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技術頻道

供水管網(wǎng)GPRS遠程監(jiān)測管理系統(tǒng)

摘要: 本文介紹了組態(tài)王通過GPRS網(wǎng)絡對供水管網(wǎng)壓力、水質遠程測控調度以及小區(qū)泵站進行監(jiān)控和管理。介紹了自動化控制技術如何實現(xiàn)對供水管網(wǎng)調度的有效管理,采用自動化控制方式極大提高相關部門的管理水平和工作效率。
一、概述
隨著近年來我國城市發(fā)展建設速度的加快,供水管網(wǎng)越來越龐大、分散。供水管網(wǎng)作為城市極為重要的基礎設施和經濟與社會發(fā)展的源泉,加強對供水管網(wǎng)調度的信息化建設具有相當重要意義。利用計算機信息技術、通信技術和自動控制技術對整個供水管網(wǎng)運行過程的主要參數(shù)、管網(wǎng)信息、設備運狀況進行動態(tài)監(jiān)測、實時調度和自動化控制,實現(xiàn)自動化信息管理,并將監(jiān)測點信息用組態(tài)畫面顯示,直觀表達管網(wǎng)運行狀況和監(jiān)控點狀態(tài),再結合預測、統(tǒng)計、數(shù)學模型、空間分析等手段,根據(jù)經濟、技術指標和實際情況,進行優(yōu)化控制反饋,完成對供水管網(wǎng)調度各個環(huán)節(jié)的合理配置。供水管網(wǎng)調度與輔助決策問題,成為保障供水管網(wǎng)經濟、可靠運行關鍵所在。目前利用SCADA系統(tǒng)技術結合GPRS無線通訊網(wǎng)絡技術設計的供水管網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng),在對管網(wǎng)的快速、準確監(jiān)控、安全維護、管網(wǎng)合理設計、搶修施工等方面具有非常重要的意義。
城市供水管網(wǎng)調度監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的是解決自來水公司對供水各環(huán)節(jié)監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。該系統(tǒng)由監(jiān)控中心和各個水源監(jiān)測點組成,各個水源監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集終端(RTU或PLC)可監(jiān)視和采集水位、壓力、流量、濁度、余氯、泵頻等各種數(shù)據(jù),供控制中心及有關部門分析和決策取用,提高工作效率,保證供水質量,滿足日益增產的用水量的需求。
城市供水管網(wǎng)調度需要對各個自來水廠進行管理,包括自來水公司控制中心、水廠分控中心、管網(wǎng)加壓站和水源監(jiān)控站等。城市供水調度系統(tǒng)一般包括:水司控制中心、多個水廠分控中心、多個水廠監(jiān)控分站、多個水源井監(jiān)控站、多個管網(wǎng)加壓站和多個管網(wǎng)測壓站。
城市供水管網(wǎng)調度監(jiān)控系統(tǒng)可以對遠程現(xiàn)場的運行設備進行監(jiān)視和控制,以實現(xiàn)管道壓力、水流量的數(shù)據(jù)傳送及閥門開關的自動控制,降低了故障率和提高了對系統(tǒng)的反應時間。便于及時迅速的了解及控制遠端管道及閥門,低故障率和檢修的時間,減少停水次數(shù)。各水源監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集終端可自動采集管道壓力、水流量的實時數(shù)據(jù)與開關狀態(tài)等數(shù)據(jù),信息傳輸?shù)阶詠硭镜谋O(jiān)控中心,監(jiān)控中心通過對傳輸回的數(shù)據(jù)進行分析,可找到出故障的地點,從而當一個遠端出現(xiàn)故障時,能在最短的時間內解決問題,恢復供水,提高了整體的服務水平,從而實現(xiàn)了城市供水的信息化、現(xiàn)代化。
本文以廈門水務集團供水管網(wǎng)遠程測控調度系統(tǒng)及小區(qū)泵站運行監(jiān)測系統(tǒng)(GPRS)為例,具體介紹一下供水管網(wǎng)系統(tǒng)設計方案的應用,以及組態(tài)王如何實現(xiàn)系統(tǒng)設計目標。
三、系統(tǒng)構成與配置
1、系統(tǒng)構成
廈門水務集團供水管網(wǎng)壓力、水質遠程測控調度系統(tǒng)及小區(qū)泵站運行監(jiān)測系統(tǒng)(GPRS)由供水管網(wǎng)壓力、水質遠程測控調度和小區(qū)泵站運行監(jiān)測系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)組成。
1> 供水管網(wǎng)遠程測控調度系統(tǒng)由調度中心、GPRS 網(wǎng)絡APN專線、無線GPRS網(wǎng)絡、遠程終端單元(RTU)幾個部分組成,如圖1所示。

遠程終端單元RTU:分散地分布在廈門各區(qū)市政供水管網(wǎng)的70多個遙測點上,采用西門子S7-200系列PLC與現(xiàn)場設備的開關量、模擬量信號相連,能提供4路4-20mA模擬輸入、14路開關量輸入、10路開關量輸出。遠程終端可以自行進行數(shù)據(jù)采集、處理并通過GPRS網(wǎng)絡響應各監(jiān)控中心發(fā)出的查詢請求,將實時時刻或歷史時刻的數(shù)據(jù)發(fā)給調度中心。
無線GPRS網(wǎng)絡:采用中國移動GPRS網(wǎng)絡的專用APN形式入網(wǎng),每個SIM卡綁定固定移動內部IP,擁有獨立上網(wǎng)APN名,網(wǎng)內分配專用的APN名,普通用戶不得申請該APN 。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡僅開通該專用APN,限制使用其他APN,也限制網(wǎng)外SIM卡使用專網(wǎng)APN。
GPRS網(wǎng)絡APN專線:通過與廈門移動通信有限公司的光纖專線,無線GPRS網(wǎng)絡中的DTU模塊可以直接訪問到水務集團內部的主機。使用APN專線通信穩(wěn)定,不會有撥號時經常出現(xiàn)的斷線及假在線情況;通信帶寬大,可以允許同時采集多個DTU數(shù)據(jù);通信更快,節(jié)省采集時間。
調度中心:由兩套配有上位機監(jiān)控系統(tǒng)的PC及GPRS光纖專線和GPRS模塊撥號組成雙機備份系統(tǒng),平時由主系統(tǒng)工作,主系統(tǒng)故障時,起用備用系統(tǒng),主備系統(tǒng)設置于公司調度中心,通過網(wǎng)絡與公司內部網(wǎng)連接,調度中心PC驅動GPRS通信模塊向RTU下發(fā)配置信息、控制信息,及接收下位機上報的數(shù)據(jù)及告警信息,定時巡測、手動巡測、隨機抽測、分組巡測數(shù)據(jù),同時對采集的數(shù)據(jù)進行管理,具有查詢、統(tǒng)計、報表等功能。
2> 小區(qū)泵站運行監(jiān)測系統(tǒng)由泵站監(jiān)控中心、無線GPRS網(wǎng)絡、泵站終端組成,其結構示意圖如圖2所示。

泵站終端:設置于各小區(qū)加壓泵站,由研華工控機(包括板卡)控制加壓泵站進行自動供水,其控制通過組態(tài)王軟件來實現(xiàn),并通過GPRS模塊與泵站監(jiān)控中心的聯(lián)網(wǎng)。
泵站監(jiān)控中心:由PC及GPRS模塊組成系統(tǒng),設置于泵站監(jiān)控中心,通過網(wǎng)絡與公司內部網(wǎng)連接。泵站監(jiān)控中心PC驅動GPRS通信模塊向泵站終端下發(fā)控制信息和接收下位機上報的數(shù)據(jù)及告警信息,能動態(tài)地顯示與現(xiàn)行各泵站運行界面類似的工藝模擬圖,同時對采集的數(shù)據(jù)進行管理,具有查詢、統(tǒng)計、報表打印等功能。
2、系統(tǒng)軟硬件配置
1> 軟件配置
操作系統(tǒng):Win2000/WinNT4.0(補丁6)/Win XP簡體中文版。
應用軟件:組態(tài)王6.52。
該系統(tǒng)軟件采用北京亞控科技發(fā)展有限公司的最新產品組態(tài)王6.52(Kingview 6.52),上位監(jiān)控界面具有畫面友好,功能齊全,操作方便,穩(wěn)定性好等特點。監(jiān)控系統(tǒng)配置兩臺監(jiān)測計算機,監(jiān)控界面功能完全相同,進行雙機熱備,保障了系統(tǒng)的安全可靠的運行。
2> 系統(tǒng)硬件配置:
主機:奔騰PIII 500以上IBM PC 或兼容機
內存:最少128MB,推薦256MB
網(wǎng)卡:10/100M網(wǎng)卡一張
顯示器: Windows系統(tǒng)支持的顯示器,可顯示16位以上,分辨率1024×768
鼠標:任何PC兼容鼠標
鍵盤:任何PC兼容鍵盤
通訊:RS-232C COM 口1個
并行口:用于插入組態(tài)王加密鎖
四、系統(tǒng)功能
1、功能概述
本系統(tǒng)將所有測點數(shù)據(jù)(66個測點、分為56個壓力量、16個水質量、6個原水量)在一個主畫面上全部顯示出來,并且能快捷的觀察到各點數(shù)據(jù)、在線情況及進行相關操作。調度中心PC能驅動GPRS通信模塊向測點下發(fā)配置信息、控制信息,及接收下位機上報的數(shù)據(jù)及告警信息,同時對采集的數(shù)據(jù)進行管理,具有查詢、統(tǒng)計、報表等功能。
2、系統(tǒng)具體功能如下:
向RTU下發(fā)組態(tài)信息、控制命令;
RTU發(fā)送來的數(shù)據(jù)自動進入數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫具備一定的安全措施;
處理RTU的報警信息;
數(shù)據(jù)遙測功能:定時巡測、手動巡測、隨機抽測、分組召測;
遙控功能:控制RTU開關量輸出點的開、關狀態(tài)、遙信開關狀態(tài);
參數(shù)狀態(tài)管理功能:設置修改各測量數(shù)據(jù)上、下限值、量程、通訊參數(shù)(包括RTU端的站點號、IP地址等參數(shù)的設定);
在線組態(tài)功能:新增RTU數(shù)據(jù)采集點等參數(shù)通過組態(tài)定義即可完成;
數(shù)據(jù)庫管理功能:對測得的數(shù)據(jù)建庫,對數(shù)據(jù)進行處理,查詢歷史數(shù)據(jù),報表打印功能;
具有數(shù)據(jù)顯示功能: 能顯示測量的各種數(shù)據(jù)、遙信開關狀態(tài)、各種系統(tǒng)圖形等。
數(shù)據(jù)共享功能:在主機上運行組態(tài)王及WEB服務軟件,使水務集團公司寬帶內部網(wǎng)的工作站只通過WEB瀏覽器就可以登陸查看所有監(jiān)控點的實時數(shù)據(jù)和存儲的任意時間段的歷史數(shù)據(jù)。通過用戶身份認證授權方式控制該用戶可訪問那些監(jiān)控點的數(shù)據(jù)。
3、典型功能詳述
管網(wǎng)測點數(shù)據(jù)畫面:本GPRS數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)最主要的監(jiān)控界面為“管網(wǎng)測點數(shù)據(jù)畫面”,此畫面中可以查看到所有管網(wǎng)測點數(shù)據(jù)的實時值,各測點GPRS信號在線情況,及含有手動采集、報表曲線、參數(shù)設置、各分類數(shù)據(jù)查看等功能。

如圖3所示,該畫面可以反映測定的實時數(shù)據(jù),反映GPRS數(shù)據(jù)狀態(tài),并顯示各數(shù)據(jù)是否發(fā)生越限報警,使工作人員一目了然,方便直觀的掌握最及時的信息。另外,由畫面可以跳轉到詳細數(shù)據(jù)監(jiān)控畫面,包括同安數(shù)據(jù)、杏林數(shù)據(jù)、集美數(shù)據(jù)、海滄數(shù)據(jù),并對水質數(shù)據(jù)、流量數(shù)據(jù)、泵站數(shù)據(jù)進行分類監(jiān)控,系統(tǒng)具有強大的報表功能作為數(shù)據(jù)分析的依據(jù)、以及報警自定義功能,方便可為客戶提供定制服務,自定義報警上下限。

小區(qū)泵站數(shù)據(jù)監(jiān)控畫面:該畫面包括泵站數(shù)據(jù)情況表以及各泵站的設備監(jiān)控畫面,如圖4、圖5所示。泵站數(shù)據(jù)情況表可以對各個泵站的數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)一覽的作用,并具有單條曲線或分組曲線顯示數(shù)據(jù)的功能,這樣可以方便的對數(shù)據(jù)進行監(jiān)控和分析,另外通過畫面的連接可以調出各個泵站的設備監(jiān)控畫面,即如圖5所示,直觀地對現(xiàn)場設備進行監(jiān)控,畫面美觀形象,人機界面良好,能夠清晰的反映出設備運行狀況和報警信息,更方便工作人員的操作。

Web技術在系統(tǒng)中的應用:該監(jiān)控系統(tǒng)除在調度中心兩臺可以直接操作監(jiān)控的界面外,還向集團內部網(wǎng)絡提供一個WEB網(wǎng)頁訪問功能,只要與調度中心的GPRS監(jiān)控系統(tǒng)主機網(wǎng)絡相連的計算機都能訪問到,其實時數(shù)據(jù)視圖如圖6所示。在web頁面中,提供了與調度中心同樣的監(jiān)控畫面、提供顯示實時管網(wǎng)及泵站監(jiān)控數(shù)據(jù)及曲線功能,并且可以對管網(wǎng)及泵站監(jiān)控數(shù)據(jù)任意時刻和任意時段的歷史數(shù)據(jù)、歷史曲線進行查詢,具有用戶權限管理功能。

五、結語
本系統(tǒng)采用組態(tài)軟件結合GPRS構建供水調度監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng),對于用戶來說,由于通信費用較低,享受到了實惠。另外,由于接入設備可以移動,當管網(wǎng)監(jiān)控點搬遷時設備可隨之遷移并可繼續(xù)使用,可以保護用戶原有投資,適合于供水調度監(jiān)控工作的特點,能很好地滿足供水調監(jiān)控的需求。對于組態(tài)王來說,可以實現(xiàn)用戶對數(shù)據(jù)實時監(jiān)控的目的,并且可以完成其他輔助功能,如強大的報表功能、數(shù)據(jù)曲線分析功能,都為供水管網(wǎng)系統(tǒng)提供了可靠的數(shù)據(jù),大大提高了工作效率,保證供水質量,滿足日益增產的用水量的需求。
綜上所述,采用組態(tài)王軟件結合GPRS網(wǎng)絡的自來水供水管網(wǎng)GPRS遠程測控系統(tǒng)具有顯著的社會效益和經濟效益,其先進性、實用性、擴充性、安全性、可靠性,使其必將在供水行業(yè)越來越廣泛地推廣應用,為供水行業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻。

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