活動(dòng)鏈接：2013年控制網(wǎng)技術(shù)專(zhuān)題---引領(lǐng)水工業(yè)智能化新時(shí)代 

    摘要：本文針對大部分城市已經(jīng)建立的供水監控系統主要存在的問(wèn)題，以力控實(shí)時(shí)數據pSpace為數據平臺、結合SCADA監控軟件ForceControl建立了基于Web的B/S模式的供水監控系統，以供水公司為工程節點(diǎn)建立一級管網(wǎng)監控中心，各個(gè)自來(lái)水廠(chǎng)為監控節點(diǎn)建立二級水廠(chǎng)監控系統，實(shí)現了供水公司對各個(gè)水廠(chǎng)的集中管理和遠程監控。

   關(guān)鍵詞：力控SCADA；軟件；RTU；ForceControl；實(shí)時(shí)數據庫pSpace； B/S 模式

   1 前言

   城市供水綜合自動(dòng)化監控系統一般包括供水總公司、水廠(chǎng)監控站、水源井監控站、水網(wǎng)加壓站等。自來(lái)水的生產(chǎn)過(guò)程通常是由地表水或者水源井取水送到水廠(chǎng)，在水廠(chǎng)經(jīng)過(guò)消毒、沉淀、過(guò)濾等過(guò)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(hù)等使用。自來(lái)水生產(chǎn)流程如圖1所示。 

   目前，許多城市的供水系統是以地下水為主要水源、多水廠(chǎng)處理的環(huán)狀管網(wǎng)的供水系統，并且存在多個(gè)獨立供水板塊，系統分布區域范圍大，供水公司的全局性管理和實(shí)時(shí)監控相對困難。大部分城市已經(jīng)建立的供水監控系統主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題： 

   (1)供水管網(wǎng)壓力不穩定、通訊方式落后、系統相對封閉、沒(méi)有建立有效的企業(yè)信息共享系統。大多數水廠(chǎng)的供水SCADA系統采用傳統的相對獨立的C/S模式，遠程站點(diǎn)采用電臺傳遞供水管網(wǎng)的相關(guān)數據和指令，不利于供水公司的集中管理和優(yōu)化調度以及水廠(chǎng)之間的信息共享。

   (2)部分二級水廠(chǎng)的自來(lái)水生產(chǎn)監控系統的自動(dòng)化程度較低， 水處理系統的可靠性較差，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)壓力不穩定，供水公司無(wú)法及時(shí)瀏覽水廠(chǎng)的生產(chǎn)數據。

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

   (4)系統依靠調度人員人工發(fā)出指令來(lái)實(shí)現優(yōu)化調度，浪費大量的人力物力，調度人員則完全依靠個(gè)人經(jīng)驗進(jìn)行調度。因此， 當系統出現故障時(shí)，調度人員很難及時(shí)發(fā)現和處理。
  
                      
                            圖1 自來(lái)水生產(chǎn)工藝流程圖   

   2 系統需求

   針對現階段城市供水監控系統的缺陷和問(wèn)題，新一代的供水監控系統必須具備以下條件： 

   (1)應建立基于Web的B/S模式的供水遠程監控系統，將供水總公司作為工程節點(diǎn)，各個(gè)二級水廠(chǎng)作為監控節點(diǎn)，實(shí)現供水公司對各個(gè)水廠(chǎng)的集中管理和遠程監控。

   (2)遠程站點(diǎn)利用新的通訊方式GSM或GPRS，將供水管網(wǎng)的相關(guān)數據實(shí)時(shí)地傳輸到供水公司的一級監控中心。

   (3)將計算機SCADA遠程監控系統融入各個(gè)水廠(chǎng)，建立高可靠性的水廠(chǎng)水處理控制系統，滿(mǎn)足各個(gè)水廠(chǎng)的生產(chǎn)需求，并且可以將生產(chǎn)數據實(shí)時(shí)上傳到供水公司。

   (4)應具有優(yōu)化調度功能。根據管網(wǎng)監測系統反饋的運行狀態(tài)數據，運用數學(xué)上的最優(yōu)化技術(shù)，確定各個(gè)水廠(chǎng)的最佳供水量。進(jìn)而確定供水泵站內最優(yōu)工作水泵臺數和組合，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(wèn)題。

   3 力控供水監控系統總體概述

   3.1 系統解決方案

   水廠(chǎng)監控中心以力控ForceControl組態(tài)軟件作為監控平臺， 采用無(wú)線(xiàn)GPRS方式實(shí)現數據通信，將實(shí)時(shí)數據上傳到二級監控節點(diǎn)。各個(gè)水廠(chǎng)配備PLC（可編程控制器）作為硬件控制系統， 對包括取水、加藥、濾池、送水等流程進(jìn)行控制，采集液位、壓力、流量、溫度、水質(zhì)以及水泵等相關(guān)實(shí)時(shí)數據，并通過(guò)光纜將數據上傳到公司調度中心。

   供水總公司調度管理中心以力控pSpace實(shí)時(shí)歷史數據庫作為系統平臺，匯總各個(gè)水廠(chǎng)上傳的數據。供水總公司與水廠(chǎng)分控中心之間通過(guò)ADSL撥號方式實(shí)現數據交互，該方式具備速度快、流量大、費用低、易于維護等特點(diǎn)。同時(shí)系統設有力控pSpace WEB服務(wù)器，遠程客戶(hù)可以通過(guò)認證方式訪(fǎng)問(wèn)調度管理中心的數據。調度管理中心在保證安全、可靠、保質(zhì)、保量的滿(mǎn)足用戶(hù)用水要求的前提下，根據供水監測系統采集的管網(wǎng)運行數據，運用科學(xué)的預測手段確定用水量及分布情況，運用數學(xué)上的最優(yōu)化技術(shù)，從所有的各種調度方案中，確定一個(gè)使系統總運行費用最省，可靠性最高的優(yōu)化調度方案。

   3.2 系統網(wǎng)絡(luò )結構（如圖2所示）
 
                       
                                  圖2 系統架構圖    

   4水廠(chǎng)監控中心建設

   水廠(chǎng)監控中心系統軟件采用B/S結構，通過(guò)GPRS以及光纜通信方式對水網(wǎng)監測點(diǎn)、水源井監測點(diǎn)以及水廠(chǎng)的現場(chǎng)儀表，電機的工作狀態(tài)與性能、水泵閥門(mén)開(kāi)關(guān)量狀態(tài)及出水水質(zhì)指標的數據進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，為了保證生產(chǎn)過(guò)程的高可靠性，生產(chǎn)數據監測系統采用盤(pán)裝儀表與計算機雙模顯示方式，各控制節點(diǎn)的控制任務(wù)由西門(mén)子PLC來(lái)完成。手動(dòng)操作面板上設有面板/計算機控制轉換開(kāi)關(guān)，系統有手動(dòng)、計算機軟手動(dòng)、自動(dòng)三種控制方式，并且實(shí)現了不同操作方式之間的無(wú)擾動(dòng)切換。系統通過(guò)實(shí)時(shí)監控畫(huà)面對取水、混凝、沉淀、過(guò)濾、送水等整個(gè)供水管網(wǎng)實(shí)現統一監控給用戶(hù)提供一個(gè)直觀(guān)、簡(jiǎn)單的操作平臺。

   4.1 形象逼真的實(shí)時(shí)監控界面

   集中顯示整個(gè)供水管網(wǎng)的重要參數（如瞬時(shí)流量、壓力、累計流量、報警狀態(tài)、通訊狀態(tài)），可按區域、地塊劃分用戶(hù)，能夠單獨顯示各個(gè)區域實(shí)時(shí)數據，如圖3所示。

  4.1 形象逼真的實(shí)時(shí)監控界面
集中顯示整個(gè)供水管網(wǎng)的重要參數（如瞬時(shí)流量、壓力、累計流量、報警狀態(tài)、通訊狀態(tài)），可按區域、地塊劃分用戶(hù)，能夠單獨顯示各個(gè)區域實(shí)時(shí)數據，如圖3所示。
 
                     
                            圖3 監控畫(huà)面   

  4.2 強大的數據報表、曲線(xiàn)查詢(xún)功能

   系統自動(dòng)生成日報表、月報表及年報表，管理人員可通過(guò)趨勢、報表、歷史回放等手段了解水廠(chǎng)過(guò)去的狀況、分析未來(lái)的趨勢，如圖4所示。且可生成分時(shí)等特殊報表的功能。任意組合用戶(hù)測量趨勢、測量參數累計、故障時(shí)段等趨勢記錄通過(guò)打印機打印輸出。
 
                      
                             圖4 曲線(xiàn)   

   4.3 方便的報警/事件管理

   實(shí)時(shí)顯示并記錄就地流量測量系統的各種報警信息，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(shí)時(shí)顯示并記錄就地流量測量系統的各種報警信息，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(guò)程的安全可靠，用戶(hù)管理具備多個(gè)級別，并可根據級別限制對重要工藝參數的修改，以有效避免生產(chǎn)過(guò)程中的誤操作。提供基于遠程的用戶(hù)管理，增加更多的用戶(hù)級別及安全區，管理所有用戶(hù)的遠程登陸信息。 

   5 供水調度管理中心建設

   為了合理用水，優(yōu)化水資源，同時(shí)還把現場(chǎng)信息和管理信息結合起來(lái)，供水調度管理中心以力控實(shí)時(shí)數據庫pSpace為數據平臺對采集的大量現場(chǎng)實(shí)時(shí)數據進(jìn)行分析和處理，建立一套全集成的、開(kāi)放的、全廠(chǎng)綜合自動(dòng)化的信息平臺，把企業(yè)的橫向通信(同一層不同節點(diǎn)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(gè)意義更廣泛的綜合管理系統。

   力控企業(yè)級實(shí)時(shí)數據庫 pSpace 是一個(gè)高性能、高吞吐能力、可靠性強、跨平臺的實(shí)時(shí)/歷史數據庫系統。通過(guò)實(shí)時(shí)數據庫平臺的建設，實(shí)現供水高層次的決策和優(yōu)化調度的支持。

   專(zhuān)業(yè)的優(yōu)化調度數學(xué)模型：借助pSpace強大的數據處理、分析功能和其計算引擎針結合自來(lái)水公司運行特點(diǎn)，采用多種專(zhuān)業(yè)算法，在大量過(guò)程數據的基礎上建立用水量預測模型、管網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )分析模型等優(yōu)化調度數學(xué)模型。

   豐富的客戶(hù)端展示平臺：通過(guò)客戶(hù)端軟件ForceControl，管理人員可通過(guò)趨勢、報表、歷史回放等手段了解水廠(chǎng)過(guò)去的狀況、分析未來(lái)的趨勢。

   實(shí)時(shí)的報警與事件檢測平臺：將數據轉換為狀態(tài)，采用多種檢測方法實(shí)現復雜的報警事件檢測，在事故發(fā)生前及時(shí)預警，確保系統安全穩定。 

   真正的企業(yè)信息門(mén)戶(hù)平臺：將多種數據集成后以門(mén)戶(hù)的形式向廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)行發(fā)布，用戶(hù)可從網(wǎng)頁(yè)實(shí)現瀏覽。以方便快捷的方式為企業(yè)用戶(hù)展示企業(yè)信息，了解供水公司的運行情況。

   6 結束語(yǔ)

   整個(gè)系統結構層次分明，良好的擴展性和系統集成性為以后的系統擴展和接入提供了充裕的接口，“無(wú)縫”的接入方式非常便于現場(chǎng)人員操作。整個(gè)系統的投運實(shí)現了現場(chǎng)層、控制層、管理層的緊密結合，使得全市的供水系統全面進(jìn)入信息化時(shí)代，實(shí)現了水資源的可持續利用。

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第十期