數(shù)字化水廠供水管網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的探討

楊萍，溫雪豐

(華電水務(wù)工程有限公司，北京 100160)

某水務(wù)集團(tuán)公司于2013年起陸續(xù)投資建設(shè)了8個南水北調(diào)供水廠，每個水廠在管網(wǎng)巡檢過程中主要采用人工巡檢、紙質(zhì)記錄的方式進(jìn)行。巡檢人員在現(xiàn)場巡檢時，因現(xiàn)場無法實時查看管網(wǎng)數(shù)據(jù)，無法準(zhǔn)確確定管網(wǎng)所在的具體位置，導(dǎo)致施工單位挖破供水管網(wǎng)的事件時有發(fā)生，供水安全性得不到保障；爆管發(fā)現(xiàn)不及時，導(dǎo)致水資源浪費較多，社會影響面大。搶修人員在現(xiàn)場搶修時全憑經(jīng)驗關(guān)閉閥門，超關(guān)、漏關(guān)和錯關(guān)閥門的現(xiàn)象時有發(fā)生，影響用戶生活、生產(chǎn)用水。

這些水廠在投資建設(shè)過程中，因考慮投資成本，水廠整體自動化水平配置較低，需配備大量操作人員保障水廠的正常運轉(zhuǎn)。投入生產(chǎn)運行的水廠，操作人員需現(xiàn)場抄水表，采用紙質(zhì)方式記錄，再錄入電腦；用戶到營業(yè)網(wǎng)點、水費代收點繳納水費，費時費力。

1 水廠監(jiān)測管理運行模式現(xiàn)狀

2 水廠集中監(jiān)控數(shù)字化研究

隨著城鄉(xiāng)一體化的快速推進(jìn)，供水區(qū)域的不斷拓展，管網(wǎng)的不斷延伸，加上部分管網(wǎng)超期服役，不可避免地存在著漏檢、錯檢和記錄數(shù)據(jù)不真實等問題，供水質(zhì)量管理難以保證，影響人們正常生活。該公司承接南水北調(diào)中線部分城市的供水，為了保證城市的優(yōu)質(zhì)高效供水，基于某縣水廠供水管網(wǎng)于2015年開始進(jìn)行數(shù)字化供水管網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)改造。

2.1 系統(tǒng)介紹

數(shù)字化供水管網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)是集傳感技術(shù)、自動化控制技術(shù)、無線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為一體的自動化網(wǎng)絡(luò)式監(jiān)控管理系統(tǒng)。利用物聯(lián)網(wǎng)、地理信息系統(tǒng)(GIS)，實現(xiàn)流量、壓力等運行參數(shù)的匯集處理并輔助決策建議。有效解決供水管網(wǎng)調(diào)度困難，供水管網(wǎng)不合理等問題，合理管控管網(wǎng)供水壓力，并為推進(jìn)智慧水務(wù)做好技術(shù)準(zhǔn)備。

該監(jiān)測系統(tǒng)能夠使相關(guān)人員在監(jiān)控中心，通過計算機(jī)隨時直觀地監(jiān)視和控制管網(wǎng)運行狀況，可以提高對供水管網(wǎng)的監(jiān)控調(diào)度水平，有助于水務(wù)管理部門掌握本區(qū)域用水量、加強(qiáng)水壓調(diào)度，實現(xiàn)對水壓合理調(diào)度及有效控制。

2.2 數(shù)據(jù)采集架構(gòu)

該監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集采用B/S結(jié)構(gòu)，以GIS方式顯示，通過相應(yīng)的采集終端，對多種監(jiān)測參數(shù)進(jìn)行采集，包括： 管道壓力值、小區(qū)觀察表和分區(qū)計量表瞬時流量、累計流量等，并將采集到的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫，用于數(shù)據(jù)處理與分析。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，包括數(shù)據(jù)管理層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)采集層三部分。

1)數(shù)據(jù)管理層(監(jiān)控中心)。數(shù)據(jù)管理層由硬件和軟件兩部分構(gòu)成。軟件主要包括： 操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)中心軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、GIS服務(wù)軟件、管網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)軟件、防火墻軟件。

2)數(shù)據(jù)傳輸層(數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò))。數(shù)據(jù)傳輸層采用短消息(SMS)/GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)具有無需布線，構(gòu)建簡單、快捷、穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸速率高，信號覆蓋范圍廣、實時性強(qiáng)、安全性高、維護(hù)成本低等特點。

3)數(shù)據(jù)采集層(前端硬件設(shè)備)。數(shù)據(jù)采集層中遠(yuǎn)程測控成套設(shè)備由遠(yuǎn)程測控終端(RTU)，DataRTU H86B-M遙測終端機(jī)組成。

圖1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)示意

3 系統(tǒng)功能

3.1 壓力和流量數(shù)據(jù)采集

壓力監(jiān)測點和流量監(jiān)測點是由采集設(shè)備和遠(yuǎn)程測控成套設(shè)備組成，傳感計量設(shè)備為壓力傳感器、流量計。監(jiān)測點數(shù)據(jù)采用RTU傳輸至監(jiān)測管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

專利權(quán)利要求中的錯誤初探：錯誤的形式、改正的途徑........................................................................孟 睿 徐棣楓 11.66

每一個壓力傳感器和智能水表配置SIM物聯(lián)網(wǎng)卡，工作頻率(GSM)為0.9 GHz/1.8 GHz，定時采集管網(wǎng)壓力和流量數(shù)據(jù)并通過無線GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳至管理中心，水務(wù)人員通過管理軟件查詢管網(wǎng)壓力數(shù)據(jù)。當(dāng)管網(wǎng)壓力出現(xiàn)異常時，智能水表將報警信息上傳至管理中心，管理中心可將告警信息轉(zhuǎn)發(fā)至水務(wù)人員，以便及時排查管網(wǎng)異常情況。

3.2 監(jiān)測原理

針對供水管網(wǎng)爆管、漏水、管網(wǎng)末梢壓力問題，利用供水管網(wǎng)上的遠(yuǎn)傳壓力表、遠(yuǎn)傳流量表，實時采集管網(wǎng)壓力、流量數(shù)據(jù)，設(shè)置管網(wǎng)壓力、流量上下限，根據(jù)采集實時數(shù)據(jù)及時預(yù)警，工作人員可以在信息中心遠(yuǎn)程監(jiān)測全區(qū)供水管網(wǎng)的壓力、流量情況，預(yù)防一些不必要損失的發(fā)生。

該系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測供水管網(wǎng)的壓力和流量監(jiān)測點，在GIS畫面上顯示監(jiān)測到的所有監(jiān)測點的空間位置靜態(tài)信息和實時動態(tài)監(jiān)測信息。一旦有報警，并在GIS總畫面上以閃爍形式顯示，形成GIS壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線，如圖2所示，GIS流量監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線如圖3所示。

圖2 GIS壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線示意

3.3 監(jiān)測點的設(shè)置

供水管網(wǎng)監(jiān)測點依據(jù)壓力和流量監(jiān)測設(shè)備，其設(shè)置不僅要考慮設(shè)備數(shù)量，而且要兼顧設(shè)備安裝位置的選取。增加監(jiān)測點設(shè)置數(shù)量雖可以提高城市供水管網(wǎng)壓力和流量的監(jiān)測準(zhǔn)確性，但無疑會增大數(shù)據(jù)傳輸量，不利于供水管網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析及處理。因此，應(yīng)在具有代表性的位置安裝監(jiān)測壓力和流量的設(shè)備，數(shù)量可相對減少。

3.4 系統(tǒng)功能

3.4.1 供水管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)

供水管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)由數(shù)據(jù)服務(wù)器、服務(wù)管理端和手持巡檢儀三部分組成。數(shù)據(jù)服務(wù)器為用戶提供查詢、更新、事務(wù)管理、高速緩存及多用戶存取等功能。管理人員登錄服務(wù)管理端進(jìn)入工作界面，通過巡檢人員現(xiàn)場采集的管線及設(shè)施的運行狀態(tài)和運行數(shù)據(jù)，安排對管線和設(shè)施進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，并通過以上數(shù)據(jù)的積累和數(shù)據(jù)挖掘為管線和設(shè)施的更新、選型決策提供依據(jù)。手持巡檢儀具有良好的人機(jī)界面，便于運行人員掌握和操作，操作過程中語音功能、手寫輸入方式均方便巡檢人員在巡更過程中記錄設(shè)備信息。

圖3 GIS流量監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線示意

3.4.2 供水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)

供水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)可設(shè)置壓力上、下限報警值，瞬時流量上、下限報警值，實時上報或定時上報，輔助預(yù)測爆管等分析功能；現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備選用帶防水性能的微功耗型，并支持市電、鋰電等多種供電方式；支持脈沖量和模擬量分時段報警功能、狀態(tài)(開關(guān)量)報警、模擬量上下限報警、信號強(qiáng)度報警、電池低電壓報警，并通過短信和電話的方式通知負(fù)責(zé)人，同時可設(shè)置4個報警電話號碼及IP地址；查詢歷史數(shù)據(jù)功能。

3.5 數(shù)字智能抄表系統(tǒng)

該縣供水管網(wǎng)采用了智能水表，結(jié)合GSM/GPRS無線網(wǎng)絡(luò)方式組成數(shù)字智能抄表系統(tǒng)。智能水表采用先進(jìn)的超聲波測量技術(shù)，計量水流量。運行人員可通過管理軟件查詢水表累積水量、瞬時流量等數(shù)據(jù)。另外，根據(jù)需要，智能水表還可配置管網(wǎng)壓力檢測的功能，定時采集管網(wǎng)壓力數(shù)據(jù)并通過GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳至管理中心，運行人員可通過管理軟件查詢管網(wǎng)壓力數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)特點

4.1 數(shù)字智能管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)

供水管網(wǎng)智能巡檢系統(tǒng)可應(yīng)用于供水管道巡檢、自來水管道巡檢等領(lǐng)域，該系統(tǒng)的使用，使從事管網(wǎng)檢漏、搶修、巡檢、查勘、施工和營業(yè)服務(wù)人員全面了解供水管網(wǎng)的分布、運行和用戶信息情況，不但節(jié)省了大量的工作時間和人力物力，還提高了員工的工作效率，促進(jìn)了企業(yè)的精細(xì)化管理，使供水企業(yè)的勞動生產(chǎn)率、經(jīng)營管理和服務(wù)效率大幅提高，管網(wǎng)漏損率和管理成本大幅降低。

4.2 數(shù)字智能抄表系統(tǒng)

當(dāng)管網(wǎng)壓力出現(xiàn)異常時，智能水表將報警信息上傳至管理中心，管理中心可將告警信息轉(zhuǎn)發(fā)至管網(wǎng)人員，以便及時排查管網(wǎng)異常情況。

4.3 多元化繳費

實現(xiàn)網(wǎng)上銀行、支付寶、微信等平臺繳費，方便又省力。滿足用戶需求，緩解營業(yè)廳繳費高峰期的壓力。

5 結(jié)束語

該系統(tǒng)的應(yīng)用可減少供水管網(wǎng)漏損情況，生產(chǎn)水量與銷售量差值控制在12%以內(nèi)。根據(jù)每天的管網(wǎng)運行參數(shù)，實時對比分析，將異常參數(shù)及時推送給相關(guān)人員，結(jié)合GIS真正實現(xiàn)靠數(shù)據(jù)判斷故障、解決問題，為管網(wǎng)漏損管理提供快速的反應(yīng)時間，為公司帶來實際的經(jīng)濟(jì)效益；減少運營人員約50%以上，節(jié)省開支；采用智能抄表，降低運行人員的勞動強(qiáng)度，減少紙張浪費；應(yīng)用微信、支付寶等方式繳費，不用專人催繳水費，方便了用水戶，提高了服務(wù)水平。