基于物聯(lián)網(wǎng)的供水生產(chǎn)管網(wǎng)遠(yuǎn)程無(wú)線數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)

關(guān)鍵詞：供水生產(chǎn)管網(wǎng) 無(wú)線 監(jiān)控

一、系統(tǒng)背景：

隨著企業(yè)集團(tuán)發(fā)展的不斷進(jìn)步，企業(yè)本著降本增效，節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理進(jìn)步的原則。自來(lái)水公司通過建設(shè)供水生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)提高企業(yè)管理水平，為企業(yè)在當(dāng)今如此激烈競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)環(huán)境下提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益提供管理平臺(tái)。

供水生產(chǎn)管理系統(tǒng)作為城市供水的“指揮中心”，負(fù)責(zé)整個(gè)城市水資源從源頭到用戶的過程水質(zhì)、設(shè)備、水量等所有信息的收集和監(jiān)視，并且根據(jù)供水能力、用水需求動(dòng)態(tài)變化來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整調(diào)度整個(gè)供水系統(tǒng)的運(yùn)行。

近年來(lái)我國(guó)城市發(fā)展建設(shè)速度的加快，供水管網(wǎng)越來(lái)越龐大、分散。供水管網(wǎng)是城市極為重要的基礎(chǔ)設(shè)施和經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的源泉，自來(lái)水的生產(chǎn)過程通常是由地表水或者水源井取水送到水廠，在水廠經(jīng)過消毒、沉淀、過濾等過程后送入城市供水管網(wǎng)，提供給城市居民或者工業(yè)用戶使用。

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，大部分城市已建立的供水監(jiān)控系統(tǒng)主要存在以下幾個(gè)問題：

1、一般采取人工抄表、電話報(bào)數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作的原始調(diào)度方法。收集信息數(shù)量少、處理慢、傳遞遲，調(diào)度處于低級(jí)階段，以保證不缺水和維持正常運(yùn)行為主，談不上優(yōu)化調(diào)度。遇上爆漏及其他事故，反映遲鈍損失擴(kuò)大。
  

2、缺少全面的參數(shù)測(cè)量手段，無(wú)法對(duì)運(yùn)行工況進(jìn)行系統(tǒng)的分析判斷；系統(tǒng)運(yùn)行工況失調(diào)難以消除，造成用戶供水不均；供水參數(shù)未能在最佳工況下運(yùn)行，供水量與需水量不匹配；運(yùn)行數(shù)據(jù)不全，難以實(shí)現(xiàn)量化管理。

3、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)穿的供水管網(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)度以及水廠質(zhì)檢的信息共享。

4、部分水廠的供水監(jiān)控系統(tǒng)的冗余性不高，操作模式過于單一，經(jīng)常由于一套設(shè)備的故障，而導(dǎo)致整個(gè)水廠供水監(jiān)控系統(tǒng)癱瘓沒造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失

5、系統(tǒng)依靠調(diào)度人員人工發(fā)出的指令來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度，浪費(fèi)了大量人力物力財(cái)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)并處理。

二、系統(tǒng)組成

供水生產(chǎn)管理系統(tǒng)包括供水總公司管理、水源井監(jiān)控、水廠監(jiān)控、管網(wǎng)監(jiān)控、加壓泵站監(jiān)控、大用戶用水量監(jiān)控等。自來(lái)水的生產(chǎn)過程是由原水、經(jīng)過初步制水到水廠，水經(jīng)過沉淀池、過濾池、清水池、二級(jí)泵站進(jìn)入城市供水管網(wǎng)，通過二次加壓泵站達(dá)到千家萬(wàn)戶。如下圖所示為自來(lái)水制水生產(chǎn)過程

本項(xiàng)目思路是對(duì)于現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化的，提供一套集成的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，革新現(xiàn)有站控系統(tǒng)定制模式的缺陷，并解決部分集成站因成本、工期、人員技術(shù)等問題安裝不起的問題。該無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，以遠(yuǎn)程測(cè)控終端RTU 為核心，加上無(wú)線數(shù)據(jù)采集設(shè)備等組成，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與控制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。站控系統(tǒng)可以在線實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的呈現(xiàn)各換熱站的運(yùn)行現(xiàn)狀，完成緊急情況下的報(bào)警，實(shí)現(xiàn)對(duì)換熱站進(jìn)行整體集中的管理，管理人員可以在監(jiān)控中心遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)站內(nèi)液體液位或進(jìn)站壓力、泵組工作狀態(tài)、出站流量、出站壓力等，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，為全面實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化奠定基礎(chǔ)。
  城市供水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。供水管網(wǎng)集中監(jiān)控管理系統(tǒng)由水司調(diào)度監(jiān)控中心和各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成。

 三、系統(tǒng)框架

 1、各監(jiān)測(cè)點(diǎn)為城市供水綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的子系統(tǒng)，由監(jiān)測(cè)中心、通訊平臺(tái)采集終端組成。各個(gè)水源監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集終端（RTU）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)。

2、監(jiān)測(cè)點(diǎn)站控系統(tǒng)框架如下圖所示?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備為RTU 和各類數(shù)據(jù)采集模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)各測(cè)量裝置的數(shù)據(jù)采集和控制。上位監(jiān)控系統(tǒng)采用組態(tài)軟件，通過軟件的通訊接口，采集RTU中的數(shù)據(jù)，具體硬件設(shè)備應(yīng)用框架如下

四、硬件簡(jiǎn)介



（1）遠(yuǎn)程測(cè)控終端（RTU BH1320）
工作電源：220V AC ±30% 或者 24V DC
RS-485接口：2路
RS-232接口：2路
Ethernet接口：1路
USB接口：1個(gè)
AI接口：8路
DI接口：4路
DO接口：4路（用于輸出場(chǎng)合，如電機(jī)的啟動(dòng)、閥門開關(guān)等）
帶語(yǔ)音輸出接口
帶24V電源輸出接口
通信規(guī)約：MODBUS RTU/ascii       /TCP、DNP3.0、可定制儀表協(xié)議
數(shù)據(jù)傳輸：
GPRS/CDMA、Ethernet、Zigbee、WiFi、433M、PLC、RS-485/RS-232等多種方式可選
工作溫度：-40℃ ～ +80℃
工作濕度：≤95%
防護(hù)等級(jí)：IP65 

（2）無(wú)線壓力變送器（BH1740）
信號(hào)傳輸：Zigbee無(wú)線
傳輸距離：普通型150m，增強(qiáng)型500m
工作電源：3.6V鋰電池
電池壽命：≥3年（1分鐘上傳一次）
壓力量程：0～60 MPa 可訂制
精度等級(jí)：0.5級(jí)
過載壓力： 150% F.S
上報(bào)周期：1分～12小時(shí) 可設(shè)定
過程接口：M20×1.5（或按要求訂制）
防爆等級(jí)：Exib ⅡB T4 Gb
外殼防護(hù)：IP67
工作環(huán)境溫度：-40℃～70℃
工作環(huán)境濕度：≤95% RH


（3）無(wú)線溫度變送器（BH1750）
信號(hào)傳輸：Zigbee無(wú)線
傳輸距離：普通型150m，增強(qiáng)型500m
工作電源：3.6V鋰電池
電池壽命：≥3年（1分鐘上傳一次）
溫度量程：-50℃～650℃（可訂制）
測(cè)量誤差：±1.0℃
上報(bào)周期：1分～12小時(shí) 可設(shè)定
防爆等級(jí)：本安型Exia ⅡB T4 GB
外殼防護(hù)：IP67
工作環(huán)境溫度：-40℃～80℃
工作環(huán)境濕度：≤97% RH

五、軟件功能
遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)壓力、流量等；支持各種監(jiān)測(cè)信息、控制信息、報(bào)警信息、操作信息的存儲(chǔ)和歷史記錄查詢。用戶可以根據(jù)需要通過組態(tài)軟件來(lái)定制程序，這樣界面表現(xiàn)形式更為靈活；
現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)異常狀況時(shí)，控制器發(fā)送報(bào)警信號(hào)，關(guān)閉閥門等。

六、總結(jié)

監(jiān)控軟件配套的供水站監(jiān)控系統(tǒng)以其完善的人機(jī)交互、穩(wěn)定的系統(tǒng)運(yùn)行和良好的兼容性、易用易擴(kuò)展性受到企業(yè)用戶的青睞。該監(jiān)控系統(tǒng)不僅滿足了換熱站監(jiān)控的實(shí)際需求，也為實(shí)現(xiàn)企業(yè)實(shí)時(shí)、有效、全面系統(tǒng)化的信息管理和監(jiān)控、提高了企業(yè)的安全水平和綜合自動(dòng)化水平奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。