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

    摘要：本文針對(duì)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(wèn)題，以力控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)pSpace為數(shù)據(jù)平臺(tái)、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(diǎn)建立一級(jí)管網(wǎng)監(jiān)控中心，各個(gè)自來(lái)水廠為監(jiān)控節(jié)點(diǎn)建立二級(jí)水廠監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了供水公司對(duì)各個(gè)水廠的集中管理和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

   關(guān)鍵詞：力控SCADA；軟件；RTU；ForceControl；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)pSpace； B/S 模式

   1 前言

   城市供水綜合自動(dòng)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(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，在水廠經(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(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(gè)獨(dú)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(shí)時(shí)監(jiān)控相對(duì)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(gè)問(wèn)題： 

   (1)供水管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定、通訊方式落后、系統(tǒng)相對(duì)封閉、沒(méi)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(duì)獨(dú)立的C/S模式，遠(yuǎn)程站點(diǎn)采用電臺(tái)傳遞供水管網(wǎng)的相關(guān)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(jí)水廠的自來(lái)水生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)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(fèi)了大量的人力和物力，而且導(dǎo)致管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定，供水公司無(wú)法及時(shí)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(guò)于單一，經(jīng)常由于一臺(tái)設(shè)備的故障，而導(dǎo)致整個(gè)水廠供水監(jiān)控系統(tǒng)的癱瘓，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

   (4)系統(tǒng)依靠調(diào)度人員人工發(fā)出指令來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度，浪費(fèi)大量的人力物力，調(diào)度人員則完全依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)度。因此， 當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，調(diào)度人員很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理。
  
                      
                            圖1 自來(lái)水生產(chǎn)工藝流程圖   

   2 系統(tǒng)需求

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

   (1)應(yīng)建立基于Web的B/S模式的供水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，將供水總公司作為工程節(jié)點(diǎn)，各個(gè)二級(jí)水廠作為監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)供水公司對(duì)各個(gè)水廠的集中管理和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

   (2)遠(yuǎn)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(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳輸?shù)焦┧镜囊患?jí)監(jiān)控中心。

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

   (4)應(yīng)具有優(yōu)化調(diào)度功能。根據(jù)管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)反饋的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)學(xué)上的最優(yōu)化技術(shù)，確定各個(gè)水廠的最佳供水量。進(jìn)而確定供水泵站內(nèi)最優(yōu)工作水泵臺(tái)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(wèn)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(tái)， 采用無(wú)線GPRS方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳到二級(jí)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)。各個(gè)水廠配備PLC（可編程控制器）作為硬件控制系統(tǒng)， 對(duì)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(shù)據(jù)，并通過(guò)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(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)作為系統(tǒng)平臺(tái)，匯總各個(gè)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(guò)ADSL撥號(hào)方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，該方式具備速度快、流量大、費(fèi)用低、易于維護(hù)等特點(diǎn)。同時(shí)系統(tǒng)設(shè)有力控pSpace WEB服務(wù)器，遠(yuǎn)程客戶可以通過(guò)認(rèn)證方式訪問(wèn)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(cè)系統(tǒng)采集的管網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，運(yùn)用科學(xué)的預(yù)測(cè)手段確定用水量及分布情況，運(yùn)用數(shù)學(xué)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(gè)使系統(tǒng)總運(yùn)行費(fèi)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(luò)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(shè)

   水廠監(jiān)控中心系統(tǒng)軟件采用B/S結(jié)構(gòu)，通過(guò)GPRS以及光纜通信方式對(duì)水網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、水源井監(jiān)測(cè)點(diǎn)以及水廠的現(xiàn)場(chǎng)儀表，電機(jī)的工作狀態(tài)與性能、水泵閥門開(kāi)關(guān)量狀態(tài)及出水水質(zhì)指標(biāo)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用盤裝儀表與計(jì)算機(jī)雙模顯示方式，各控制節(jié)點(diǎn)的控制任務(wù)由西門子PLC來(lái)完成。手動(dòng)操作面板上設(shè)有面板/計(jì)算機(jī)控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)有手動(dòng)、計(jì)算機(jī)軟手動(dòng)、自動(dòng)三種控制方式，并且實(shí)現(xiàn)了不同操作方式之間的無(wú)擾動(dòng)切換。系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面對(duì)取水、混凝、沉淀、過(guò)濾、送水等整個(gè)供水管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控給用戶提供一個(gè)直觀、簡(jiǎn)單的操作平臺(tái)。

   4.1 形象逼真的實(shí)時(shí)監(jiān)控界面

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

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

  4.2 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)報(bào)表、曲線查詢功能

   系統(tǒng)自動(dòng)生成日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表及年報(bào)表，管理人員可通過(guò)趨勢(shì)、報(bào)表、歷史回放等手段了解水廠過(guò)去的狀況、分析未來(lái)的趨勢(shì)，如圖4所示。且可生成分時(shí)等特殊報(bào)表的功能。任意組合用戶測(cè)量趨勢(shì)、測(cè)量參數(shù)累計(jì)、故障時(shí)段等趨勢(shì)記錄通過(guò)打印機(jī)打印輸出。
 
                      
                             圖4 曲線   

   4.3 方便的報(bào)警/事件管理

   實(shí)時(shí)顯示并記錄就地流量測(cè)量系統(tǒng)的各種報(bào)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(bào)警信息。

   4.3 方便的報(bào)警/事件管理

   實(shí)時(shí)顯示并記錄就地流量測(cè)量系統(tǒng)的各種報(bào)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(bào)警信息。

   4.4 完備的安全保護(hù)機(jī)制

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

   5 供水調(diào)度管理中心建設(shè)

   為了合理用水，優(yōu)化水資源，同時(shí)還把現(xiàn)場(chǎng)信息和管理信息結(jié)合起來(lái)，供水調(diào)度管理中心以力控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)pSpace為數(shù)據(jù)平臺(tái)對(duì)采集的大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，建立一套全集成的、開(kāi)放的、全廠綜合自動(dòng)化的信息平臺(tái)，把企業(yè)的橫向通信(同一層不同節(jié)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(tǒng)。

   力控企業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) pSpace 是一個(gè)高性能、高吞吐能力、可靠性強(qiáng)、跨平臺(tái)的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的建設(shè)，實(shí)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(xué)模型：借助pSpace強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、分析功能和其計(jì)算引擎針結(jié)合自來(lái)水公司運(yùn)行特點(diǎn)，采用多種專業(yè)算法，在大量過(guò)程數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立用水量預(yù)測(cè)模型、管網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)分析模型等優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型。

   豐富的客戶端展示平臺(tái)：通過(guò)客戶端軟件ForceControl，管理人員可通過(guò)趨勢(shì)、報(bào)表、歷史回放等手段了解水廠過(guò)去的狀況、分析未來(lái)的趨勢(shì)。

   實(shí)時(shí)的報(bào)警與事件檢測(cè)平臺(tái)：將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為狀態(tài)，采用多種檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的報(bào)警事件檢測(cè)，在事故發(fā)生前及時(shí)預(yù)警，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定。 

   真正的企業(yè)信息門戶平臺(tái)：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(yè)實(shí)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(yùn)行情況。

   6 結(jié)束語(yǔ)

   整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次分明，良好的擴(kuò)展性和系統(tǒng)集成性為以后的系統(tǒng)擴(kuò)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(xiàn)場(chǎng)人員操作。整個(gè)系統(tǒng)的投運(yùn)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)入信息化時(shí)代，實(shí)現(xiàn)了水資源的可持續(xù)利用。

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第十期