自来水网智能管理系统.docx

自来水网智能管理系统 自来水网智能管理系统1项目建设背景和意义水是人类赖以生存的一种自然资源。但随着经济的高速发展、人口的快速增加，污染物排放量持续增加，水污染日趋严重，影响人们的生活、生产秩序， 给生态环境造成不可逆的影响。因此，加强水资源管理已是刻不容缓的现实问题。其中，加强水质自动监测尤为重要，它是水资源管理的基础，为水资源的管理提供有效依据。近年中国经济的快速发展，城市化进程高速发展、环境污染日益严重，给城市自来水供应提出了严重的挑战。自来水供应系统的老化让已经不能满足日益增长的用户需求；自来水供应是关系民生的头等大事，自来水公司管网压力检测是保证自来水正常供应的重要环节，是自来水公司保证用户正常用水的依据。自来水系统的信息化建设改造已经日益迫切。供水管网系统是整个自来水公司水源合理调度使用的关键环节，过去一般采取人工抄表、电话报数、现场手动操作的原始调度方法。原始调度存在收集信息数量少、处理慢、传递迟、人工效益成本高、人工劳动强度相对比较大，整个的调度处于原始阶段。遇上爆漏及其他事故，整个的调水系统反映迟钝，导致因缺水损失扩大的现象。目前的供水管网测点系统进行信息化改造日益迫切。供水管网测点遍布城市的各个角落，地理位置非常分散，管网测点数据的采集和控制非常不方便；另一方面对于数据的采集与控制功能要求稳定，安全性要求较高。管网测点SCADA自动化控制系统的建成将有效的解决问题。目前，我国水质自动监测系统主要采用现场采集实验室分析的方法。该方法存在水质采样不足、缺乏自动测报能力、水质自动监测信息处理时效性差、没有对突发性污染事故的预警能力等问题。如何有效、可靠地对水质实时监测已成为一个必须解决的问题！针对此问题，提出以下基于GPRS 的自来水网智能管理系统方案。该系统运用GPRS技术，借助现有的移动通信网络实现对自来水管网内各环节的远程监测，实时监测取水点、增压点及居民用水点的水质及水压状况，确保供水质量；从而提高自来水行业的管理和服务水平。该系统具有不受地理环境、气候等因素限制，监测范围广，运行成本低，实时性好等优势，应用前景广阔。该监测系统运行后可节约水务部门对管网的监控管理成本，降低劳动强度，提高城市生活、生产用水质量，确保居民满意；使自来水的营业管理步入智能化、科学化，从而促进智慧城市的建设。自来水网智能监测平台建设，也将大力推动中移动M2M业务的发展，对于创新发展物联网，占领新产业起到示范作用。可见，该项目的实施可实现社会和企业的双赢，获得良好的社会和经济效益。2 自来水网智能管理系统简介2.1 系统组成充分利用计算机、信息通讯、GIS系统和自动控制技术，通过对城市内各个自来水泵房和供水管网相关数据的采集、传输、存储、处理和利用，并通过监测、传输、反馈及控制，达到对远端泵房无人职守管理和加强城市供水管网的优化管理，提高效率、节省人力物力资源，提高水利信息资源的应用水平和共享程度，从而全面提高水利建设和水务处理的效能及社会效益。水泵监控系统功能：水泵泵体表面的温度检测，报警及远传；瞬时流量的监测及远传；报警及远传水泵泵房非法闯入的红外检测、报警；水泵远程启停控制；水泵当前状态的监测及远传。中心软件实现的功能如下：实时上报数据的接收处理，写库；中心远程控制DTU的上报，复位；中心实时对下位DTU的通讯链路检测；二次表监测控制器故障自动上报报警；全部通迅数据日志记录功能；下位机数据的日、周、月、年报表生成。图1 系统组网图2.2 系统特点在自来水管网系统的取水点、增压点以及居民用水点设置监测点，通过水质、或水压数据采集终端对监测点水域的水质、水压信息进行实时或定时采样；然后数据采集终端将水质参数按照用户定义的数据帧格式打包，通过RS-232/485串口传送至GPRS数传终端。数传终端再将数据包封装成TCP/IP数据包，通过移动GPRS网络平台传送至监测主控服务器。采用先进的计算机控制系统，主要用于城市自来水网的生产控制、运行操作、监视管理。控制系统配有可靠的硬件设备和功能强大、运行可靠、界面友好的系统软件、编程软件、控制软件。现场控制站的DTU能够在恶劣的环境中长期可靠运行，并且易配置、易接线、易维护、隔离性好，结构坚固、抗腐蚀、适应较宽的温度变化范围。监测服务器将接收的数据进行处理、显示、储存、分类、造表、趋势图分析。而管理人员即可通过数据报表、曲线图，查看各监测点的水质、水压变化情况，实时准确地掌握管网中水质、水压的状态变化，及时发现环境污染事件，从而实现紧急事件的快速响应。自来水网智能管理系统为水务部门搭建了一个开放式的智能化监测管理平台，可以大大提高水务部门的管理和服务水平，提高用户满意度；该监测系统还可节约水务部门对管网的监控管理成本，降低劳动强度，推进自来水营业管理的智能化、科学化。本系统主要有以下业务层面和技术层面的鲜明特点：1、低运营费： 现在常用的多站点收费模式是以建立专线或VPN为基础，这种网络运营费是相当高的。而我们现在这套系统对网络要求很低只要能上网就能营业，比普通收费系统网络运营费的十分之一还要少。2、低成本： 使用传统的自来水管理系统时，需要在每台机上对程序进行安装，业务逻辑要在当前操作的机子上完成，所以要求每台机子的性能都很高；采用了本系统后，只需在服务器上进行部署安装，其它机器只作指令的发出和结果显示的作用，所有业务逻辑都在服务器上实现，因此大大降低了系统的硬件成本。3、高性能： 采用TCP/IP协议进行数据传输,因此对网络要求相当的高，稍有网络问题，就会发生正在传输的数据丢失；而本系统采用的是HTTP协议进行数据传输的，而且所有业务逻辑全在服务器上完成，因此不会造成数据的丢失。4、易维护：在传统系统中，所有的程序都放在中心服务器上进行集中管理，如果有升级或修改的需要，只需对服务器上的程序进行处理，不再需要对每台客户机器进行处理，从而大大减少了维护量。5、易操作：提供了良好的人机接口，用户可以很容易学习，象上网一样简单。6、开放的网络互连方式：运用GPRS、3G等新技术，可以实现通过手机进行短信催费；成功的为企业搭建无地域限制、无时空限制的信息共享平台。7、网上营业厅：用户可以通过互联网随时了解自己的用水情况、交费记录及账户余额，同时也是用户和自来水公司之间的互动平台，极大的方便了用户。8、适用性强：既适用于按表收费，又适用于按户收费，也适用于按人收费；同时可设定低度收费，违约金等。9、方便、快捷的统计分析功能：丰富且完全个性化的报表功能，为企业管理决策，提供有力依据。10、远程控制调水、合理分配水资源系统可以根据用水状况调节供水量，合理分配水资源。当小区出现供水不足或者水压低时，系统可以实现从水充足的地区调水，以实现水资源的合理分配。3 系统设计方案基于移动通信网络的自来水网智能管理系统主要由水质水压信息采集子系统和监控中心子系统两部分组成。移动通信网络则是连接这两个子系统的桥梁，是数据传输的网络平台。3.1 水质水压信息采集子系统水质水压采集子系统主要由水质数据采集终端、水压数据采集终端以及GPRS数据传输终端构成。该子系统通过水质传感器将实时水质信息转换成模拟信号，再由A/D转换器转换为数字信号，并由单片机读取后将数据打包成用户定义的数据帧格式；然后通过RS-232/485串口传送至GPRS数传终端。数传终端再将数据包封装成TCP/IP数据包，通过移动GPRS网络平台传送至监测主控服务器。3.1.1 水质水压采集子系统功能水质采集子系统主要对自来水管网中的以下环节进行监测和管控： 取水点水质监测，主要包括PH值、溶解氧等指标的监测，并将监测的水质参数转成相应格式的数据包，上传至监控中心，同时还需对监测点终端应用场景实施防护； 增压泵工作状态监测，主要包括PH值、溶解氧等指标以及水压监测，并将监测的水质参数转成相应格式的数据包，上传至监控中心； 用户用水点的水质量监测，主要包括PH值、溶解氧、余氯等指标的监测，并将监测的水质参数转成相应格式的数据包，上传至监控中心。3.1.2 自来水网智能数传终端主要性能 数传终端按需在线模式，提高系统效率和资源利用率； 支持TCP/IP数据传输方式； 支持VPDN接入方式； 支持数据中心固定IP或动态域名方式； 可设定设备ID，方便管理； 支持远程短信参数配置； 支持近端配置及维护； 宽温宽压设计，提高系统稳定性； 优化电磁兼容设计，内置EMC控制电路； 先进电源设计，放浪涌、防过流，适合于环境恶劣的应用场合； 抗振动，耐高温，防尘、防水、防潮设计； 软件远程升级功能，满足系统更新需求； 硬件自动复位设计，可自我恢复，避免现场维护。3.1.3 按需在线模式由于水质监测系统，数据传输不是很频繁，系统可采取按需在线模式设计，即传输终端平时处于不在线的状态，只有当系统有数据交互需求时，终端才上线，建立服务器和监测点间的数据传输通道。唤醒终端上线的方法如下： 语音呼叫方式当监测中心需要收集监测点水域的水质信息时，监测中心可通过拨打数传终端电话号码，呼叫终端；当终端听到振铃信号，随即挂断电话，开始登录GPRS，连接服务器，将数据采集终端的采样数据送回监测中心； 短信方式当监测中心需要收集监测点水域的水质信息时，监测中心发短信指令给数传终端；当终端接收到来自监测中心发来的短信指令后，即开始登录GPRS，连接服务器，将数据采集终端的采样数据送回监测中心。3.2 移动通信网络移动通信网络提供自来水智能管理系统数据传输平台，通过GPRS网络实现监测中心和监测点之间的数据交互。该系统中数据传输网络采用移动GPRS网络平台。随着通信技术的不断发展，GPRS网络的建设已非常成熟，其具有网络覆盖范围广、传输可靠性高、实时性强、通信成本费用低等特点，可满足行业应用普通数据传输的要求。3.3 监控中心子系统监控中心子系统主要由前置机、MIS（管理信息系统-Management Information System）系统，以及拨号设备三部分组成。该子系统接收从水质采集子系统发回的数据，并根据特定规约解析数据包。根据所解析数据指导监控服务端进行水质数据分析处理；根据水质变化情况适时启动紧急预案、发出预警信息。系统具备数据库功能用以保存和管理各个水质水压监测点采集的数据。系统可生成数据报表、曲线图，形象地反映各个监测点的水质、水压变化情况，为决策者提供实时准确的水质水压、供水变化信息。系统还具有紧急事件告警功能，从而提高相关部门的响应速度。服务器端管理软件是整个系统的关键因素，通过它可以实现对自来水管网全方位、一体化的水质监控模式。3.3.1 前置机与终端建立TCP/IP连接，接收来自水质采集子系统上传的数据，并进行协议转换，再将其转给服务器端；将服务器下发的数据打包传送给终端。3.3.2 MIS系统主要对前置机发送的数据进行处理、显示、储存、分类、造表、趋势图分析、报警功能；该系统还将对数传终端进行管理，管理终端状态，配置终端参数、以及实现远程升级。3.3.3 拨号设备一般通过服务器端外接MODEM设备实现，可通过MIS系统进行语音拨号或短信收发等工作。3.3.4 服务器端接入方式监控服务器接入网络方式可根据企业系统实际需求采取专网或公网接入方式： 专网接入方案采用移动通信公司提供的DDN专线，申请配置固定IP地址，与GPRS网络相连。由于DDN专线可提供较高的带宽，当数据采集点数量增加，中心不用扩容即可满足需求，适合于大容量的数据采集应用。 公网接入方案采用公网方式接入Internet，申请公网固定IP地址；适用于中小容量的数据采集应用。3.3.5 监控服务器端功能（1） 登录管理 登录管理 登录验证验证登陆用户输入的验证信息与数据库中分配的用户信息是否匹配。 权限验证验证用户的角色，并根据用户角色显示不同的可操作模块。（2）系统管理 系统参数管理系统参数初始化及查询修改，主要参数包括：主站IP地址，主机名，服务器类型，服务器属性，进程名称，进程启动方式及启动次数，备用服务器的配置。 数传终端设置l对数传终端的某些功能进行设备，实现智能化管理，如终端管理员号码等。 角色管理 通过此模块可以根据实际工作需要设置功能权限，相当于公司不同的管理部门。例如针对档案录入员可设置档案录入功能包；针对开票收费员设置开票收费功能包。通过此模块可以将权限更具体化、责任化。极大的增加了系统的安全性。 用户管理创建、修改、查询、删除用户；为用户分配角色，也可修改、删除用户的角色。（3）终端在线状态控制通过前置机获取数传终端的实时状态。当需要与该终端进行通信时，即可通过语音呼叫或短信指令唤醒终端上线。（4）日志管理日志分为：系统日志和前置机日志。系统日志主要记录用户各种操作的相关信息，如：登入，登出，创建用户等操作信息等。管理员可对日志进行查询和删除操作，并可导出成Excel日志文件。（5）数据管理l数据管理功能是整个系统中非常重要的模块，也是保证整个系统正常运转的关键所在，它把从水质采集子系统上传的数据进行分类显示和处理，并通过数据报表、曲线图，形象反映各监测点的水质、水压变化情况；（5）告警功能l通过对数据的分析处理，对异常事件实时告警，可让管理部门及时发现环境污染事件，提高紧急事件响应速度。（6）远程维护 远程维护主要是实现对数传终端软件的升级。（7）水表管理设定用户水表信息及与用水相关的信息卡片，如用水编号、用水性质、抄表路线、常住人口数、水表出厂编号、水表口径等相关信息。通过“状态标识”可以进行水表报停、注销及重新启用等工作。（8）收费管理a、用户交费：它是系统的核心部分，可以用户柜台交费开票、预交、补交、退款等工作。交费的同时可查询用户各月水费及其交费情况，极大的提高了工作。 操作方便、快捷，操作员只需输入几个数字和回车键既可，完成整个收费过程只需几秒钟。 可实现预存款功能。这样既方便了用户同时也提高了回款额。 查询方便 可以根据用户姓名查询用户所用编号及其对应的水量和水费。极大的方便了用户。b、收费日结账 通过此功能收费员可以查询当日或其它时间段的收费笔数、收款金额等信息。c、发票及存折管理 为用户开具发票。为方便用户保存也可要实行存折预存。效率，同时也为用户提供方便。主要有以下几大优点：(9)汇总统计报表可以根据客户所需新增，现有报表从用户、水表、应收、收费、查表员考核等几个方面反映营业运行情况。a. 用户分类统计反映各区域当前用户状态情况的统计报表，如在用户数，停用以及注销户数。能清楚、准确的反映用户的增减情况。b. 水表统计 水表分类统计：统计各区域当前用户水表运行状态情况的报表。 用水性质分类统计：按用水性质统计各区域用户水表状态情况的报表。c. 用水统计 售水量分类统计：统计当前月各区域每种性质的用水量、水费及其它费用情况。具体内容如下图所示 监察表漏失分析：通过监察表与其对应的分表总数对比分析统计本月水量漏失情况。具体内容如下图所示： 供水量漏失分析：通过水厂供水表与实际抄收表作对比分析统计水量漏失情况。具体内容如下：4 效益分析本设计是基于GPRS 的自来水智能管理系统，具有水质自动监测采样范围广、数据传输不受地理气候限制、数据处理及时、出现水质变化预警及时的优点。采用GPRS技术实时监测自来水管网的水质变化，为水务部门提供全面、实