范旭昶喬貴毅于飛

(1.大連市水務(wù)集團(tuán)工程建設(shè)有限公司，遼寧 大連 116000；2.大連市水利建筑設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧 大連 116000)

1 概況

花園口經(jīng)濟(jì)區(qū)(以下簡(jiǎn)稱經(jīng)濟(jì)區(qū))，位于中國(guó)遼寧大連地區(qū)市域中南部，地處我國(guó)黃海北岸，在連接遼寧省沿海和對(duì)外開放5個(gè)系列國(guó)家戰(zhàn)略重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)經(jīng)濟(jì)區(qū)域中，一直占據(jù)舉足輕重的國(guó)家戰(zhàn)略性經(jīng)濟(jì)地位。隨著城鎮(zhèn)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，用水企業(yè)與人口數(shù)量增幅顯著，供水規(guī)模隨之增大。大連花園供水有限公司(以下簡(jiǎn)稱公司)負(fù)擔(dān)著經(jīng)濟(jì)區(qū)的供水安全保障任務(wù)。公司目前的管理模式仍主要依靠人工經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)性與先進(jìn)性較差，已無(wú)法適應(yīng)近、遠(yuǎn)期規(guī)劃供水規(guī)模。且我國(guó)早在十三五規(guī)劃中就明確指出，農(nóng)村區(qū)域用水安全需要得到切實(shí)有效的保障。因此，對(duì)供水調(diào)度管理模式進(jìn)行徹底的更新、改造，通過“互聯(lián)網(wǎng)+”、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)由人工經(jīng)驗(yàn)管理到全自動(dòng)化調(diào)度與控制管理的跨越[1]，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)區(qū)供水的實(shí)際情況，建設(shè)出一套適應(yīng)經(jīng)濟(jì)區(qū)遠(yuǎn)期供水規(guī)模的供水信息采集與監(jiān)測(cè)一體化平臺(tái)勢(shì)在必行。

2 現(xiàn)狀與規(guī)劃

2.1 現(xiàn)狀

公司目前仍主要依靠人工經(jīng)驗(yàn)調(diào)度，此方法較為簡(jiǎn)單，但調(diào)度實(shí)施滯后時(shí)間長(zhǎng)，調(diào)度效果差，已無(wú)法適應(yīng)近、遠(yuǎn)期規(guī)劃供水規(guī)模。對(duì)整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行管理與信息采集仍處在人工巡檢階段，無(wú)法科學(xué)有效地保證管網(wǎng)的正常運(yùn)行，觀測(cè)點(diǎn)數(shù)量較少，現(xiàn)有設(shè)備較落后，所采集信息與實(shí)際運(yùn)行工況存在較大偏差。各子系統(tǒng)現(xiàn)狀運(yùn)行情況具體如下。

2.1.1 水廠自控系統(tǒng)

由于經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展迅速，需水量增加迅速且增幅較大，導(dǎo)致水廠建設(shè)期較短，無(wú)法在初期投產(chǎn)使用時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。水廠運(yùn)行初期，基本采用人工作業(yè)方式進(jìn)行生產(chǎn)與觀測(cè)。后經(jīng)過不斷改善，實(shí)現(xiàn)了部分設(shè)備自動(dòng)化操控，目前處于半自動(dòng)生產(chǎn)階段。

2.1.2 配水干管流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

建設(shè)初期，只在水廠出口安裝了流量計(jì)，通過人工觀測(cè)方式定時(shí)記錄瞬時(shí)流量和時(shí)段總流量。后在配水干管上新裝流量計(jì)9臺(tái)，通過GPRS方式將流量信號(hào)傳輸至控制中心。

2.1.3 無(wú)線壓力傳感器

現(xiàn)裝有壓力傳感器2臺(tái)，1臺(tái)安裝在水廠泵站內(nèi)，通過短波無(wú)線傳至中心控制主機(jī)；1臺(tái)安裝在配水干管上，通過GPRS方式將壓力信號(hào)傳輸至控制中心。

上述各個(gè)系統(tǒng)都是獨(dú)立存在，沒有實(shí)現(xiàn)整合，在實(shí)際操作中只能單獨(dú)進(jìn)行操作。而在控制水廠出口流量和管網(wǎng)壓力時(shí)，仍需要人工監(jiān)測(cè)，極大地降低了工作效率和供水保障率。

2.2 規(guī)劃

針對(duì)目前低效率、自動(dòng)化程度低等問題，公司規(guī)劃建設(shè)一套完善的SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化調(diào)度與控制管理。系統(tǒng)模擬圖如圖1所示。

公司對(duì)整個(gè)SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)系統(tǒng)的建設(shè)分階段實(shí)施。第1階段建立整個(gè)SCADA系統(tǒng)框架，對(duì)水廠和整個(gè)管網(wǎng)上的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在公司里可以查看整個(gè)管網(wǎng)的基本運(yùn)行情況，并對(duì)其進(jìn)行分析；第2階段分片區(qū)增加區(qū)域流量和壓力點(diǎn)，使監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)更完整全面，特別是對(duì)城區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)總管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)；第3階段是對(duì)管網(wǎng)中的重點(diǎn)節(jié)位、末梢以及大型用戶的飲水量進(jìn)行監(jiān)控。最終形成一套完整的GIS系統(tǒng)。

3 建設(shè)計(jì)劃

目前已基本完成了第1階段的建設(shè)，正在逐步進(jìn)行第2階段建設(shè)。主要內(nèi)容包括：新建若干個(gè)野外監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以無(wú)人值守方式工作，永久保存采集值，以備隨時(shí)調(diào)用；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備使用耐久電池，工作人員定期及時(shí)更換。本階段建設(shè)完成后將實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)壓力與流量全自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[2]。無(wú)線遠(yuǎn)傳式壓力表實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)水壓，將數(shù)據(jù)傳輸至調(diào)度中心，調(diào)度人員可根據(jù)管網(wǎng)的水壓狀況及時(shí)制訂調(diào)度計(jì)劃。如管道破損，可以第一時(shí)間判斷出管道破損位置并將其位置資料報(bào)告給維護(hù)工作人員；同時(shí)在每個(gè)閥井內(nèi)分別安裝1個(gè)用來(lái)監(jiān)控水壓的無(wú)線裝置，可將水壓信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂浦行?，如水壓高度超出預(yù)定的上限值或低于預(yù)定的下限值時(shí)，可立即對(duì)其發(fā)出報(bào)警信號(hào)。配水干管流量計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管線流量情況，通過數(shù)據(jù)對(duì)比，判斷用戶用水量增減情況，可有效預(yù)防偷盜用水發(fā)生。并可通過瞬時(shí)流量變化情況，推測(cè)爆管位置。

4 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

依據(jù)本階段建設(shè)計(jì)劃，本次設(shè)計(jì)中心監(jiān)測(cè)站由1臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器以及接收設(shè)備RTU組成。流量數(shù)據(jù)通過GPRS無(wú)線方式傳至廣域網(wǎng)，再通過公網(wǎng)傳至中心監(jiān)測(cè)站。

室內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(距離服務(wù)器200m以內(nèi))壓力傳感器通過免費(fèi)頻段傳至接收設(shè)備RTU，反饋給服務(wù)器。野外現(xiàn)場(chǎng)儀表包括：電源、電池供電的電磁流量計(jì)、壓力變送器。遠(yuǎn)傳基站裝置：GPRS監(jiān)測(cè)儀，采集方式可以為RS485直讀，通訊方式為GPRS。數(shù)據(jù)通過移動(dòng)無(wú)線基站傳輸?shù)絀NTERNET網(wǎng)上，經(jīng)路由器與防火墻存入服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中，系統(tǒng)采用BS結(jié)構(gòu)，可通過WEB瀏覽數(shù)據(jù)。

該數(shù)據(jù)監(jiān)控儀集數(shù)據(jù)采集與無(wú)線GPRS通訊為一體?？赏瑫r(shí)采集多路脈沖量、開關(guān)量和模擬量，以GPRS為通信平臺(tái)，不受地理限制、穩(wěn)定、可靠和成本低。采用電池供電，微功耗處理，可設(shè)置數(shù)據(jù)保存和定時(shí)上發(fā)時(shí)間。外殼采用全密封防水設(shè)計(jì)，符合IP68標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)野外潮濕甚至完全浸沒等不利工況。在可靠性、電磁兼容性、接口、工作溫度范圍及輸入輸出等方面保證了長(zhǎng)期惡劣環(huán)境下工作的穩(wěn)定性和可靠性。

數(shù)據(jù)監(jiān)控儀功能：2個(gè)IP地址總臺(tái)，TCP/UDP，支持域名，1個(gè)RS485C，用于直讀儀表，1個(gè)DC24V輸出，可采集2個(gè)壓力變送器，自帶保存功能，可保存2048條數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)定時(shí)上發(fā)15s～1d可設(shè)置，液晶顯示，2個(gè)鍵盤可操作。IP68防水等級(jí)，dIIBT4防爆等級(jí)。一次性鋰電池供電，可持續(xù)工作2a(1min采集，可調(diào)整上發(fā)時(shí)間)。

表1 數(shù)據(jù)監(jiān)控儀參數(shù)

該數(shù)據(jù)監(jiān)控儀采用一次性鋰電池供電，無(wú)需采用市政電網(wǎng)供電，施工工藝簡(jiǎn)單，防水等級(jí)IP68，可安裝于野外現(xiàn)場(chǎng)。有24V升壓功能，可以采集壓力變送器數(shù)據(jù)。

該數(shù)據(jù)監(jiān)控儀主要優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與GPRS/GSM無(wú)線通信集一體，成本低，無(wú)線通訊可控性好，斷線率低；AI或DI有報(bào)警功能，并能觸發(fā)短信和繼電器輸出報(bào)警，便于實(shí)時(shí)監(jiān)控支持短信功能，便于手機(jī)隨時(shí)查詢，鍵盤與液晶LCD操作，方便現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試。

5 系統(tǒng)運(yùn)行成果綜述

目前系統(tǒng)已進(jìn)入試運(yùn)行階段，運(yùn)行效果良好，基本可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)范圍包括了原水、水廠、泵站以及管網(wǎng)等環(huán)節(jié)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可擴(kuò)展性強(qiáng)，適合公司目前的集中式調(diào)度模式[3]。SCADA系統(tǒng)的建設(shè)給公司的工作帶來(lái)很大幫助，如壓力和流量數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測(cè)使調(diào)度管理部門實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)管理，有效降低管網(wǎng)漏損率，提高了公司管理水平，并為經(jīng)濟(jì)區(qū)供水工程下一步規(guī)劃與建設(shè)提供了可靠的依據(jù)。

6 結(jié)語(yǔ)

通過SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用，給予生產(chǎn)調(diào)度管理工作提供了很大的便利，完善了許多調(diào)度管理的不足之處，提高了生產(chǎn)工作的效率和經(jīng)濟(jì)效益，修正了許多生產(chǎn)管理的不足之處。大連花園供水有限公司將進(jìn)一步改良現(xiàn)有系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全面無(wú)人值守、自動(dòng)控制恒壓供水、實(shí)時(shí)報(bào)警、監(jiān)測(cè)點(diǎn)遠(yuǎn)程視頻無(wú)線傳輸?shù)饶繕?biāo)，更加科學(xué)、有效地保障花園口經(jīng)濟(jì)區(qū)供水安全。