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     活動鏈接：2013年控制網(wǎng)技術(shù)專題---引領水工業(yè)智能化新時代 

    摘要：本文針對大部分城市已經(jīng)建立的供水監(jiān)控系統(tǒng)主要存在的問題，以力控實時數(shù)據(jù)pSpace為數(shù)據(jù)平臺、結(jié)合SCADA監(jiān)控軟件ForceControl建立了基于Web的B/S模式的供水監(jiān)控系統(tǒng)，以供水公司為工程節(jié)點建立一級管網(wǎng)監(jiān)控中心，各個自來水廠為監(jiān)控節(jié)點建立二級水廠監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了供水公司對各個水廠的集中管理和遠程監(jiān)控。

   關鍵詞：力控SCADA；軟件；RTU；ForceControl；實時數(shù)據(jù)庫pSpace； B/S 模式

   1 前言

   城市供水綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)一般包括供水總公司、水廠監(jiān)控站、水源井監(jiān)控站、水網(wǎng)加壓站等。自來水的生產(chǎn)過程通常是由地表水或者水源井取水送到水廠，在水廠經(jīng)過消毒、沉淀、過濾等過程后送入城市供水管網(wǎng)，提供給城市居民或者工業(yè)用戶等使用。自來水生產(chǎn)流程如圖1所示。 

   目前，許多城市的供水系統(tǒng)是以地下水為主要水源、多水廠處理的環(huán)狀管網(wǎng)的供水系統(tǒng)，并且存在多個獨立供水板塊，系統(tǒng)分布區(qū)域范圍大，供水公司的全局性管理和實時監(jiān)控相對困難。大部分城市已經(jīng)建立的供水監(jiān)控系統(tǒng)主要存在以下幾個問題： 

   (1)供水管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定、通訊方式落后、系統(tǒng)相對封閉、沒有建立有效的企業(yè)信息共享系統(tǒng)。大多數(shù)水廠的供水SCADA系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的相對獨立的C/S模式，遠程站點采用電臺傳遞供水管網(wǎng)的相關數(shù)據(jù)和指令，不利于供水公司的集中管理和優(yōu)化調(diào)度以及水廠之間的信息共享。

   (2)部分二級水廠的自來水生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的自動化程度較低， 水處理系統(tǒng)的可靠性較差，外輸供水采用落后的人工控制方式， 浪費了大量的人力和物力，而且導致管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定，供水公司無法及時瀏覽水廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

   (3)部分水廠的供水監(jiān)控系統(tǒng)的冗余性不高，操作模式過于單一，經(jīng)常由于一臺設備的故障，而導致整個水廠供水監(jiān)控系統(tǒng)的癱瘓，造成嚴重的經(jīng)濟損失。

   (4)系統(tǒng)依靠調(diào)度人員人工發(fā)出指令來實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度，浪費大量的人力物力，調(diào)度人員則完全依靠個人經(jīng)驗進行調(diào)度。因此， 當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，調(diào)度人員很難及時發(fā)現(xiàn)和處理。
  
                      
                            圖1 自來水生產(chǎn)工藝流程圖   

   2 系統(tǒng)需求

   針對現(xiàn)階段城市供水監(jiān)控系統(tǒng)的缺陷和問題，新一代的供水監(jiān)控系統(tǒng)必須具備以下條件： 

   (1)應建立基于Web的B/S模式的供水遠程監(jiān)控系統(tǒng)，將供水總公司作為工程節(jié)點，各個二級水廠作為監(jiān)控節(jié)點，實現(xiàn)供水公司對各個水廠的集中管理和遠程監(jiān)控。

   (2)遠程站點利用新的通訊方式GSM或GPRS，將供水管網(wǎng)的相關數(shù)據(jù)實時地傳輸?shù)焦┧镜囊患壉O(jiān)控中心。

   (3)將計算機SCADA遠程監(jiān)控系統(tǒng)融入各個水廠，建立高可靠性的水廠水處理控制系統(tǒng)，滿足各個水廠的生產(chǎn)需求，并且可以將生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時上傳到供水公司。

   (4)應具有優(yōu)化調(diào)度功能。根據(jù)管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)反饋的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，運用數(shù)學上的最優(yōu)化技術(shù)，確定各個水廠的最佳供水量。進而確定供水泵站內(nèi)最優(yōu)工作水泵臺數(shù)和組合，完成供水泵站的效率優(yōu)化，從而解決供水不均，耗電大等問題。

   3 力控供水監(jiān)控系統(tǒng)總體概述

   3.1 系統(tǒng)解決方案

   水廠監(jiān)控中心以力控ForceControl組態(tài)軟件作為監(jiān)控平臺， 采用無線GPRS方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，將實時數(shù)據(jù)上傳到二級監(jiān)控節(jié)點。各個水廠配備PLC（可編程控制器）作為硬件控制系統(tǒng)， 對包括取水、加藥、濾池、送水等流程進行控制，采集液位、壓力、流量、溫度、水質(zhì)以及水泵等相關實時數(shù)據(jù)，并通過光纜將數(shù)據(jù)上傳到公司調(diào)度中心。

   供水總公司調(diào)度管理中心以力控pSpace實時歷史數(shù)據(jù)庫作為系統(tǒng)平臺，匯總各個水廠上傳的數(shù)據(jù)。供水總公司與水廠分控中心之間通過ADSL撥號方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，該方式具備速度快、流量大、費用低、易于維護等特點。同時系統(tǒng)設有力控pSpace WEB服務器，遠程客戶可以通過認證方式訪問調(diào)度管理中心的數(shù)據(jù)。調(diào)度管理中心在保證安全、可靠、保質(zhì)、保量的滿足用戶用水要求的前提下，根據(jù)供水監(jiān)測系統(tǒng)采集的管網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，運用科學的預測手段確定用水量及分布情況，運用數(shù)學上的最優(yōu)化技術(shù)，從所有的各種調(diào)度方案中，確定一個使系統(tǒng)總運行費用最省，可靠性最高的優(yōu)化調(diào)度方案。

   3.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)（如圖2所示）
 
                       
                                  圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖    

   4水廠監(jiān)控中心建設

   水廠監(jiān)控中心系統(tǒng)軟件采用B/S結(jié)構(gòu)，通過GPRS以及光纜通信方式對水網(wǎng)監(jiān)測點、水源井監(jiān)測點以及水廠的現(xiàn)場儀表，電機的工作狀態(tài)與性能、水泵閥門開關量狀態(tài)及出水水質(zhì)指標的數(shù)據(jù)進行實時采集，為了保證生產(chǎn)過程的高可靠性，生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)采用盤裝儀表與計算機雙模顯示方式，各控制節(jié)點的控制任務由西門子PLC來完成。手動操作面板上設有面板/計算機控制轉(zhuǎn)換開關，系統(tǒng)有手動、計算機軟手動、自動三種控制方式，并且實現(xiàn)了不同操作方式之間的無擾動切換。系統(tǒng)通過實時監(jiān)控畫面對取水、混凝、沉淀、過濾、送水等整個供水管網(wǎng)實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控給用戶提供一個直觀、簡單的操作平臺。

   4.1 形象逼真的實時監(jiān)控界面

   集中顯示整個供水管網(wǎng)的重要參數(shù)（如瞬時流量、壓力、累計流量、報警狀態(tài)、通訊狀態(tài)），可按區(qū)域、地塊劃分用戶，能夠單獨顯示各個區(qū)域?qū)崟r數(shù)據(jù)，如圖3所示。

  4.1 形象逼真的實時監(jiān)控界面
集中顯示整個供水管網(wǎng)的重要參數(shù)（如瞬時流量、壓力、累計流量、報警狀態(tài)、通訊狀態(tài)），可按區(qū)域、地塊劃分用戶，能夠單獨顯示各個區(qū)域?qū)崟r數(shù)據(jù)，如圖3所示。
 
                     
                            圖3 監(jiān)控畫面   

  4.2 強大的數(shù)據(jù)報表、曲線查詢功能

   系統(tǒng)自動生成日報表、月報表及年報表，管理人員可通過趨勢、報表、歷史回放等手段了解水廠過去的狀況、分析未來的趨勢，如圖4所示。且可生成分時等特殊報表的功能。任意組合用戶測量趨勢、測量參數(shù)累計、故障時段等趨勢記錄通過打印機打印輸出。
 
                      
                             圖4 曲線   

   4.3 方便的報警/事件管理

   實時顯示并記錄就地流量測量系統(tǒng)的各種報警信息，如流量/壓力的超限、儀表工作電源不正常、水泵工作異常、通訊故障等報警信息。

   4.3 方便的報警/事件管理

   實時顯示并記錄就地流量測量系統(tǒng)的各種報警信息，如流量/壓力的超限、儀表工作電源不正常、水泵工作異常、通訊故障等報警信息。

   4.4 完備的安全保護機制

   力控提供了完備的安全保護機制，以保證生產(chǎn)過程的安全可靠，用戶管理具備多個級別，并可根據(jù)級別限制對重要工藝參數(shù)的修改，以有效避免生產(chǎn)過程中的誤操作。提供基于遠程的用戶管理，增加更多的用戶級別及安全區(qū)，管理所有用戶的遠程登陸信息。 

   5 供水調(diào)度管理中心建設

   為了合理用水，優(yōu)化水資源，同時還把現(xiàn)場信息和管理信息結(jié)合起來，供水調(diào)度管理中心以力控實時數(shù)據(jù)庫pSpace為數(shù)據(jù)平臺對采集的大量現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)進行分析和處理，建立一套全集成的、開放的、全廠綜合自動化的信息平臺，把企業(yè)的橫向通信(同一層不同節(jié)點的通信)和縱向通信(上、下層之間的通信)緊密聯(lián)系在一起，形成一個意義更廣泛的綜合管理系統(tǒng)。

   力控企業(yè)級實時數(shù)據(jù)庫 pSpace 是一個高性能、高吞吐能力、可靠性強、跨平臺的實時/歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。通過實時數(shù)據(jù)庫平臺的建設，實現(xiàn)供水高層次的決策和優(yōu)化調(diào)度的支持。

   專業(yè)的優(yōu)化調(diào)度數(shù)學模型：借助pSpace強大的數(shù)據(jù)處理、分析功能和其計算引擎針結(jié)合自來水公司運行特點，采用多種專業(yè)算法，在大量過程數(shù)據(jù)的基礎上建立用水量預測模型、管網(wǎng)的網(wǎng)絡分析模型等優(yōu)化調(diào)度數(shù)學模型。

   豐富的客戶端展示平臺：通過客戶端軟件ForceControl，管理人員可通過趨勢、報表、歷史回放等手段了解水廠過去的狀況、分析未來的趨勢。

   實時的報警與事件檢測平臺：將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為狀態(tài)，采用多種檢測方法實現(xiàn)復雜的報警事件檢測，在事故發(fā)生前及時預警，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定。 

   真正的企業(yè)信息門戶平臺：將多種數(shù)據(jù)集成后以門戶的形式向廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)行發(fā)布，用戶可從網(wǎng)頁實現(xiàn)瀏覽。以方便快捷的方式為企業(yè)用戶展示企業(yè)信息，了解供水公司的運行情況。

   6 結(jié)束語

   整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次分明，良好的擴展性和系統(tǒng)集成性為以后的系統(tǒng)擴展和接入提供了充裕的接口，“無縫”的接入方式非常便于現(xiàn)場人員操作。整個系統(tǒng)的投運實現(xiàn)了現(xiàn)場層、控制層、管理層的緊密結(jié)合，使得全市的供水系統(tǒng)全面進入信息化時代，實現(xiàn)了水資源的可持續(xù)利用。

   摘自《自動化博覽》2012年第十期