要开发专门的驱动程序。希望在功能丰富性、使用简单化及系统兼容性等方面有进一步的完善。

（作者单位：海口经济学院）