远程测控系统在供水行业中的应用

摘 要:供水系统是保障社会稳定和经济发展的基础设施。现今,国内外具有不同特色的输水监控系统已被广泛采用,降低了供水成本,提高了供水效率。面对我国监测控制手段落后等难题,研究一种具有远程通信、监测、控制功能的供水监控系统是非常必要的。

关键词:远程供水 自动监控 GPRS RTU DTU

随着工业的发展,工业上对供水质量的要求也越来越高,当供水压力低时,甚至停水时,会给企业带来难以估量的损失,但现有供水系统经常会出现这些情况。要从根本上弥补现有供水系统的不足,满足人们对供水质量的要求,研发具有远程通信功能、远程测试功能、远程控制功能、远程故障诊断功能的新型供水

系统势在必行。新型供水系统是远程通信技术、计算机测量和控制技术、电力电子技术、故障诊断技术、现代控制技术等技术相结合的产物。它能实时检测到水厂供水设备和二次供水设备的工作状况,当检测到各个供水设备有故障或工作状况达不到要求时,可以由管理员进行处理或由计算机自动处理,从而及时处理各种故障和改善各个设备的工作状况,使各个供水设备工作良好,保证供水质量。

我国自80年代中后期起,陆续有一些城市利用外资建设,或引进了成套的供水系统现代化监控仪表与设备,这些举措加速了我国供水工业的发展,并在某些方面取得了较大的成果。但是我国大多数供水系统的监控技术仍是很落后的,基本以人工操作为主,很难适应现代化的需求。其问题集中表现在水调度实时性差、故障反应周期长、信息共享程度低、劳动生产率低下等方面。

而通过对供水系统的远程控制;就可以利用GPRS的无线DDN解决方案通过TCP/IP和UDP等通信协议将测控系统的信息传送给监控中心,监控中心再根据这些信息,发出控制指令,来控制阀门开度调节等等的操作;监控中心与用户终端通过internet技术在IE浏览器中实现信息查询,使得用户在能上网的地方,通过IE浏览器,就可以登录查询用水量和供水调节过程,极大地方便了用户及系统管理。

测控系统由核心设备RTU和执行机构电动蝶阀构成,负责采集和上传现场数据,并按照接收到的控制指令来调节执行机构,以达到对目标值的控制功能;通信系统由现场调制解调器DTU、中国移动GPRS网关、以及与监控中心相连接的光纤构成,负责对数据的透明传输;监控中心由服务器、交换机、防火墙、路由器以及监控终端组成,负责对数据进行存储、综合分析以及发送控制指令,同时提供短信查询功能。测控系统采集到的数据由调制解调器利用基于GPRS的无线DDN网络传递到监控中心,并通过TCP/IP协议进行数据交换;监控中心与用户终端通过internet技术在IE浏览器中实现信息查询,并可快速获取各个测控系统终端设备的工作状况信息;监控中心工作人员根据数据分析情况发送出目标值,测控系统接到目标值后利用PID技术控制阀门开度,完成控制职能。

要实现该功能,首先,是统通信方式的选择。GPRS通信方式是指监控系统以GPRS分组型数据业务为基础,通过GPRS网络完成远程数据传输和远程终端监控的通信方式。GPRS突破了GSM网络只能提供电路交换的思维方式,只需要通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换。由于GPRS网络的数据传输的高速性和使用成本的低廉性,当前对GPRS在远程监控方面的开发和应用,可谓如火如荼。可以说GPRS是目前远程监控系统中性价比最高的通信方式。为了实现通信系统对数据的发送与接收、支持UDP传输协议、可实现通信链路的自动检测与激活等要求,可以选择DTU作为中GPRS数据通信终端。

其次,是测控系统终端设备的选择。在该供水系统中各个测控终系统的主要功能是:接收监控中心的目标值,采集并上传传感器的检测结果,控制执行元件,使传感器的检测值和监控中心下传的目标值一致。RTU(RemoteTerminalUnit)是构成无线数据监控系统的核心装置,通常由信号输入/出模块、微处理器、有线/无线通信设备、电源及外壳等组成,由微处理器控制,并支持网络系统。它通过自身的软件(或智能软件)系统,可理想地实现数据中心系统对采集现场设备的遥测、遥控、遥信和遥调等功能。与PLC相比,它具有运算能力强、就地显示和控制、模拟量采集能力强、掉电保护程序不丢失、多种通信方式传输、有标准的通信协议等特点。因此,测控终端设备用RTU是合理的选择。

由于管网中所分布的监测站点从建立时间或计量设备规格等诸多方面均存在差异,因此系统建设的重要目的在于对站点现场的水情信号采集通信方式作以统一规划及远期技术要求。在系统的建设过程中逐一收集、整理站点的技术信息,按照信息种类、优先级别进行统一分析。对一些建成时间较早,计量仪器较为陈旧的监测站点既要保证采集信号的准确性又要设计系统的可扩展功能,保证在站点设备更新的情况下,现有系统仍能够兼容并平稳工作。对近期建立的站点,计量仪表与采集设备间的通信方式统一采用RS一485接口。对全部站点采用统一的远程网络通信协议。站点数据采集单元设计实现实时接收采集数据,并进行预处理,检查格式、解码、纠错、实时数据加时标,数据转发,数据报警、数据显示、设备自检等功能。这从技术上保证了系统的性能,为管理优化提供了良好的基础和平台。

最后,是监控中心的设计。从功能上看,监控中心主要提供数据查询浏览、数据汇总分析、数据报警、现场图形模拟、测控系统运行情况报告、提供计算模块、多窗口显示、报表生成、用户帮助等功能。从监控中心的硬件配置上看主要包括了一台作为监控中心服务器的工业计算机、企业内部局域网、数据库服务器、打印机等外围设备四个部分。

系统以数据传输子系统为通信平台,将输水管网内各个泵站、测站、用水单位站点全部联网,并与数据中心保持实时连接。中心软件系统分为三级建设,包括系统数据库建设,系统初始化及参数维护系统建设,数据浏览分析系统建设。其中最关键的就是系统数据库的设计。由于供水管网系统数据量庞大,数据形式复杂多样,数据库设计的好坏对监控中心系统的运行及其维护有着十分重要的影响。数据库系统建设包括基础存储单元设计,系统参数表设计,数据分析运算处理以及数据存储的分配、备份、转移等维护功能设计。数据库设计监测的水情数据包括监测站点水位情况、管线瞬时流量情况、管道压力情况、站点累计用水量情况等系列数据。监测系统在水情的测量,数据传输,数据处理和存储上采用先进可靠的技术,保证整个系统在技术上的先进性和所提供数据的准确性。

测控系统的使用,不仅提高了工程管理与供水服务水平、而且增强了输水调度科学性、缩短了事故发生与工程抢修之间的时间。具体表现以下几点:

1、系统可以实现输水信息(流量、压力、水位、阀位、累计水量等)的24小时全面监测。实现了输水信息的自动采集,传输、入库处理、流量自动控制等功能。

2、流量自动监控系统所选用的设备(采集控制设备RTU、传输设备GPRS调制解调器、存储设备等),都是目前技术先进的设备。

3、系统采集的数据准确,通信系统安全性高,流量控制可靠。

4、系统应用各种新技术和设备,实现输水自动监测和控制,数据传输快捷,以图形、曲线方式显示实时数据。用户可以在局域网用IE等浏览器监视输水数据。实现了输水信息的自动化、网络化管理。

5、系统能够及时发出报警信息,使管理人员在最短时间发现险情,及时采取抢修措施,保障安全输水,最大限度地减少水源浪费,降低输水运行成本。

6、输水流量的远程自动控制准确、可靠,改变了人工现场流量调节方式。为实现输水工程的科学化、现代化管理打下坚实的基础。该控制方式可以应用到其他管线出口流量控制。

7、管道流量自动监控系统的正常运行,能满足各类业务人员进行实时查询和业务分析的需要,克服了以前输水信息时效性差、种类不全、基准不一、记录不连续的缺点,对提高输水监测和管理水平起到积极作用。

8、系统采用模块化设计,预留了软件和硬件扩展接口,可以扩展到整个输水管网的自动监控。

远程供水自动监控系统的投入使用,必将使供水数据的采集、传输、存储、处理、查询、分析、统计、报警和发布实现自动化,在供水系统中实现由自动监测向自动控制转变,提升水利管理工作的科研水平,创造可观的经济效益和良好的社会效益。