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摘要: 本文介紹了組態(tài)王通過GPRS網(wǎng)絡(luò)對供水管網(wǎng)壓力、水質(zhì)遠(yuǎn)程測控調(diào)度以及小區(qū)泵站進(jìn)行監(jiān)控和管理。介紹了自動化控制技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)對供水管網(wǎng)調(diào)度的有效管理，采用自動化控制方式極大提高相關(guān)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(shè)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(chǔ)設(shè)施和經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展的源泉，加強(qiáng)對供水管網(wǎng)調(diào)度的信息化建設(shè)具有相當(dāng)重要意義。利用計算機(jī)信息技術(shù)、通信技術(shù)和自動控制技術(shù)對整個供水管網(wǎng)運(yùn)行過程的主要參數(shù)、管網(wǎng)信息、設(shè)備運(yùn)狀況進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測、實(shí)時調(diào)度和自動化控制，實(shí)現(xiàn)自動化信息管理，并將監(jiān)測點(diǎn)信息用組態(tài)畫面顯示，直觀表達(dá)管網(wǎng)運(yùn)行狀況和監(jiān)控點(diǎn)狀態(tài)，再結(jié)合預(yù)測、統(tǒng)計、數(shù)學(xué)模型、空間分析等手段，根據(jù)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)和實(shí)際情況，進(jìn)行優(yōu)化控制反饋，完成對供水管網(wǎng)調(diào)度各個環(huán)節(jié)的合理配置。供水管網(wǎng)調(diào)度與輔助決策問題，成為保障供水管網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行關(guān)鍵所在。目前利用SCADA系統(tǒng)技術(shù)結(jié)合GPRS無線通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計的供水管網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，在對管網(wǎng)的快速、準(zhǔn)確監(jiān)控、安全維護(hù)、管網(wǎng)合理設(shè)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(diào)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(diǎn)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(diǎn)組成，各個水源監(jiān)測點(diǎn)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(guān)部門分析和決策取用，提高工作效率，保證供水質(zhì)量，滿足日益增產(chǎn)的用水量的需求。
城市供水管網(wǎng)調(diào)度需要對各個自來水廠進(jìn)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(diào)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(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)可以對遠(yuǎn)程現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)管道壓力、水流量的數(shù)據(jù)傳送及閥門開關(guān)的自動控制，降低了故障率和提高了對系統(tǒng)的反應(yīng)時間。便于及時迅速的了解及控制遠(yuǎn)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(diǎn)的數(shù)據(jù)采集終端可自動采集管道壓力、水流量的實(shí)時數(shù)據(jù)與開關(guān)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(jìn)行分析，可找到出故障的地點(diǎn)，從而當(dāng)一個遠(yuǎn)端出現(xiàn)故障時，能在最短的時間內(nèi)解決問題，恢復(fù)供水，提高了整體的服務(wù)水平，從而實(shí)現(xiàn)了城市供水的信息化、現(xiàn)代化。
本文以廈門水務(wù)集團(tuán)供水管網(wǎng)遠(yuǎn)程測控調(diào)度系統(tǒng)及小區(qū)泵站運(yùn)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(shè)計方案的應(yīng)用，以及組態(tài)王如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)。
三、系統(tǒng)構(gòu)成與配置
1、系統(tǒng)構(gòu)成
廈門水務(wù)集團(tuán)供水管網(wǎng)壓力、水質(zhì)遠(yuǎn)程測控調(diào)度系統(tǒng)及小區(qū)泵站運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)(GPRS)由供水管網(wǎng)壓力、水質(zhì)遠(yuǎn)程測控調(diào)度和小區(qū)泵站運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)組成。
1> 供水管網(wǎng)遠(yuǎn)程測控調(diào)度系統(tǒng)由調(diào)度中心、GPRS 網(wǎng)絡(luò)APN專線、無線GPRS網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程終端單元（RTU）幾個部分組成，如圖1所示。
遠(yuǎn)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(diǎn)上，采用西門子S7－200系列PLC與現(xiàn)場設(shè)備的開關(guān)量、模擬量信號相連，能提供4路4-20mA模擬輸入、14路開關(guān)量輸入、10路開關(guān)量輸出。遠(yuǎn)程終端可以自行進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)各監(jiān)控中心發(fā)出的查詢請求，將實(shí)時時刻或歷史時刻的數(shù)據(jù)發(fā)給調(diào)度中心。
無線GPRS網(wǎng)絡(luò)：采用中國移動GPRS網(wǎng)絡(luò)的專用APN形式入網(wǎng)，每個SIM卡綁定固定移動內(nèi)部IP，擁有獨(dú)立上網(wǎng)APN名，網(wǎng)內(nèi)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(luò)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(luò)中的DTU模塊可以直接訪問到水務(wù)集團(tuán)內(nèi)部的主機(jī)。使用APN專線通信穩(wěn)定，不會有撥號時經(jīng)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(diào)度中心：由兩套配有上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的PC及GPRS光纖專線和GPRS模塊撥號組成雙機(jī)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(shè)置于公司調(diào)度中心，通過網(wǎng)絡(luò)與公司內(nèi)部網(wǎng)連接，調(diào)度中心PC驅(qū)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(jī)上報的數(shù)據(jù)及告警信息，定時巡測、手動巡測、隨機(jī)抽測、分組巡測數(shù)據(jù)，同時對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，具有查詢、統(tǒng)計、報表等功能。
2> 小區(qū)泵站運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)由泵站監(jiān)控中心、無線GPRS網(wǎng)絡(luò)、泵站終端組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
泵站終端:設(shè)置于各小區(qū)加壓泵站，由研華工控機(jī)（包括板卡）控制加壓泵站進(jìn)行自動供水，其控制通過組態(tài)王軟件來實(shí)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(shè)置于泵站監(jiān)控中心，通過網(wǎng)絡(luò)與公司內(nèi)部網(wǎng)連接。泵站監(jiān)控中心PC驅(qū)動GPRS通信模塊向泵站終端下發(fā)控制信息和接收下位機(jī)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(yùn)行界面類似的工藝模擬圖，同時對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)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(bǔ)丁6)/Win XP簡體中文版。
應(yīng)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(chǎn)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(diǎn)。監(jiān)控系統(tǒng)配置兩臺監(jiān)測計算機(jī)，監(jiān)控界面功能完全相同，進(jìn)行雙機(jī)熱備，保障了系統(tǒng)的安全可靠的運(yùn)行。
2> 系統(tǒng)硬件配置：
主機(jī)：奔騰PIII 500以上IBM PC 或兼容機(jī)
內(nèi)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(biāo)：任何PC兼容鼠標(biāo)
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(diǎn)數(shù)據(jù)(66個測點(diǎn)、分為56個壓力量、16個水質(zhì)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(diǎn)數(shù)據(jù)、在線情況及進(jìn)行相關(guān)操作。調(diào)度中心PC能驅(qū)動GPRS通信模塊向測點(diǎn)下發(fā)配置信息、控制信息，及接收下位機(jī)上報的數(shù)據(jù)及告警信息，同時對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)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(jī)抽測、分組召測；
遙控功能：控制RTU開關(guān)量輸出點(diǎn)的開、關(guān)狀態(tài)、遙信開關(guān)狀態(tài)；
參數(shù)狀態(tài)管理功能：設(shè)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(diǎn)號、IP地址等參數(shù)的設(shè)定）；
在線組態(tài)功能：新增RTU數(shù)據(jù)采集點(diǎn)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(jìn)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(guān)狀態(tài)、各種系統(tǒng)圖形等。
數(shù)據(jù)共享功能：在主機(jī)上運(yùn)行組態(tài)王及WEB服務(wù)軟件，使水務(wù)集團(tuán)公司寬帶內(nèi)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(diǎn)的實(shí)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(rèn)證授權(quán)方式控制該用戶可訪問那些監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
3、典型功能詳述
管網(wǎng)測點(diǎn)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(diǎn)數(shù)據(jù)畫面”，此畫面中可以查看到所有管網(wǎng)測點(diǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時值，各測點(diǎn)GPRS信號在線情況，及含有手動采集、報表曲線、參數(shù)設(shè)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(shí)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(zhuǎn)到詳細(xì)數(shù)據(jù)監(jiān)控畫面，包括同安數(shù)據(jù)、杏林?jǐn)?shù)據(jù)、集美數(shù)據(jù)、海滄數(shù)據(jù)，并對水質(zhì)數(shù)據(jù)、流量數(shù)據(jù)、泵站數(shù)據(jù)進(jìn)行分類監(jiān)控，系統(tǒng)具有強(qiáng)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(wù)，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(shè)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(shí)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(jìn)行監(jiān)控和分析，另外通過畫面的連接可以調(diào)出各個泵站的設(shè)備監(jiān)控畫面，即如圖5所示，直觀地對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，畫面美觀形象，人機(jī)界面良好，能夠清晰的反映出設(shè)備運(yùn)行狀況和報警信息，更方便工作人員的操作。
Web技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用：該監(jiān)控系統(tǒng)除在調(diào)度中心兩臺可以直接操作監(jiān)控的界面外，還向集團(tuán)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)提供一個WEB網(wǎng)頁訪問功能，只要與調(diào)度中心的GPRS監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連的計算機(jī)都能訪問到，其實(shí)時數(shù)據(jù)視圖如圖6所示。在web頁面中，提供了與調(diào)度中心同樣的監(jiān)控畫面、提供顯示實(shí)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(jìn)行查詢，具有用戶權(quán)限管理功能。
五、結(jié)語
本系統(tǒng)采用組態(tài)軟件結(jié)合GPRS構(gòu)建供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)，對于用戶來說，由于通信費(fèi)用較低，享受到了實(shí)惠。另外，由于接入設(shè)備可以移動，當(dāng)管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)搬遷時設(shè)備可隨之遷移并可繼續(xù)使用，可以保護(hù)用戶原有投資，適合于供水調(diào)度監(jiān)控工作的特點(diǎn)，能很好地滿足供水調(diào)監(jiān)控的需求。對于組態(tài)王來說，可以實(shí)現(xiàn)用戶對數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)控的目的，并且可以完成其他輔助功能，如強(qiáng)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(zhì)量，滿足日益增產(chǎn)的用水量的需求。
綜上所述，采用組態(tài)王軟件結(jié)合GPRS網(wǎng)絡(luò)的自來水供水管網(wǎng)GPRS遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)具有顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，其先進(jìn)性、實(shí)用性、擴(kuò)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(yīng)用，為供水行業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。
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