張 成 姚萬業(yè)

（華北電力大學 河北 保定 071000）

我國加入世貿(mào)組織以后， 各方面都強調(diào)加快與國際接軌。 隨著科學技術的高速發(fā)展， 世界發(fā)達國家城市供水的現(xiàn)代化建設已相當普遍，在水資源保護的規(guī)劃和措施、水廠各項處理程序的自動化操作和控制、輸配水系統(tǒng)的信息化管理等方面都值得我們借鑒。 現(xiàn)代化要求我們發(fā)展新思路、新觀念，開發(fā)、采用新技術、 新設備，實現(xiàn)降低成本、提高效率和管理水平的目標。

1 供水自動化遠程監(jiān)控系統(tǒng)的總體設計

1.1 系統(tǒng)設計的主要功能分析

1.1.1 供水管網(wǎng)壓力數(shù)據(jù)在線監(jiān)測系統(tǒng)

必須于城市供水管網(wǎng)中配置合適數(shù)量的壓力測點，這樣是為了使壓力監(jiān)測點能夠較為整體地表現(xiàn)出管網(wǎng)內(nèi)、外部擾動所造成的壓力或者流量波動，還能準確及時的掌握實時狀態(tài)。 此外，條件好的企業(yè)能夠在城市里不同供水區(qū)的代表點提高測量流量、余氛、濁度的測點，這就可以反映出網(wǎng)絡中的供水量和水質(zhì)。 通過監(jiān)測長期的數(shù)據(jù)，掌握供水區(qū)的需水量隨各個不同因素所產(chǎn)生的變化，為供水自動化進行合理的調(diào)度供給所需的數(shù)據(jù)。 在測壓點上的測量方面，我們可以運用類型各異的控制設備執(zhí)行現(xiàn)場的數(shù)據(jù)收集，遠程發(fā)送到調(diào)度中心進行集中化的管理，還能在網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡終端上實時的顯示。

1.1.2 分站的監(jiān)測

為了實現(xiàn)廠級調(diào)度，必須在管網(wǎng)中的各個節(jié)點搭建成廠內(nèi)計算機網(wǎng)絡在線監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)測分站系統(tǒng)的主要任務是：各種數(shù)據(jù)的實時采集，且由例如PLC 之類的設備變換而成的數(shù)據(jù)上傳給上位機；計算機網(wǎng)絡終端對這些數(shù)據(jù)執(zhí)行分析與處理，構(gòu)成與之相應的實時狀態(tài)圖表，給出相關的報告；對參數(shù)執(zhí)行整合與分析，進而產(chǎn)生相關的趨勢圖和報表。 與此同時，調(diào)度中心還會收到實時的發(fā)送信號。

1.1.3 實現(xiàn)地理信息系統(tǒng)

城市地形圖作為供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的背景，由供水管網(wǎng)的相關數(shù)據(jù)為主，并且運用相關的計算機、網(wǎng)絡、管理等等技術， 生產(chǎn)出符合實際水平的供水管網(wǎng)在線管理系統(tǒng)，動態(tài)管理管網(wǎng)基礎情況。 供給網(wǎng)絡及其主要數(shù)據(jù)的搜索、合計還有相關的管理功能；管網(wǎng)分析也可以實現(xiàn)，包括事故的關閥處理，大火產(chǎn)生時消防栓的查詢等；通過和調(diào)度系統(tǒng)的接口，管理測壓點、流量計的壓力、流量等實時數(shù)據(jù)。 為供水系統(tǒng)管網(wǎng)模型供給依據(jù)，進而全面管理管網(wǎng)的各項參數(shù)。

1.2 系統(tǒng)的總體設計

從水廠的調(diào)度情況出發(fā)，進而引出城市管網(wǎng)的調(diào)度。 水廠的工藝特點是各工藝單元既相對獨立，同時各單元之間又存在一定的聯(lián)系。 正因為各工藝單元相對獨立，通常將整個供水監(jiān)控系統(tǒng)按工藝特點劃分成幾個相互聯(lián)系的控制單元。

中央控制室：通過各種接口與各工藝單元相聯(lián)，對整個系統(tǒng)進行監(jiān)控和調(diào)度。

配電控制：對高壓及低壓配電系統(tǒng)進行監(jiān)控。

取水控制：取水泵、真空泵、潛污泵及軸流風機等進行監(jiān)控。

送水控制：對送水泵、潛污泵等進行監(jiān)控。

沉淀控制：對快開排泥閥、刮泥機進行監(jiān)控。

過濾控制：對反沖洗公共部分（反沖洗泵、鼓風機、干燥機及相關閥門）進行監(jiān)控。

濾池控制：根據(jù)單格濾池數(shù)量進行配置，每格濾池一個，對單個濾池設備進行監(jiān)控。

管網(wǎng)監(jiān)控終端：對分布于城市內(nèi)的各監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測。

在城市管網(wǎng)調(diào)度中，總調(diào)度下轄m 個分調(diào)度和n 個壓力監(jiān)測點，處于系統(tǒng)的最高層。 它根據(jù)供水管網(wǎng)的壓力和各個分調(diào)度提供的供水參數(shù)和設備運行情況進行綜合調(diào)度。 分調(diào)度一般地對應一個水廠或一組相對獨立的供水設備，負責對其下轄的供水設備的監(jiān)控和各種供水參數(shù)(壓力、 流量、水位、余氯等)的監(jiān)測；向總調(diào)度提供設備運行狀態(tài)和供水參數(shù)；執(zhí)行總調(diào)度下達的指令。

1.3 系統(tǒng)軟件平臺

基于穩(wěn)定性等多方面的考慮， 本系統(tǒng)采用Windows XP系統(tǒng)作為軟件平臺的操作系統(tǒng)。 當前國際流行的大型數(shù)據(jù)庫，主要有SQL Server 2000，Oracle9i，Sybase 等。 本項目選用SQL Server 2000 數(shù)據(jù)庫開發(fā)平臺建立的MS SQL 數(shù)據(jù)服務器。

1.4 系統(tǒng)硬件平臺需求分析

1.4.1 監(jiān)視機。 監(jiān)視機的主要用途為，對建筑物內(nèi)重要部位的事態(tài)、人流等動態(tài)狀況進行監(jiān)視、控制，以便對各種異常情況進行實時取證、復核，并實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)視和遠程控制傳輸圖像信息功能。

1.4.2 大屏幕顯示設備。 在本系統(tǒng)中選用壁掛式大屏幕顯示器，主要用于調(diào)度室和監(jiān)控室的畫面顯示。

1.4.3 后備電源。 對于調(diào)度中心來講，需要實時監(jiān)控現(xiàn)場的情況，所以后備電源是十分必要的，以防止突發(fā)的情況。

2 供水自動化遠程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡組建

數(shù)據(jù)中心采用GPRS 內(nèi)網(wǎng)APN 專線方式進行連接(固定IP 地址)， 由一根2M 的APN 專線直接與移動運營商后臺企業(yè)網(wǎng)接入服務器連接；遠程采集端GPRS DTU 也使用該APN的SIM 卡。 整個網(wǎng)絡組網(wǎng)采用“自動站—數(shù)據(jù)中心—應用”結(jié)構(gòu)方式對全網(wǎng)各個自動氣象站的數(shù)據(jù)統(tǒng)一收集，自動氣象站直接與數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生對話。 這樣的組網(wǎng)方式減少了中間環(huán)節(jié)的設備開支，即可提高數(shù)據(jù)傳輸速度，又可以提高管理的統(tǒng)一性，也可以提高了應用端的靈活性，可以不斷的擴展應用端的功能。

2.1 中心數(shù)據(jù)

在信息中心的機房內(nèi)，中心數(shù)據(jù)就搭建于此。 接入的移動公司網(wǎng)絡是由一個2 兆速率的專線接入的，廣域連接是由二者的路由設備構(gòu)成的。 為了躲避數(shù)據(jù)泄漏于過程中，兩個站之間采用了點對點的加密方式。 防火墻方式隔離二者之間，而且在它里面進行端口和IP 地址過濾，以此來檢測通路的有效。

2.2 遠程采集端

遠程采集端即自動氣象站， 通信設備采用GPRS DTU，SIM 卡綁定APN 參數(shù)，GPRS DTU 設置GPRS/SMS 主備通道，主備通道自動切換，以GPRS 為主通道，當主通道不暢通，則自動切換至SMS(即短信)備用通道，任務結(jié)束后切回主通道。

2.3 數(shù)據(jù)中心與遠程采集端的會話

遠程采集端的GPRS DTU 工作時根據(jù)預先設置其內(nèi)的服務端IP 地址主動訪問數(shù)據(jù)中心專線路由器，通過安全性審核后和數(shù)據(jù)中心服務器平臺建立TCP/IP 鏈路，遠程采集端可以進行與數(shù)據(jù)中心服務器平臺的會話，服務器平臺經(jīng)過鏈路合法性驗證后才給予回復；服務器平臺向某個遠程采集端提出數(shù)據(jù)請求時，根據(jù)GPRS DTU ID 尋找對應的鏈路，將命令下發(fā)至遠程采集端，遠程采集端響應后返回數(shù)據(jù)，即完成一個應答式的通訊流程。

3 供水遠程監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)實現(xiàn)

3.1 網(wǎng)絡自動化信息化的層次模型

自動化和信息化是如今許多產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標。 現(xiàn)在，許多企業(yè)的管理和組織模式正在朝著“層次化”的目標開展，進而形成一種新的層次模型。

3.1.1 設備層面。 設備的種類相當復雜是這個層面的一大特點，有驅(qū)動部件、傳感部件、I/O 設備、變送設備、電磁閥等等。開放性要求滿足設備層面的種種需求，公認標準廣泛的被認同，這樣一來標準化就可以被滿足，以便能夠用具有一樣功能的另外部件替換不同商家的設備，并且設備的功能不會受到限制，集成度也不會被削弱。

3.1.2 自動化層面。 控制網(wǎng)絡化實現(xiàn)與這個自動化層面，開放的協(xié)議體系與體系同時也會被遵守。 一定要方便地接入具有開放性的標準部件，以便讓來自多種商家的部件間通訊容易，其功能也可以在不一樣的環(huán)境里達成，及和上個層面（信息層面)相互通訊。

3.1.3 信息化層面。 協(xié)議TCP/IP 被這個層面所遵循，由于其擁有很強的開放性，有力地支撐了實時的控制。 生產(chǎn)現(xiàn)場被控制過程所指向，這個信息化層面必須要求它擁有較高的實時性、優(yōu)良的時間一定性、強大的容錯性、可靠的安全性、實用而又簡易的發(fā)散網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡協(xié)議等特點。

3.2 系統(tǒng)的硬件拓撲結(jié)構(gòu)

三層的C/S 體系被本遠程監(jiān)控系統(tǒng)所采用。 以傳感設備將監(jiān)測到的現(xiàn)場生產(chǎn)中的各種在線數(shù)據(jù)通過DataSocket 服務器上傳到網(wǎng)上；所以，用戶們就可以在終端設備的網(wǎng)絡計算機顯示器里就能夠看到現(xiàn)場生產(chǎn)的信息工況。 這樣的模式結(jié)構(gòu)亦能夠讓它同時連接其他客戶并且下載在線數(shù)據(jù)。 以下的若干環(huán)節(jié)組成了這個系統(tǒng)：

3.2.1 可以給因特網(wǎng)供給服務方面信息的應用服務器，也就是服務器DataSocket。

3.2.2 和生產(chǎn)過程聯(lián)系緊密的監(jiān)視網(wǎng)絡計算機。

3.2.3 客戶端網(wǎng)絡設備和相關的軟件。

3.2.4 因特網(wǎng)與DateSocket 之間的代理/防火墻服務器，進而使得網(wǎng)絡控制的安全性能得到保障。

一般情況下， 建立在C/S 模式的遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以劃分為以客戶子系統(tǒng)、現(xiàn)場子系統(tǒng)、中間層子系統(tǒng)。 請求的信息被客戶子系統(tǒng)發(fā)出，接受由以下中間層子系統(tǒng)處理完畢并且發(fā)送的數(shù)據(jù)； 現(xiàn)場子系統(tǒng)可以接收中間層子系統(tǒng)發(fā)送的指令，并對這條指令驗證、解析，隨后產(chǎn)生相應的控制動作；此外，它還可以收集各個不同現(xiàn)場的控制節(jié)點的運營數(shù)據(jù)，通過預處理、匯總后反饋給中間層子系統(tǒng)；中間層子系統(tǒng)可以看作是一個中間系統(tǒng)，通常情況下由數(shù)據(jù)庫服務器和應用服務器組成。 客戶與現(xiàn)場子系統(tǒng)進行交互就靠它來負責。

3.3 采集現(xiàn)場的數(shù)據(jù)

在國內(nèi)的供水管網(wǎng)里，絕大多數(shù)的終端設備還有著串行通訊不流暢、速度不快、抗擾性能不佳、通訊聯(lián)系的長度被限、運作方式固定和較為保守的缺點[36]。 原來人值守站的RTU 自動化程度很低，工作強度很大，相關數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收也受到很大程度上的限制。 鑒于此，在計算機技術和過程控制自動化技術相結(jié)合的情況下，非常有必要并且也會很容易的開發(fā)出數(shù)據(jù)的傳輸、接收以及其相關流程的功能于一個整體的RTU 現(xiàn)場自動化監(jiān)視系統(tǒng)。 這樣，工作人員便能夠在一個監(jiān)控室內(nèi)，對現(xiàn)場的工作情況進行監(jiān)視與控制，這就會同時節(jié)約許多的人員配備，工作效率也會被提高。 此外，分布在管網(wǎng)中的測壓點、測流點應具有一定的代表性。

這樣，我們就可以總結(jié)出遠程檢測在RTU 運行情況下的主要任務：

（1）把RTU 與其他設備隔離，運用自動的切換設備，把設備柜里的RTU 部件一步步切換，并且連結(jié)到RTU 設備上，這樣便使其能夠校驗虛負荷自動比對。 當然，不隔離RTU 設備也是可以的， 通過自動化裝置切換把RTU 的二次測量數(shù)據(jù)串聯(lián)或者并聯(lián)的連到RTU 設備中校驗實負荷自動比對。

（2）數(shù)據(jù)庫中存入比對結(jié)果，原始記錄和檢查結(jié)果同時也顯示生成。

（3）通訊過程也可能產(chǎn)生不夠流暢，有些許障礙的情況，這就急需現(xiàn)場測試工作者測試，數(shù)據(jù)接口也會被提供，這能夠?qū)F(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)還有監(jiān)測報告上傳于主機的系統(tǒng)。

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