供輸水管網無線監控系統應用

1 概述

供輸水管網無線監控系統適應供水企業實現供水管網 的壓力、流量等遠程在線監控，以科學的方式實現水管網科學調度，并通過壓力值變動、夜間最小流量分析、發現管網爆管及漏損等問題。為保證供水工作的科學性，依靠現代計算機通信技術和傳感技術，實施對供水管道的遠程實時監測，并且能夠自動傳輸到上級主管部門，監測輸水管道、供水管道的壓力、流量信息；及時發現管網故障，提高維護效率、降低損失，保障輸水、供水質量，達到科學預警，減少成本，提高效率的目的；消除了供水管網“跑、冒、滴、漏”及“卡脖管”等問題，進一步降低了管網漏失率，擴大了行業收益。

2 系統架構

各站點使用3G/4G無線通訊方式進行數據傳輸，物聯網網關通過RS485接口與PLC連接，周期性采集PLC寄存器并緩存（多包并發采集），無需固定IP或綁定域名即可實現對各站點數據的無線監控，采用Web數據接口HTTP協議來實現對PLC數據的讀寫。系統采用B/S架構，通過Internet互聯網和3G/4G無線網絡接收管道壓力、流量等數據，進行管道數據分析、顯示、查詢、統計、報表打印等功能，客戶端支持PC、手機、平板等設備，可以跨廣域網、跨操作系統來訪問數據，實現方式更為靈活?；谌龑咏Y構Web應用技術，使企業內部上至高層領導，下至普通員工都可以通過各自的權限在瀏覽器上共享、分析、處理和應用企業內部的各種信息，實現生產自動化、運營智能化、管理決策科學化、信息資源化和運作網絡化的信息傳遞機制。系統架構如下圖所示。

3 系統組成

供輸水管網無線監控系統設計目的在于：解決管道爆管問題、管網漏損導致嚴重的資源浪費等，及時發現管網故障，提高維護效率、降低損失，保障輸水、供水質量，達到科學預警，減少成本，提高效率的目的。系統由以下各部分組成：

監控中心：計算機工作站，管網GIS系統、供輸水SCADA系統、管網模型系統、信息化集成系統；

通信網絡：通過巨控科技GRM230物聯網網關使用3G/4G的無線傳輸方式將數據通過因特網傳輸到目的中心；

下位機硬件系統：基于PLC的下位機控制系統；

測量儀表、執行機構：流量計、壓力/溫度變送器、球閥、蝶閥、多功能控制閥；

3.1 監控中心

3.1.1 管網GIS系統

GIS系統主要包括三個子系統：桌面GIS系統(C/S結構)、Web.GIS系統(B/S結構)和掌上GIS系統(M/S結構)。供水管網GIS系統是將管網資料數字化的軟件平臺，同時具備信息化管理的一些功能，如管道安全評估、事故關閥、爆管分析等。供水管網GIS系統從施工建設時期就開始收集準確的原始資料，建立全要素的供水管網地理信息系統。面對傳統供水管網調度模式存在的不足，新時期城市供水管網測量要堅持科技創新原則，將供水GIS系統與各業務系統進行集成，實現系統的信息交互與共享。利用供水管網GIS數據和各業務數據，平臺可以進行跨業務系統的綜合分析，實現綜合運營監管、調度指揮決策，從而提升供水企業的綜合管理效率。

以城市基礎地形圖為基礎，以供水管網數據為核心，緊密結合供水管網管理需求，采用C/S、B/S、M/S相結合的方式，采集、管理、更新、分析供水管網數據，為供水管網的正常運行提供了一套科學、有效的信息化管理工作。

3.1.2 供輸水SCADA系統

系統包括管網水質在線監測、用戶水量水壓在線監測、管段流量壓力在線監測等三個子系統。通過SCADA實現對現場數據高性能的數據采集與監視，并且可通過SCADA實現對各個設備的高可靠性的操控。充分利用完整的歷史數據庫和報警事件數據庫中數據，基于所存儲的歷史數據方便的進行分析統計、事故分析和追憶。實現管網的信息化管理。

實時生產數據的優化展示，SCADA系統具有強大的圖形開發工具，絢麗的圖形對象，豐富的屬性設置和動畫連接，可制作立體的展示效果，將供輸水管網數據在圖形上的展示發揮的淋漓盡致。

3.1.3 管網模型系統

通過SCADA系統只能了解有限數量的在線監測點的運行數據，而管網模型則可以模擬出整個管網的運行情況，并通過在線監測點數據進行校核。供水管網水力模型的主要目的是精確地模擬域內的管網運行情況，并以此為基礎建立精確的水質模型．可以模擬管網中的水齡以及余氯變化，為保障優質供水提供科學的管理工具。系統采集的實時運行數據可用來進行管網模型的在線模擬，與監測點在線壓力、流量和水質數據進行對比，可及時發現管網異常。

3.1.4 信息化集成系統

信息化集成系統將管網GIS系統、SCADA系統、管網水力模型集成在同一平臺上。它利用GIS強大的圖形展現、空間查詢和地理分析等功能，對供水管網基礎數據、SCADA等實時監測數據，以及客服、營業等歷史數據和水力模型的模擬數據進行更加充分的挖掘、分析和利用。

供水信息化集成系統豐富了GIS的查詢功能，將實時流量、水壓、水質和用戶用水量數據接入集成平臺，使得管網水力模型第一時間獲得模型計算與校核的真實數據，從而使平臺中既有實時數據又有模擬數據，結合歷史數據，極大地方便了操作人員對數據進行分析。它使各系統數據共享，提升了數據的更新速度，為調度、管理和決策人員提供更加高效的手段。

整合各供水SCADA系統，實現從原水取水輸送、水廠制水到管網輸水系統的全過程監控。GIS系統具備強大的空間分析功能?？梢约杀O測、模擬、調度等一系列應用。以GIS平臺為基礎，集成GIS系統的靜態數據、SCADA系統的動態數據和模型系統的模擬數據，形成圖數結合的展示方式。利用GIS強大的圖形展現、空間查詢和地理分析等功能，對供水管網基礎數據、SCADA實時監測數據和水力模型的模擬數據進行更加充分的挖掘、分析和利用。平臺內容采用Web.GIS的方式進行發布?？梢酝ㄟ^登陸網頁的方式進行瀏覽和操作。

3.2 通訊網絡

近年來，隨著用戶需求的不斷提高，網絡通訊技術的日趨完善，PLC遠程控制已經成為客戶的基本訴求，如何以最低的成本實現PLC與軟件的對接成為關注的熱點問題。傳統的串口通訊方式需要耗費大量的人力物力進行綜合布線；依靠普通DTU需要根據不同的軟件定制驅動或協議，這無形中增加了工程的成本。

通過巨控科技GRM230物聯網網關使用3G/4G的無線傳輸方式將數據通過因特網傳輸到目的中心；PLC通過GRM230終端與工業云平臺通訊在網絡上始終是加密壓縮的數據流，相對DTU透傳模塊，不僅可以節省流量，同時從根本上避免了網絡層監聽直接獲取PLC數據的可能。使用無線數據傳輸的方式能節省很大的人力物力，部署便捷、維護簡便。

3.3 下位機硬件系統

使用西門子S7-200 Smart系列PLC組成下位機硬件系統，配置如下圖所示：ST20為主控CUP，GRM230物聯網網關通過RS485接口與CPU本體RS485連接，周期性采集PLC寄存器并緩存，加裝SB CM01信號板擴展一路RS485接口實現對電表電能參數和機箱內部溫濕度數據的輪詢采集，EM AM06模擬量模塊完成對電磁流量計、壓力變送器、溫度變送器、球閥開度反饋等信號的實時采集及球閥的開度調節。

下位機I/O分配如下表所示：

4 系統特點及功能

4.1 特點

準確性：計量數據報告及時、準確；運行狀態數據無丟失；運行資料可追蹤；

可靠性：全天候運行；傳輸系統獨立完整；

先進性：成熟穩定的PLC控制系統；流量的閉環調節；系統功能擴展性強；

4.2 功能

供輸水管網無線監控系統是一套以在線監控設備為核心，運用現代物聯網技術，通過專用分析軟件。對管網水質、壓力和流量等監測信息進行實時快速收集、存貯、處理、查詢、報表、預警的綜合性監測管理系統。包含以下功能：

◆測點分布總覽  ◆最新數據監控  ◆超限自動報警  ◆壓力曲線分析

◆智能數據統計  ◆歷史數據查詢  ◆用戶信息管理 ◆測點信息設置