北京力控元通科技有限公司

     活动链接：2013年控制网技术专题---引领水工业智能化新时代 

    摘要：本文针对大部分城市已经建立的供水监控系统主要存在的问题，以力控实时数据pSpace为数据平台、结合SCADA监控软件ForceControl建立了基于Web的B/S模式的供水监控系统，以供水公司为工程节点建立一级管网监控中心，各个自来水厂为监控节点建立二级水厂监控系统，实现了供水公司对各个水厂的集中管理和远程监控。

   关键词：力控SCADA；软件；RTU；ForceControl；实时数据库pSpace； B/S 模式

   1 前言

   城市供水综合自动化监控系统一般包括供水总公司、水厂监控站、水源井监控站、水网加压站等。自来水的生产过程通常是由地表水或者水源井取水送到水厂，在水厂经过消毒、沉淀、过滤等过程后送入城市供水管网，提供给城市居民或者工业用户等使用。自来水生产流程如图1所示。 

   目前，许多城市的供水系统是以地下水为主要水源、多水厂处理的环状管网的供水系统，并且存在多个独立供水板块，系统分布区域范围大，供水公司的全局性管理和实时监控相对困难。大部分城市已经建立的供水监控系统主要存在以下几个问题： 

   (1)供水管网压力不稳定、通讯方式落后、系统相对封闭、没有建立有效的企业信息共享系统。大多数水厂的供水SCADA系统采用传统的相对独立的C/S模式，远程站点采用电台传递供水管网的相关数据和指令，不利于供水公司的集中管理和优化调度以及水厂之间的信息共享。

   (2)部分二级水厂的自来水生产监控系统的自动化程度较低， 水处理系统的可靠性较差，外输供水采用落后的人工控制方式， 浪费了大量的人力和物力，而且导致管网压力不稳定，供水公司无法及时浏览水厂的生产数据。

   (3)部分水厂的供水监控系统的冗余性不高，操作模式过于单一，经常由于一台设备的故障，而导致整个水厂供水监控系统的瘫痪，造成严重的经济损失。

   (4)系统依靠调度人员人工发出指令来实现优化调度，浪费大量的人力物力，调度人员则完全依靠个人经验进行调度。因此， 当系统出现故障时，调度人员很难及时发现和处理。
  
                      
                            图1 自来水生产工艺流程图   

   2 系统需求

   针对现阶段城市供水监控系统的缺陷和问题，新一代的供水监控系统必须具备以下条件： 

   (1)应建立基于Web的B/S模式的供水远程监控系统，将供水总公司作为工程节点，各个二级水厂作为监控节点，实现供水公司对各个水厂的集中管理和远程监控。

   (2)远程站点利用新的通讯方式GSM或GPRS，将供水管网的相关数据实时地传输到供水公司的一级监控中心。

   (3)将计算机SCADA远程监控系统融入各个水厂，建立高可靠性的水厂水处理控制系统，满足各个水厂的生产需求，并且可以将生产数据实时上传到供水公司。

   (4)应具有优化调度功能。根据管网监测系统反馈的运行状态数据，运用数学上的最优化技术，确定各个水厂的最佳供水量。进而确定供水泵站内最优工作水泵台数和组合，完成供水泵站的效率优化，从而解决供水不均，耗电大等问题。

   3 力控供水监控系统总体概述

   3.1 系统解决方案

   水厂监控中心以力控ForceControl组态软件作为监控平台， 采用无线GPRS方式实现数据通信，将实时数据上传到二级监控节点。各个水厂配备PLC（可编程控制器）作为硬件控制系统， 对包括取水、加药、滤池、送水等流程进行控制，采集液位、压力、流量、温度、水质以及水泵等相关实时数据，并通过光缆将数据上传到公司调度中心。

   供水总公司调度管理中心以力控pSpace实时历史数据库作为系统平台，汇总各个水厂上传的数据。供水总公司与水厂分控中心之间通过ADSL拨号方式实现数据交互，该方式具备速度快、流量大、费用低、易于维护等特点。同时系统设有力控pSpace WEB服务器，远程客户可以通过认证方式访问调度管理中心的数据。调度管理中心在保证安全、可靠、保质、保量的满足用户用水要求的前提下，根据供水监测系统采集的管网运行数据，运用科学的预测手段确定用水量及分布情况，运用数学上的最优化技术，从所有的各种调度方案中，确定一个使系统总运行费用最省，可靠性最高的优化调度方案。

   3.2 系统网络结构（如图2所示）
 
                       
                                  图2 系统架构图    

   4水厂监控中心建设

   水厂监控中心系统软件采用B/S结构，通过GPRS以及光缆通信方式对水网监测点、水源井监测点以及水厂的现场仪表，电机的工作状态与性能、水泵阀门开关量状态及出水水质指标的数据进行实时采集，为了保证生产过程的高可靠性，生产数据监测系统采用盘装仪表与计算机双模显示方式，各控制节点的控制任务由西门子PLC来完成。手动操作面板上设有面板/计算机控制转换开关，系统有手动、计算机软手动、自动三种控制方式，并且实现了不同操作方式之间的无扰动切换。系统通过实时监控画面对取水、混凝、沉淀、过滤、送水等整个供水管网实现统一监控给用户提供一个直观、简单的操作平台。

   4.1 形象逼真的实时监控界面

   集中显示整个供水管网的重要参数（如瞬时流量、压力、累计流量、报警状态、通讯状态），可按区域、地块划分用户，能够单独显示各个区域实时数据，如图3所示。

  4.1 形象逼真的实时监控界面
集中显示整个供水管网的重要参数（如瞬时流量、压力、累计流量、报警状态、通讯状态），可按区域、地块划分用户，能够单独显示各个区域实时数据，如图3所示。
 
                     
                            图3 监控画面   

  4.2 强大的数据报表、曲线查询功能

   系统自动生成日报表、月报表及年报表，管理人员可通过趋势、报表、历史回放等手段了解水厂过去的状况、分析未来的趋势，如图4所示。且可生成分时等特殊报表的功能。任意组合用户测量趋势、测量参数累计、故障时段等趋势记录通过打印机打印输出。
 
                      
                             图4 曲线   

   4.3 方便的报警/事件管理

   实时显示并记录就地流量测量系统的各种报警信息，如流量/压力的超限、仪表工作电源不正常、水泵工作异常、通讯故障等报警信息。

   4.3 方便的报警/事件管理

   实时显示并记录就地流量测量系统的各种报警信息，如流量/压力的超限、仪表工作电源不正常、水泵工作异常、通讯故障等报警信息。

   4.4 完备的安全保护机制

   力控提供了完备的安全保护机制，以保证生产过程的安全可靠，用户管理具备多个级别，并可根据级别限制对重要工艺参数的修改，以有效避免生产过程中的误操作。提供基于远程的用户管理，增加更多的用户级别及安全区，管理所有用户的远程登陆信息。 

   5 供水调度管理中心建设

   为了合理用水，优化水资源，同时还把现场信息和管理信息结合起来，供水调度管理中心以力控实时数据库pSpace为数据平台对采集的大量现场实时数据进行分析和处理，建立一套全集成的、开放的、全厂综合自动化的信息平台，把企业的横向通信(同一层不同节点的通信)和纵向通信(上、下层之间的通信)紧密联系在一起，形成一个意义更广泛的综合管理系统。

   力控企业级实时数据库 pSpace 是一个高性能、高吞吐能力、可靠性强、跨平台的实时/历史数据库系统。通过实时数据库平台的建设，实现供水高层次的决策和优化调度的支持。

   专业的优化调度数学模型：借助pSpace强大的数据处理、分析功能和其计算引擎针结合自来水公司运行特点，采用多种专业算法，在大量过程数据的基础上建立用水量预测模型、管网的网络分析模型等优化调度数学模型。

   丰富的客户端展示平台：通过客户端软件ForceControl，管理人员可通过趋势、报表、历史回放等手段了解水厂过去的状况、分析未来的趋势。

   实时的报警与事件检测平台：将数据转换为状态，采用多种检测方法实现复杂的报警事件检测，在事故发生前及时预警，确保系统安全稳定。 

   真正的企业信息门户平台：将多种数据集成后以门户的形式向广域网或局域网行发布，用户可从网页实现浏览。以方便快捷的方式为企业用户展示企业信息，了解供水公司的运行情况。

   6 结束语

   整个系统结构层次分明，良好的扩展性和系统集成性为以后的系统扩展和接入提供了充裕的接口，“无缝”的接入方式非常便于现场人员操作。整个系统的投运实现了现场层、控制层、管理层的紧密结合，使得全市的供水系统全面进入信息化时代，实现了水资源的可持续利用。

   摘自《自动化博览》2012年第十期