1 概述

供輸水管網(wǎng)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)適應(yīng)供水企業(yè)實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng) 的壓力、流量等遠(yuǎn)程在線監(jiān)控，以科學(xué)的方式實(shí)現(xiàn)水管網(wǎng)科學(xué)調(diào)度，并通過(guò)壓力值變動(dòng)、夜間最小流量分析、發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)爆管及漏損等問(wèn)題。為保證供水工作的科學(xué)性，依靠現(xiàn)代計(jì)算機(jī)通信技術(shù)和傳感技術(shù)，實(shí)施對(duì)供水管道的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且能夠自動(dòng)傳輸?shù)缴霞?jí)主管部門(mén)，監(jiān)測(cè)輸水管道、供水管道的壓力、流量信息；及時(shí)發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)故障，提高維護(hù)效率、降低損失，保障輸水、供水質(zhì)量，達(dá)到科學(xué)預(yù)警，減少成本，提高效率的目的；消除了供水管網(wǎng)“跑、冒、滴、漏”及“卡脖管”等問(wèn)題，進(jìn)一步降低了管網(wǎng)漏失率，擴(kuò)大了行業(yè)收益。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

各站點(diǎn)使用3G/4G無(wú)線通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通過(guò)RS485接口與PLC連接，周期性采集PLC寄存器并緩存（多包并發(fā)采集），無(wú)需固定IP或綁定域名即可實(shí)現(xiàn)對(duì)各站點(diǎn)數(shù)據(jù)的無(wú)線監(jiān)控，采用Web數(shù)據(jù)接口HTTP協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，通過(guò)Internet互聯(lián)網(wǎng)和3G/4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收管道壓力、流量等數(shù)據(jù)，進(jìn)行管道數(shù)據(jù)分析、顯示、查詢、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表打印等功能，客戶端支持PC、手機(jī)、平板等設(shè)備，可以跨廣域網(wǎng)、跨操作系統(tǒng)來(lái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)方式更為靈活。基于三層結(jié)構(gòu)Web應(yīng)用技術(shù)，使企業(yè)內(nèi)部上至高層領(lǐng)導(dǎo)，下至普通員工都可以通過(guò)各自的權(quán)限在瀏覽器上共享、分析、處理和應(yīng)用企業(yè)內(nèi)部的各種信息，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化、運(yùn)營(yíng)智能化、管理決策科學(xué)化、信息資源化和運(yùn)作網(wǎng)絡(luò)化的信息傳遞機(jī)制。系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示。

3 系統(tǒng)組成

供輸水管網(wǎng)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的在于：解決管道爆管問(wèn)題、管網(wǎng)漏損導(dǎo)致嚴(yán)重的資源浪費(fèi)等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)故障，提高維護(hù)效率、降低損失，保障輸水、供水質(zhì)量，達(dá)到科學(xué)預(yù)警，減少成本，提高效率的目的。系統(tǒng)由以下各部分組成：

監(jiān)控中心：計(jì)算機(jī)工作站，管網(wǎng)GIS系統(tǒng)、供輸水SCADA系統(tǒng)、管網(wǎng)模型系統(tǒng)、信息化集成系統(tǒng)；

通信網(wǎng)絡(luò)：通過(guò)巨控科技GRM230物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)使用3G/4G的無(wú)線傳輸方式將數(shù)據(jù)通過(guò)因特網(wǎng)傳輸?shù)侥康闹行模?/span>

下位機(jī)硬件系統(tǒng)：基于PLC的下位機(jī)控制系統(tǒng)；

測(cè)量?jī)x表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)：流量計(jì)、壓力/溫度變送器、球閥、蝶閥、多功能控制閥；

3.1 監(jiān)控中心

3.1.1 管網(wǎng)GIS系統(tǒng)

GIS系統(tǒng)主要包括三個(gè)子系統(tǒng)：桌面GIS系統(tǒng)(C/S結(jié)構(gòu))、Web.GIS系統(tǒng)(B/S結(jié)構(gòu))和掌上GIS系統(tǒng)(M/S結(jié)構(gòu))。供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)是將管網(wǎng)資料數(shù)字化的軟件平臺(tái)，同時(shí)具備信息化管理的一些功能，如管道安全評(píng)估、事故關(guān)閥、爆管分析等。供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)從施工建設(shè)時(shí)期就開(kāi)始收集準(zhǔn)確的原始資料，建立全要素的供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)。面對(duì)傳統(tǒng)供水管網(wǎng)調(diào)度模式存在的不足，新時(shí)期城市供水管網(wǎng)測(cè)量要堅(jiān)持科技創(chuàng)新原則，將供水GIS系統(tǒng)與各業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的信息交互與共享。利用供水管網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)和各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，平臺(tái)可以進(jìn)行跨業(yè)務(wù)系統(tǒng)的綜合分析，實(shí)現(xiàn)綜合運(yùn)營(yíng)監(jiān)管、調(diào)度指揮決策，從而提升供水企業(yè)的綜合管理效率。

以城市基礎(chǔ)地形圖為基礎(chǔ)，以供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)為核心，緊密結(jié)合供水管網(wǎng)管理需求，采用C/S、B/S、M/S相結(jié)合的方式，采集、管理、更新、分析供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)，為供水管網(wǎng)的正常運(yùn)行提供了一套科學(xué)、有效的信息化管理工作。

3.1.2 供輸水SCADA系統(tǒng)

系統(tǒng)包括管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)、用戶水量水壓在線監(jiān)測(cè)、管段流量壓力在線監(jiān)測(cè)等三個(gè)子系統(tǒng)。通過(guò)SCADA實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)高性能的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視，并且可通過(guò)SCADA實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)設(shè)備的高可靠性的操控。充分利用完整的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)和報(bào)警事件數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)，基于所存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)方便的進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)、事故分析和追憶。實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的信息化管理。

實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的優(yōu)化展示，SCADA系統(tǒng)具有強(qiáng)大的圖形開(kāi)發(fā)工具，絢麗的圖形對(duì)象，豐富的屬性設(shè)置和動(dòng)畫(huà)連接，可制作立體的展示效果，將供輸水管網(wǎng)數(shù)據(jù)在圖形上的展示發(fā)揮的淋漓盡致。

3.1.3 管網(wǎng)模型系統(tǒng)

通過(guò)SCADA系統(tǒng)只能了解有限數(shù)量的在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，而管網(wǎng)模型則可以模擬出整個(gè)管網(wǎng)的運(yùn)行情況，并通過(guò)在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校核。供水管網(wǎng)水力模型的主要目的是精確地模擬域內(nèi)的管網(wǎng)運(yùn)行情況，并以此為基礎(chǔ)建立精確的水質(zhì)模型．可以模擬管網(wǎng)中的水齡以及余氯變化，為保障優(yōu)質(zhì)供水提供科學(xué)的管理工具。系統(tǒng)采集的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)可用來(lái)進(jìn)行管網(wǎng)模型的在線模擬，與監(jiān)測(cè)點(diǎn)在線壓力、流量和水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)異常。

3.1.4 信息化集成系統(tǒng)

信息化集成系統(tǒng)將管網(wǎng)GIS系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)、管網(wǎng)水力模型集成在同一平臺(tái)上。它利用GIS強(qiáng)大的圖形展現(xiàn)、空間查詢和地理分析等功能，對(duì)供水管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、SCADA等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以及客服、營(yíng)業(yè)等歷史數(shù)據(jù)和水力模型的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行更加充分的挖掘、分析和利用。

供水信息化集成系統(tǒng)豐富了GIS的查詢功能，將實(shí)時(shí)流量、水壓、水質(zhì)和用戶用水量數(shù)據(jù)接入集成平臺(tái)，使得管網(wǎng)水力模型第一時(shí)間獲得模型計(jì)算與校核的真實(shí)數(shù)據(jù)，從而使平臺(tái)中既有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)又有模擬數(shù)據(jù)，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，極大地方便了操作人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。它使各系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，提升了數(shù)據(jù)的更新速度，為調(diào)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(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從原水取水輸送、水廠制水到管網(wǎng)輸水系統(tǒng)的全過(guò)程監(jiān)控。GIS系統(tǒng)具備強(qiáng)大的空間分析功能?？梢约杀O(jiān)測(cè)、模擬、調(diào)度等一系列應(yīng)用。以GIS平臺(tái)為基礎(chǔ)，集成GIS系統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)據(jù)、SCADA系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和模型系統(tǒng)的模擬數(shù)據(jù)，形成圖數(shù)結(jié)合的展示方式。利用GIS強(qiáng)大的圖形展現(xiàn)、空間查詢和地理分析等功能，對(duì)供水管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、SCADA實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和水力模型的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行更加充分的挖掘、分析和利用。平臺(tái)內(nèi)容采用Web.GIS的方式進(jìn)行發(fā)布?？梢酝ㄟ^(guò)登陸網(wǎng)頁(yè)的方式進(jìn)行瀏覽和操作。

3.2 通訊網(wǎng)絡(luò)

近年來(lái)，隨著用戶需求的不斷提高，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的日趨完善，PLC遠(yuǎn)程控制已經(jīng)成為客戶的基本訴求，如何以最低的成本實(shí)現(xiàn)PLC與軟件的對(duì)接成為關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。傳統(tǒng)的串口通訊方式需要耗費(fèi)大量的人力物力進(jìn)行綜合布線；依靠普通DTU需要根據(jù)不同的軟件定制驅(qū)動(dòng)或協(xié)議，這無(wú)形中增加了工程的成本。

通過(guò)巨控科技GRM230物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)使用3G/4G的無(wú)線傳輸方式將數(shù)據(jù)通過(guò)因特網(wǎng)傳輸?shù)侥康闹行?；PLC通過(guò)GRM230終端與工業(yè)云平臺(tái)通訊在網(wǎng)絡(luò)上始終是加密壓縮的數(shù)據(jù)流，相對(duì)DTU透?jìng)髂K，不僅可以節(jié)省流量，同時(shí)從根本上避免了網(wǎng)絡(luò)層監(jiān)聽(tīng)直接獲取PLC數(shù)據(jù)的可能。使用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞侥芄?jié)省很大的人力物力，部署便捷、維護(hù)簡(jiǎn)便。

3.3 下位機(jī)硬件系統(tǒng)

使用西門(mén)子S7-200 Smart系列PLC組成下位機(jī)硬件系統(tǒng)，配置如下圖所示：ST20為主控CUP，GRM230物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通過(guò)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(hào)板擴(kuò)展一路RS485接口實(shí)現(xiàn)對(duì)電表電能參數(shù)和機(jī)箱內(nèi)部溫濕度數(shù)據(jù)的輪詢采集，EM AM06模擬量模塊完成對(duì)電磁流量計(jì)、壓力變送器、溫度變送器、球閥開(kāi)度反饋等信號(hào)的實(shí)時(shí)采集及球閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)。

下位機(jī)I/O分配如下表所示：

4 系統(tǒng)特點(diǎn)及功能

4.1 特點(diǎn)

準(zhǔn)確性：計(jì)量數(shù)據(jù)報(bào)告及時(shí)、準(zhǔn)確；運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)無(wú)丟失；運(yùn)行資料可追蹤；

可靠性：全天候運(yùn)行；傳輸系統(tǒng)獨(dú)立完整；

先進(jìn)性：成熟穩(wěn)定的PLC控制系統(tǒng)；流量的閉環(huán)調(diào)節(jié)；系統(tǒng)功能擴(kuò)展性強(qiáng)；

4.2 功能

供輸水管網(wǎng)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)是一套以在線監(jiān)控設(shè)備為核心，運(yùn)用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)專用分析軟件。對(duì)管網(wǎng)水質(zhì)、壓力和流量等監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)快速收集、存貯、處理、查詢、報(bào)表、預(yù)警的綜合性監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。包含以下功能：

◆測(cè)點(diǎn)分布總覽  ◆最新數(shù)據(jù)監(jiān)控  ◆超限自動(dòng)報(bào)警  ◆壓力曲線分析

◆智能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)  ◆歷史數(shù)據(jù)查詢  ◆用戶信息管理 ◆測(cè)點(diǎn)信息設(shè)置