【摘 要】隨著二次供水改造的持續(xù)和深入，對設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)視的要求也越來越高，上水市南公司要求泵站管理所和公司計(jì)算機(jī)室內(nèi)部共同開發(fā)一套符合二次供水需要的遠(yuǎn)程無線監(jiān)視系統(tǒng)，對小區(qū)泵房水質(zhì)和工藝信號的采集、傳輸和接收，通過無線傳輸方式聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)小區(qū)泵房的無線遠(yuǎn)程監(jiān)視，并探索在此基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)集成和優(yōu)化。

【關(guān)鍵詞】二次供水 GPRS傳輸 遠(yuǎn)程監(jiān)視 優(yōu)化

一、改造原則

本方案主要針對二次供水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行改造建設(shè)。需監(jiān)測并傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要包括泵組出口壓力（市政供水壓力）、水箱和水池水位、水質(zhì)參數(shù)（濁度、余氯）、水泵運(yùn)行狀況（運(yùn)行、停止、故障）等。

本方案原則：力求保證現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行情況不發(fā)生根本變化，仍然保留原泵房的自動運(yùn)行方式。對現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，同時(shí)增加相關(guān)儀表達(dá)到對水位、水質(zhì)、水壓的監(jiān)測功能。另外，方案重點(diǎn)最大限度保證對原泵房進(jìn)行改造時(shí)項(xiàng)目不重復(fù)投資。

該項(xiàng)目開發(fā)將具備三重意義：（一）為小區(qū)泵站的無人運(yùn)行提供試驗(yàn)平臺，對數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)發(fā)布進(jìn)行試驗(yàn)，做到小區(qū)供水的遠(yuǎn)程監(jiān)視，增加水箱水位監(jiān)測，為小區(qū)水箱進(jìn)水科學(xué)管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，從而體現(xiàn)專業(yè)公司專業(yè)化管理的優(yōu)勢；（二）進(jìn)一步拓展二次供水泵房無人值守和遠(yuǎn)程監(jiān)視的范圍，將科學(xué)技術(shù)與日常生產(chǎn)管理有機(jī)結(jié)合，確保數(shù)據(jù)監(jiān)視和數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩€(wěn)定；（三）為以后其他系統(tǒng)的搭建提供平臺。

二、二次供水小區(qū)現(xiàn)場情況

（一）小區(qū)情況

上海某小區(qū)總面積466124 m2，占地面積323591m2，公寓29幢，別墅25幢，有住戶1520戶左右。

該小區(qū)有6個(gè)泵房，分別為1#2#3#泵房，1#30#43#高層各有一個(gè)獨(dú)立泵房，共計(jì)6個(gè)，6個(gè)泵房各有2個(gè)水箱，另外有6幢高層各有1只水箱，共計(jì)18只水箱。其中別墅房為管網(wǎng)直接供水。

本次改造的重點(diǎn)對象為2#泵房。

（二）#泵房：供水31#-42#多層，在泵房出水處安裝了HACH 1720E濁度儀，有給水泵三臺，給水泵由壓力控制，帶變頻，變頻器為ABB ACS401001132，水位信號經(jīng)過二次儀表，帶水箱水位報(bào)警。

（三）現(xiàn)場機(jī)組情況：現(xiàn)場為三臺可用機(jī)組，控制柜中預(yù)留1臺機(jī)組控制系統(tǒng)，預(yù)留控制系統(tǒng)編號為1#機(jī)組，三臺可用的機(jī)組為2#、3#和4#機(jī)組，詳見現(xiàn)場控制線圖。

（四）變頻運(yùn)行情況：從現(xiàn)場控制接線和圖紙分析，其中2#機(jī)組可實(shí)現(xiàn)變頻控制，變頻程序已經(jīng)集成在就地的ABB變頻器內(nèi)。其他二臺機(jī)組則全為工頻運(yùn)行，1#機(jī)組的預(yù)留則可實(shí)現(xiàn)變頻控制。

（五）信號測量：現(xiàn)場可測量信號為總電流、變頻電流、出水總管壓力、濁度信號。增加的信號有余氯儀、水池液位儀。

（六）控制流程：原控制流程分為手動和自動兩種模式，目前應(yīng)用在自動模式上，主要流程為：

從目前的運(yùn)行情況來看，2#變頻泵單臺運(yùn)行頻率在30-45HZ已經(jīng)可以滿足要求。同時(shí)從現(xiàn)場運(yùn)行情況看，目前壓力判斷儀表故障，導(dǎo)致3#、4#泵開關(guān)長時(shí)間帶電，現(xiàn)場已經(jīng)將3#4#機(jī)組電源分掉，來避免3#4#機(jī)組運(yùn)行，造成壓力過高。

（七）現(xiàn)場管道情況：

管道如圖：

三、二次供水小區(qū)改造后情況：

（一）現(xiàn)場系統(tǒng)說明：（系統(tǒng)圖詳見控制系統(tǒng)圖）

現(xiàn)場將布置PLC1套實(shí)現(xiàn)對信號的采集和設(shè)備控制，現(xiàn)場工控機(jī)實(shí)現(xiàn)對就地?cái)?shù)據(jù)的存儲就地控制，工控機(jī)將增加視頻輸出將實(shí)時(shí)水質(zhì)數(shù)據(jù)顯示在小區(qū)內(nèi)顯示屏上。

PLC對現(xiàn)場的采集信號主要包含：水質(zhì)信號、液位信號、壓力信號、泵狀態(tài)信號等。

2#泵房PLC和工控機(jī)將通過COM接口的RS232通訊連接，實(shí)現(xiàn)就地工控機(jī)和PLC的數(shù)據(jù)交換，GPRS設(shè)備亦通過RS232通訊，實(shí)現(xiàn)該小區(qū)和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的通訊連接。以后其他泵房PLC可通過小區(qū)內(nèi)布線方式和2#泵房內(nèi)交換機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的連接。

遠(yuǎn)程中心監(jiān)控室內(nèi)將布置GPRS等路由系統(tǒng)，和監(jiān)控室內(nèi)交換機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)和該小區(qū)的數(shù)據(jù)交換。監(jiān)控室內(nèi)工控機(jī)將實(shí)時(shí)顯示小區(qū)壓力和水質(zhì)等信息，并實(shí)現(xiàn)控制和數(shù)據(jù)曲線、報(bào)表等功能。監(jiān)控室內(nèi)將設(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)器和WEB數(shù)據(jù)服務(wù)器各一臺，數(shù)據(jù)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲，為了保證數(shù)據(jù)的安全WEB服務(wù)器負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)發(fā)布到網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)其他終端的歷史瀏覽，數(shù)據(jù)延時(shí)在1-5分鐘。

（二）改造后運(yùn)行方式

1.機(jī)組控制情況：泵房現(xiàn)場設(shè)備根據(jù)給定條件自動閉環(huán)啟停。

2.信號采集傳送：PLC將采集出水壓力信號、水池液位信號、機(jī)組運(yùn)行信號、水質(zhì)儀表信號。

3.數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)公司內(nèi)的共享，并可實(shí)現(xiàn)其他終端共享。

四、GPRS無線傳輸方案

小區(qū)供水智能化工作中的數(shù)據(jù)傳輸部分，主要由二方面構(gòu)成：一是智能化小區(qū)數(shù)據(jù)的傳出，二是遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)接收。

（一）先看第一部分：智能化小區(qū)數(shù)據(jù)的傳出。

目前考慮到各個(gè)選擇的小區(qū)分布散，距離遠(yuǎn)，顯然采用光纖通訊、有線電纜等方式不太可能實(shí)現(xiàn)，比較適合于監(jiān)控通訊要求的和特點(diǎn)的通訊，因此采用了無線GPRS方案

GPRS是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種分組交換的數(shù)據(jù)承載和傳輸網(wǎng)絡(luò)，它采用先進(jìn)的無線分組技術(shù)，可以提供豐富的無線接入手段，其主要特點(diǎn)：

1.采用透明雙向數(shù)據(jù)傳輸，鏈路自動維護(hù)；

2.只需要向移動公司開戶SIM卡，費(fèi)用可以采用包月方式使用，運(yùn)行成本低；

3.永遠(yuǎn)在線 ，只要激活GPRS后，將永遠(yuǎn)保持在線，不存在掉線問題，只有在產(chǎn)生流量時(shí)才計(jì)費(fèi)；

4.快速登錄，全新的分組服務(wù)，無需長時(shí)間的撥號連接過程；

5.高速傳輸，GPRS最高理論傳輸速度171.2kbps，目前實(shí)際應(yīng)用中帶寬基本上40kbps；

6.支持點(diǎn)對點(diǎn)、中心對多點(diǎn)及多點(diǎn)間的實(shí)時(shí)、對等數(shù)據(jù)傳輸，組網(wǎng)靈活，不受通訊距離和區(qū)域的限制，中心對多點(diǎn)的傳輸方式是實(shí)時(shí)監(jiān)控常用的應(yīng)用模式；

7.可靠性高，一般數(shù)據(jù)包傳輸?shù)某晒β试?9.9%以上。

中國移動GPRS網(wǎng)絡(luò)為用戶提供CMNET和APN兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入方式，CMNET通常用于公眾用戶接入Internet，APN針對相關(guān)行業(yè)用戶使用。APN用戶通常在一個(gè)組內(nèi)，需要設(shè)定用戶名和密碼，具有更好的安全性，APN用戶可以申請綁定移動內(nèi)網(wǎng)的固定IP地址。

目前在工控方面采用比較多的是的無線模塊 MC系列 GPRS模塊產(chǎn)品（一個(gè)小區(qū)傳送點(diǎn)一個(gè)模塊，安裝在集中控制點(diǎn)設(shè)備上）。

小區(qū)供水?dāng)?shù)據(jù)集中進(jìn)行預(yù)處理后通過GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)壓縮、協(xié)議封裝后發(fā)送到GSM網(wǎng)絡(luò)，通過 GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

（二）第二部分：遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)接收。

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的接入有多種方式選擇，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，GPRS承載網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和GPRS應(yīng)用領(lǐng)域的具體要求進(jìn)行組網(wǎng)。組網(wǎng)形式的選擇主要由業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量、時(shí)延、可行性要求、數(shù)據(jù)保密性、網(wǎng)絡(luò)狀況來決定。在遠(yuǎn)程監(jiān)控的接入采用了專線接入的方案。

專線接入；企業(yè)通過專線接入中國移動的路由器，移動為用戶提供公有或移動私有IP地址。數(shù)據(jù)安全性好，穩(wěn)定可靠，傳輸延遲小。

在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心建立數(shù)據(jù)庫，對采集上來的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，分析和管理；在此基礎(chǔ)上開發(fā)應(yīng)用基于BS構(gòu)架的中心管理系統(tǒng)，方便系統(tǒng)內(nèi)外用戶對供水智能化小區(qū)情況的訪問監(jiān)控管理。

通訊網(wǎng)絡(luò)有效帶寬和最大傳輸單元（MTU）之間存在著極其重要的關(guān)系，一般數(shù)據(jù)包增大到200字節(jié)左右不會明顯增加帶寬，但會增大平均延遲。有測試結(jié)果表明數(shù)據(jù)包的最優(yōu)大小是250字節(jié)左右。

對于經(jīng)常性傳輸和實(shí)時(shí)性要求較高的數(shù)據(jù)傳輸，通常需要考慮設(shè)置心跳功能，以確保通訊線路永遠(yuǎn)在線并激活，目前考慮在1分鐘左右。

五、自動化（PLC）設(shè)備的選型

現(xiàn)場自動化設(shè)備功能主要包含三個(gè)方面：一、對現(xiàn)場信號進(jìn)行采集；二、實(shí)現(xiàn)設(shè)備就地閉環(huán)控制；三、實(shí)現(xiàn)控制等信號的傳輸和執(zhí)行。

PLC通訊方式將采用無線通訊，PLC中將包含模擬量輸入信號6個(gè)、開關(guān)量輸入信號12個(gè)、開關(guān)量輸出信號6個(gè)。我們采用了西門子的PLC。

西門子設(shè)備：

適合本系統(tǒng)的西門子設(shè)備有226CN系統(tǒng)其主要的技術(shù)指標(biāo)分析如下：

（一）硬件系統(tǒng)

通訊協(xié)議：RS232通訊。

其他模塊應(yīng)用：CPU226CN，EM231。所提供的的信號輸入量大于本次系統(tǒng)所需要的信號量。

開發(fā)軟件：西門子S7專用開發(fā)軟件

系統(tǒng)可擴(kuò)展性：系統(tǒng)可擴(kuò)展性較好。

設(shè)備價(jià)格：設(shè)備價(jià)格和其他廠商價(jià)格相比較低。

（二）軟件系統(tǒng)

監(jiān)控中心下位機(jī)軟件采用RSLOGIX軟件編程，上位機(jī)系統(tǒng)采用INTOUCH軟件編程，并用SQL SERVER做數(shù)據(jù)庫記錄，根據(jù)需要編制相應(yīng)程序。

（三）通訊

通訊采用GPRS系統(tǒng)，每個(gè)小區(qū)安裝一套，重要就地監(jiān)視信號，包括水質(zhì)信號、進(jìn)出水壓力信號、電流電壓信號、給水泵運(yùn)行狀態(tài)信號、給水泵控制信號、水箱液位信號等均通過GPRS系統(tǒng)遠(yuǎn)傳至二次供水監(jiān)控中心。

六、實(shí)際應(yīng)用情況

該小區(qū)無線GPRS項(xiàng)目是完成后運(yùn)行至今五年左右時(shí)間，運(yùn)行平穩(wěn)，機(jī)組運(yùn)行情況、水質(zhì)信號反應(yīng)及時(shí)，在水箱原有浮球開關(guān)基礎(chǔ)上，增加了水箱液位監(jiān)測，為小區(qū)水箱進(jìn)水科學(xué)管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，GPRS系統(tǒng)24小時(shí)不間斷進(jìn)行收發(fā)，達(dá)到了預(yù)期效果。

七、效益分析

二次供水GPRS改造方案重點(diǎn)最大限度保證對原泵房進(jìn)行改造時(shí)項(xiàng)目不重復(fù)投資，在原有設(shè)備基礎(chǔ)上增加了遠(yuǎn)程監(jiān)視設(shè)施，并且通訊沒有采用傳統(tǒng)的有線寬帶的連接方式，而是采用了無線GPRS傳輸，無線GPRS通訊月租費(fèi)和有限寬帶月租費(fèi)相比相當(dāng)?shù)土?，性價(jià)比很高，且采用了中國移動的GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也相對比較穩(wěn)定，該方案的經(jīng)濟(jì)效益顯而易見。

二次供水GPRS改造完成后，增加了遠(yuǎn)程監(jiān)視的實(shí)時(shí)性和歷史曲線查詢，大大提高了對設(shè)備的可監(jiān)視性，保障了安全供水，具有良好的社會效益。

八、展望

該小區(qū)GPRS項(xiàng)目的完成和運(yùn)行，提供了大量原始資料和經(jīng)驗(yàn)積累，為今后GPRS項(xiàng)目的推廣打下了良好的基礎(chǔ)。我們考慮如何將現(xiàn)場設(shè)備和信號更加優(yōu)化，接下來的GPRS系統(tǒng)中，在水池進(jìn)水管上加裝電動閥，一旦水池浮球閥失效后將可緊急關(guān)閉進(jìn)水，避免泵房被淹，并可在今后管理中探索管網(wǎng)壓力平衡和節(jié)能的新措施。