市政供水管网信息化系统框架.doc

城市市政供水管网信息化系统方案 厦门飞华水务环保科技工程有限公司 Xiamen feihua Water Environmental Technology Engineering Co Ltd Automation Engineering add xiamen qi xin west road 170 Tel 86 592 5335774 Fax 86 592 5073555 http email huxinbao 目 录 一 一 引言引言 1 二 二 建设背景建设背景 2 三 三 建设目标建设目标 2 3 1 系统远期目标 2 3 2 本方案建设目标 6 四 四 管网信息化系统总体结构图管网信息化系统总体结构图 6 五 五 管网信息化系统建设方案管网信息化系统建设方案 6 5 1 管网 SCADA 系统 7 5 1 1管网DataLog简述 8 5 1 2管网DataLog主要参数和性能 9 5 1 3管网DataLog特点和功能 10 5 1 4管网DataLog安装方式 11 5 1 5一体化智能水表简介 13 5 1 6一体化智能水表主要性能和参数 14 5 1 7一体化智能水表基表技术指标 15 5 1 8一体化智能水表外形和规格 15 5 1 9一体化智能水表特点和功能 17 5 1 10服务器 18 5 1 12卫星授时服务器 GPS TIMER 19 5 1 13 短信服务器 19 5 1 14 管网测压点WEB展现软件 19 5 1 14 1简述 19 5 1 14 2主要功能 19 5 1 14 3展示界面参考 20 5 2 大客户管理系统 36 5 3 1简介 36 5 7 2 展示界面参考 36 5 3 管网水力模型系统 50 5 3 1 概述 50 5 3 2 建立 50 5 3 2 1 供水管网微观动态水力模型的建立 51 5 3 2 2 供水管网在线实时水力模拟系统的建立 53 5 4 管网优化调度系统 53 5 5 供水调度系统信息化建设方案 54 5 5 1 系统功能结构设计 54 5 5 2 软件模块设计 56 第 1 页 总 64 页 一 一 引言引言 城市供水是城市的命脉 它为城市的生产 生活提供着必需的条件 是制约城 市发展的决定性因素 甚至也构成了关系社会安定的重要因素 由于水的不可代替 性 不可选择性 牵动着城市的千家万户每一个居民 所以城市供水是城市首要的 基础设施 作为供水管理的载体和实施者 供水企业担负人民生活生命线管理重任 其管理水平直接影响着经济和社会的发展 所以各国供水企业都在不遗余力提高管 理效率 改进管理水平 发展壮大自己的基础工业 信息技术 计算机技术 通讯技术 自动控制技术等先进技术的应用 的确为 供水企业的现代化管理解决了很多的实际问题 但是 企业管理的各个环节是密切 关联 仅在某一环节采用新技术并不能解决所有问题 分离的系统无法实现整个运 营的系统性 不能发现系统管理诸因素中的统计规律和相关性 无法辅助决策 本 文在分析了供水系统 组成 变化 成因 供水企业现状管理模式 现代化管理模 式的基础上 借鉴 CIMS Computer Integrated Manufacturing Systems 注 1 理论 集成现有成熟技术 构建基于供水企业管理调度的信息集成框架模型 进一步整合 现有的包括 GIS Geographical Information System 注 2 资源在内的各项资源 为 供水企业的信息建设和发展提供了模型基础 SCADA 注 3 系统为管网调度决策提供最有效的依据 是监视管网运行过程的眼 睛 也可以用来考核管网调度方案的可行性和合理性 一个完美的管网远程数据采 集系统 再拟出合理的节能降耗调度方案 是水行业每个人的共同愿望 第一时间 发现事故 及时通知处理 将损失减小到最低 节能降耗是调度人员奋斗的目标 对绝大多数供水企业来说 占总用户数 20 的大客户贡献了 80 的水费 以往 供水企业只能通过每月一到两次的抄表来了解他们的用水量 对于其每天的用水规 律无法掌握 随着信息化技术的发展 对大口径水表的实时监控已日益成为供水企 业提高管理水平的发展趋势 通过对大客户的用水信息进行系统的分析和数据挖掘 对于供水规划的制定 合理的调度 运行的经济高效有着极其重要的战略意义 城市市政供水管网信息化系统构架 第 2 页 总 64 页 二 二 建设背景建设背景 随着城市的发展 市政供水的需求也在日益提高 对于供水公司的供水管理也 提出了很高的要求 急需建立起一套高效的现代化 信息化的生产监控 调度系统 三 三 建设目标建设目标 3 13 1 系统远期目标系统远期目标 着眼于为供水企业构建一套满足生产过程的调度和指挥以及一体化信息管控的 城市供水过程管理系统 建成后所具有的功能包括 统一的生产与质量信息库 完 整汇集生产质量数据信息 全面实时地反映全公司的生产质量状况 建立实时数据 和历史数据分析系统 建立公司统一的生产管理指挥机构 统一协调制水 输水的 有效运行 系统的建立不但包含自动采集的生产数据 同时包含了管网数据 不但包含了 实时数据 也包含了历史数据 除了强调数据的实时性而且强调历史数据的分析 新系统应整合完整的生产数据 经过科学的加工使之成为可以分析指导生产运行的 信息 系统功能简明示意图如下 城市市政供水管网信息化系统构架 第 3 页 总 64 页 计算机中心结构图如下 中心计算机 数据服务器 授权访问前置设备 数据分析及储存 报表输出 互联网接入 生产过程管理系统系统的构成图如下 城市市政供水管网信息化系统构架 第 4 页 总 64 页 生产数据库 过程管理系统 净 水 控 制 系 统 管 网 监 测 调 度 系 统 数 据 填 报 系 统 过程管理系统主要由管网监测 调度子系统 净水 水厂 泵站 控制子系统 自动化报表 人工数据填报子系统三大子系统组成 水质数据的采集和管理根据对象不同分别体现在各个子系统中 如管网水质参 数整合在管网调度子系统中 净水厂的水质参数整合在水厂 泵站 控制子系统中 为了使系统建设更为完整 本系统开放与当地水质监测站水质数据链接的接口 可 以将水质监测站的数据增加到系统中来 为公司的管理层和决策层全面掌握全公司 生产状况 科学地指挥决策提供强大的技术手段 将大量的生产经验提炼为知识并结合专家的指导意见按概念 concepts 规则 rules 规律 regulations 模式 patterns 等分类进行提炼并存储于知识 库中 再结合人工智能的技术建立起一套专家系统 为调度人员的决策提供强大的 支持 是基于知识驱动的调度决策方法的理想模式 调度决策专家系统可以通过模拟专家分析 判断和推理的思维模式和解决问题 的方法求解复杂的决策问题 建立一套切实有用的专家系统需要具备以下几个特性 a 启发性 系统能够运用规范的专业知识 经验知识和直觉的评判知识对具体 问题进行快速求解 城市市政供水管网信息化系统构架 第 5 页 总 64 页 b 透明性 调度人员在无需了解系统结构的情况下可以与专家系统直接交互 了解知识内容和推理过程 c 灵活性 系统具备自学习能力 可以不断接受新知识 产生新知识 并自动 调整有关的控制信息 使其与整个知识库协调 d 建立起这样一套专家系统 势必对供水调度工作起到很好的推动作用 但由于我国供水行业个性化的特征相当严重 因此一个企业的经验与知识往往 不能简单地移植到另外一个企业 为此 供水调度专家系统的知识库分为公共知识 与专用知识两部分 这样既有利于在其他的项目中共享公共知识的成果又有利于各 个不通的项目建立适合本项目的专用知识库 第 6 页 总 64 页 调度中心局域网 数据服务器 中心操作站 水司办公局域网 移动基站 无线基站 PC机PC机PC机 路由器 固定IP ADSL 路由器 固定IP ADSL 路由器 Internet GPRS 水厂 水厂 路由器 固定IP ADSL 管网监测 RTU 终端表计 管网监测 RTU 终端表计 外勤服务 短消息 远端访问 移动基站 移动基站 外勤服务 短消息 终端表计 城市供水过程管理系统总结构图城市供水过程管理系统总结构图 城市市政供水管网信息化系统构架 第 7 页 总 64 页 3 23 2 本方案建设目标本方案建设目标 建设管网压力 流量及水质数据采集点 实现管网信息化系统基本架构和布局 为管网建模科学调度打下扎实的基础 四 四 管网信息化系统总体结构图管网信息化系统总体结构图 调度中心局域网 Web服务器 中心计算机 水司办公局域网 科室计算机 通讯服务器A 路由器 Internet GPRS 语音调度指令 卫星GPS对时 通讯服务器B 短信服务器移动终端 远传水表远传水表远传压力计远传压力计 管网终端RTU 管网终端RTU 远端访问 五 五 管网信息化系统建设方案管网信息化系统建设方案 管网信息化系统建设主要包括管网SCADA 水力模型和优化调度三个子系统的建 设 城市市政供水管网信息化系统构架 第 8 页 总 64 页 5 15 1 管网管网 SCADASCADA 系统系统 集成化的数据采集与监控系统 Supervisory Control and Data Acquistion 又称计算机四遥 指遥测 遥控 遥讯 遥调技术 在移动技术完善之前 供水SCADA 系统的建设通常采用基于无线数传电台的方式 电台工作在一个专用的频率点 通过点对点 一对一或一对多 的方式进行数据传 输 管网监控点的数据依靠无线发射电台及定向天线发送后 然后由安装在调度中 心铁塔上的全向天线接收 再通过调度中心的接收电台送入SCADA 数据服务器中 本方案采用基于通用无线分组业务 GPRS 的方式 管网监控点的数据通过 GSM GPRS 模块接入GSM 网 然后通过电信部门的GPRS 服务器将数据传输到国际互 联网 再通过调度中心内部的互联网接入SCADA 数据服务器 作为备用方式 监控 点数据也可通过GSM GPRS 模块以短信息的方式发出 通过电信部门的SMS 服务器发 送到调度中心的GSM GPRS接收模块上 再转送到SCADA 数据服务器中 GPRS 通信方 式在通讯距离 速率 抗干扰 容错性 扩展维护性能等方面明显高于数传电台方 式 但GPRS 方式在建设初期的成本和运行费用比数传电台方式高 管网SCADA系统由管网测压点DataLog 一体化测流测压智能水表 在线水质仪表 和远传终端 服务器 MTU 注4 数据库 WEB服务 一台卫星授时服务器 一台短 信服务器 几台工作站 B S管网测点展现软件 B S大客户管理软件 分析软件等 组成 满足调度和管理人员日常工作基本要求 管网 SCADA 系统具备的如下基本功能 1 仪表在线检测主要是实时采集监控站监测的流量 流量累积 耗电量累积 泵站总管出水压力 泵进出水管压力 水池水位 电机功率 水泵运行时间等信息 这些数据均由SCADA 系统的采集 最终传输到控制中心 2 数据实时传输主要指的是SCADA 系统的实时传输方式 所有采集到的数据由 现场发射设备发送后 将通过无线或有线网络及时传送到调度中心的接收设备上 接收设备再将采集到的检测数据传输到调度中心的SCADA 服务器 保存在SCADA 数 据库中以备日后的查询和处理 城市市政供水管网信息化系统构架 第 9 页 总 64 页 3 状态集中显示主要是将采集到的各项数据集中显示在大屏幕上 显示内容包 括每个监测值的当前状态和历史变化 系统可以方便地查询每个节点的实时和历史 状态 以供调度决策参考 4 远程控制执行 主要是指SCADA 系统能够接收调度系统下达的控制指令 及 时向远程监控站发送命令来控制相关设备的运行 最终实现供水管网调度系统的自 动化控制 5 SCADA系统软件功能说明 软件功能详细说明 数据采集 包括仪表通讯接口 数据干扰处理 数据变换处理 数据缓存处理 数据累计 数据收发 包括数据收发设置 GPRS 或 CDMA 收发 短信息收发 宽带收发 电话载波收发 数据显示 包括显示设置 模拟屏数据显示 表格数据显示 趋势图显示 历史数据显示 大屏显示驱动 事件报警 包括报警范围设置 仪表故障报警 报警处理 远程报警 报警事件管理 查询统计包括历史数据查询 报警事件查询统计 自由条件查询统计 统计报表生成 数据导出 包括历史数据报表打印输出 实测数据导出 1 与水力模型系统接口 实测数据导出 2 与调度系统接口 5 1 15 1 1 管网管网 DataLogDataLog 简述简述 远程数据采集器 DataLog 是自来水管网信息监控系统和水厂自动化信息监控 系统中的重要终端设备之一 它可安装于任何地点 特别适合于没有市电的地区 它自带内装压力传感器 内装电池和通讯模块 解决了野外无电源和数据通讯的问 题 可广泛地用于管网压力 流量等数据采集 大用户水量检测 屋顶水箱水位检 测 是自来水公司信息建设的基础设施 采用铸铝外壳 电磁兼容性好 抗干扰能 力强 DataLog 采用智能模块化设计 软 硬件扩充性能好 可靠性高 符合防护 等级 IP66 标准 DataLog 体积小巧 安装方式多样 调试及维修方便 可在恶劣环境下长期可 靠地工作 是一种功能强 实用性好的管网数据采集终端 本系统中管网测压点采用 DLA P10 型 DataLog 安装在管网阀门井或消防井内 城市市政供水管网信息化系统构架 第 10 页 总 64 页 锂电池供电 15 分钟传送一次运行两年以上 内置压力传感器 GPRS 通讯 MODEM 等 哈希 SC100TM1720 型浊度仪和 CL17 余氯仪用于测量水质 远传采用 DLB P10 1 型 DataLog 一体化水表内置压力测量 流量测量 锂电池 数据远传 实现大客户科 学管理 大口径流量计采用 ABB 插入式电磁流量配套 DataLog 使用 5 1 25 1 2 管网管网 DataLogDataLog 主要参数和性能主要参数和性能 1 直接压力测量 1 路 测量范围 0 0 6 MPa 或 0 1 MPa 系统整体误差 小于 0 5 2 测量方法 本机自带传感器 精度为 0 2 直接测量 3 过载能力 最大量程的两倍 4 三路模拟量测量 输入信号范围 4 20 mA 差分输入 测量精度 12 位 A D 系统误差 1 5 二路脉冲量测量 DLA 型无此功能 输入脉冲幅度 3 24V 脉冲周期 100 mS 脉冲宽度 20 50 mS 6 数据传送 采用工业级无线数据收发模块 以 TCP IP CDMA GPRS 方式实现主站和重 站的双向实时通讯 7 工作电源 内装锂电池供电 220V 242V 交流市电接入 8 系统功耗和电池寿命 休眠 状态 20 A 城市市政供水管网信息化系统构架 第 11 页 总 64 页 工作状态 平均 0 5 mA 电池寿命 连续运行 6 年 9 工作环境 环境温度 摄氏 10 度到 65 度 湿度 35 95 RH 10 外形和规格 外形尺寸 220 mm 长 140 mm 宽 80 mm 高 整机重量 1 5 Kg 5 1 35 1 3 管网管网 DataLogDataLog 特点和功能特点和功能 1 特点 采用最新的超微功耗的单片机和它的外围微功耗器件组成 整机的静态功耗 极低 无市电供电 无高大天线 特别适合井下安装 自带有一路压力传感器和一套快速接头 用户可以很方便的连接到水管上 进行压力测量 采用成熟的通讯公网和专网 作采集到的数据传送 有数据传递稳定可靠 通讯覆盖面大 使用方便等优点 采用高性能电池供电 工作时间长 抗干扰性能强 不受供电环境的影响 特别适合在无市电的野外使用 终端符合工业运行标准 IP66 有良好的防电磁辐射 防静电 防水 抗震动 等功能 2 功能 自带压力传感器 可以直接连在水管上 测量该点的自来水管网压力 可以外接 3 路模拟量信号输入 4 20 mA 测量其他模拟信号 DLA 型除外 市电的断电和得电报警 DLA 型除外 特别适合流量计实时监控 城市市政供水管网信息化系统构架 第 12 页 总 64 页 可在 30 秒 18 小时的范围内 调节各数据的采集周期 可在 2 分钟 18 小时的范围内 调节各数据的发送周期 另外 用户可以 设置每天 4 次定时发送的时间 可以外接 2 路脉冲信号输入 DLA 型除外 系统带有存储内存 可以存放大容量的数据 如果每 5 分钟存放一个采集数 据 可存放 1 年 逢变则报和上下限报警功能 有压力值的变化率设置 当测量压力的变化率超过设定值时 立即主动发 送这个压力值 有压力值的上 下限设置 当测到的压力超过设定上下限值时 立即把这 个超量程的数据主动发给主接收台 实时监测终端内部电源 当电源电压到达下限值时 系统发出报警信号 实时监测终端所在位置的信号场强 如果信号低于所需传输的场强 则自动 关闭传送 并把当前的数据保存到下一次一起传送 这样可以减少电源的消耗 同时 也可以得知终端所在地的信号的强度 可远程设置 DataLog 的各个参数 使设备运行在用户所要求状态 5 1 45 1 4 管网管网 DataLogDataLog 安装方式安装方式 终端在不同的场合 可以选择两种安装方式 直插式和挂壁式 如下图所示 城市市政供水管网信息化系统构架 第 13 页 总 64 页 挂壁式终端的安装 直插式安装图 井下直插式安装 井下挂壁式安装 螺栓孔 安装孔 100 131 6 211 6 长度单位 mm 图 3 终端的安装尺寸图 城市市政供水管网信息化系统构架 第 14 页 总 64 页 5 1 55 1 5 一体化智能水表一体化智能水表简介简介 DMA 型智能水表是测流 测压 数据采集传送一体化的智能水表 简称 DMA 智 能型水表 它是 WS 垂直螺翼式水表的结构设计 集 LXLG 水平螺翼式水表和 LXS 旋 螺翼式水表的优势 结构紧凑 简单 合理 无蜗轮蜗杆传动链 叶轮直接驱动计 数器 同时采用高硬度专用耐磨轴及其特殊的轴承系统 阻力小传动效力高 始动 流量非常低 耐磨也大大加强 具有量程范围宽 流通能力大 高流量区压力损失 小 低流量区测量精度高等优点 DMA 智能型水表是集成了电子技术 机械制造技术 通讯技术 网络技术 计 算机技术于一体的自动远传水表 由于采用了 GPRS 或 CDMA 通讯方式 不受距离和 数量限制 系统可不断扩展 该表主要应用于环境比较恶劣 人工抄表困难 表与 表之间距离远 管理实时性要求较高的场合 也不影响用户在现场读取该水表指示 器显示的流量数据 DMA 智能型水表由超微功耗的数据采集板 数据通信模块 压力传感器 流量 采集传感器 天线 超高容量电池组 专用水表基表等组成 符合防护等级 IP68 工 业标准 城市市政供水管网信息化系统构架 第 15 页 总 64 页 触发器 流量采集传感器 当前读数指示 DMA 型智能水表外形图一 口径 150 200mm 内置天线 防护罩 远传终端 专用水表基表 内置压力传感器 DMA 型智能水表外形图二 口径 150 200mm 5 1 65 1 6 一体化智能水表主要性能和参数一体化智能水表主要性能和参数 1 压力测量 WS DMA 智能型水表内置压力传感器 城市市政供水管网信息化系统构架 第 16 页 总 64 页 测量范围 0 1 0 MPa 系统整体误差 小于 0 5 测量方法 本机内置传感器 精度为 0 2 直接测量 过载能力 最大量程的两倍 2 流量测量 WS DMA 智能型水表终端采流量采集精度 1 立方米 3 数据通信 WS DMA 智能型水表采用专业工业级无线数据收发模块 以 GPRS 加 SMS 的方式 由用户自选 传送数据 4 工作电源 WS DMA 智能型水表采用内置锂电池供电 系统功耗和电池寿命 休眠 状态 20 uA 工作状态 平均 1 mA 电池寿命 连续运行 5 到 8 年 根据不同运行模式和场强而定 5 工作环境 环境温度 摄氏 冷水表 40 热水表 90 湿度 35 99 RH 5 1 75 1 7 一体化智能水表基表技术指标一体化智能水表基表技术指标 常用流量常用流量分界流量分界流量最小流量最小流量 公称公称 口径口径 最大最大 流量流量 国标国标企标企标国标国标企标企标国标国标企标企标 最小最小 读数读数 最大最大 读数读数 mm m3 hm3 80804055831 20 60 0005999 999 1001206080124 51 80 70 0005999 999 1503001502003094 51 50 0005999 999 城市市政供水管网信息化系统构架 第 17 页 总 64 页 20050025032050257 53 50 0005999 999 注 企业标准全面优于 GB T778 1996 国家标准以及 ISO4064 B 级国际标准 5 1 85 1 8 一体化智能水表外形和规格一体化智能水表外形和规格 连接法兰按连接法兰按 GB TGB T 17241 6 199817241 6 1998 公称公称 口径口径 DNDN 长度长度 L L mmmm 高度高度 H H mmmm 拆卸拆卸 高度高度 Gm Gm 宽度宽度 W W mmmm 宽度宽度 W1W1 mmmm 重量重量 kgkg 法兰外径法兰外径 D mm D mm 螺栓孔中螺栓孔中 心圆直径心圆直径 D1 mm D1 mm 单边螺栓数单边螺栓数 与孔直径与孔直径 80370310480200 78 02001604 18 100370328518220 1202201808 18 15050046875833217578 02852408 23 2005005627203952101203402958 12 23 WS150 WS200 一体式水表 城市市政供水管网信息化系统构架 第 18 页 总 64 页 WS80 WS100 一体式水表 5 1 95 1 9 一体化智能水表特点和功能一体化智能水表特点和功能 1 特点 采用最新的超微功耗的 MCU 和它的外围微功耗集成电路组成 整机的静态 功耗极低 自带有一路压力传感器 进行水压测量 实现了流量和水压同时监测 采用三干簧管传感器采集流量的技术 可检测正向 反向流量 采用成熟的无线通讯公网 将采集到的数据传送到主端 有数据传递稳定 可靠 通讯网络覆盖面大 系统可不断扩展 使用方便等优点 采用高容量电池供电 工作时间长 抗干扰性能强 不受供电环境的影响 特别适合市电供电困难的场合使用 远传表符合工业运行标准 IP68 有良好的防电磁辐射 防静电 防水 抗震动等功能 该表具有远程软件升级功能 当水表需要软件升级时 可通过远程更换内 部程序 实现远程软件维护 城市市政供水管网信息化系统构架 第 19 页 总 64 页 流量传感器采用月牙形嵌入的方式 水表强检时无需拆除该传感器 计数器字轮上方设有放大镜 便于现场清晰读取流量数据 整个智能水表无外露线缆 有效防止恶意剪线 2 功能 压力检测 在水表内部装有压力传感器 测量流经水表的自来水压力 流量检测 采集水表的流量脉冲 检测流量值 采集水表的反向流量脉冲 检测反向流量值 计算水表的累计流量 即水表启用后连续地累计的流量值 计算水表的反向累计流量 即水表启用后连续地累计的反向流量值 报警功能 有压力值突变报警值设置 当测量压力的变化率超过设定值时 立即发送突变报 警 有压力值的上 下限设置 当测到的压力超过设定上下限值时 立即发送超限报 警 有流量值的上限设置 当测到的流量超过设定上限值时 立即发送超限报警 有水流方向突变报警 当水流方向改变时 立即发送流向突变报警 有强磁干扰报警 水表遇强磁性的干扰时 表计量装置发生故障 立即发送强磁 干扰报警 参数设置功能 可以设置压力流量数据的采集周期 在 5 分钟 1 小时 小于保存周期 范围内调 整 可以设置压力 瞬时流量数据的保存周期 在 5 分钟 1 小时 小于上报周期 范 围内调整 可以设置各数据的发送周期 在 5 分钟 18 小时 发送周期大于保存周期 的范 围内调整 城市市政供水管网信息化系统构架 第 20 页 总 64 页 可以设置每天 1 4 次的定时发送时间 可以远程设置参数 水表在运行中远程 改变参数配置 具有大容量存储器 可以保存大量数据 例 保存周期 15 分钟 可存放 两个月的数据量 监测终端内部电源 把电池电压值传送给主端 供系统监视 监测水表所在位置的通讯信号强度 把信号强度传送给主端 供系统监视 可以远程软件升级 通过远程通信更换水表终端的程序 实现远程软件维 护 5 1 105 1 10 服务器服务器 本方案采用两台工业级计算机作为后台服务器 一台用于数据服务 另一台用于 中心监控 每台计算机均配备双网卡 一个用于外网连接 另外一个接入内网 在 本方案中所有软件安装在同一台计算机上 当系统逐步扩大到一定程度 可考虑模块 化安装 5 1 125 1 12 卫星授时服务器 卫星授时服务器 GPSGPS TIMERTIMER 系统配置一台卫星授时服务器作为自来水公司所有系统和设备的母钟 实时接 收卫星时间向系统和设备校时 卫星授时服务器作为整个系统的母钟 实时向系统 中每个系统和设备校时 保证各系统和设备时钟的精度 保证每个系统和设备时钟 同步 数据的高度时标同步对于数据的分析是十分必要的 没有该时钟 所有终端 上传的数据将没有意义 例如 水厂出厂泵房向管网加压瞬间 理论上应该出厂压 力上升比管网末梢要快要早 但由于终端时钟不统一 会造成出厂水压力上升可能 晚于管网末梢 5 1 135 1 13 短信服务器短信服务器 大客户水表具有两种通讯方式 TCP IP 作为主通讯 短信作为备用通讯 当 城市市政供水管网信息化系统构架 第 21 页 总 64 页 TCP IP 通讯出现故障时 自动启用短信通讯 保证通讯的畅通和可靠性 5 1 145 1 14 管网测压点管网测压点 WEBWEB 展现软件展现软件 5 1 14 15 1 14 1 简述简述 后台展示采用 B S 结构的浏览方式 不受地点的限制 即便出差在外 也可通 过登陆网站知晓管网运行情况 调度中心可以为每个监测点设置不同的管网测压点 上下限和变化率报警值 一旦越限 屏幕提示各级警告 实现全时段 全天候 全 过程管理 24 小时滚动式监视 报警 使即时动态管理成为可能 所有的采集数据都记录在数据库 MS SQL Server 数据库包括实时库和历史 库 当然也包括参数 模版等数据表 WEB 界面的展示 数据密度每秒可接收 1000 个字节左右 实时数据保存 1 个月 历史数 报警数据等长久保存 10 年以上 调度中心对数据分析 计算 统计等处理后 以图和形和报表的形式 及时 准确 地传给管理部门 针对不同的监测对象 不同的企业规模 不同的环境状况 不同 的人为条件等 在监控方法和监测手段方面 更加突出体现其监测的实时性 在线 性 完整性 5 1 14 25 1 14 2 主要功能主要功能 软件平台作用于压力数据展现 以及对应用的分析 包括实时压力分布 运行 图 实时数据 相关测压点图表 压力数据分析表 异常数据表等 有关通讯主机 终端检测量的设置可在采集系统设置模块中完成 另外用户通过应用系统设置模块 可对用户权限进行相关操作 实时压力分布 所有检测点的最新数据实时的显示在地图上 用户还可以选择 显示某日的平均压力分布图 运行图表 将检测数据以折线图的方式展现 用户可以多点选择要展现的检测 量 并且可以设定时间范围 实时数据 显示各检测点某一时段详细的数据 相关测压点图表 对比多个检测点某段时间内的平均值 采用柱状图显示 数据分析表 分析查询符合条件的检测数据 城市市政供水管网信息化系统构架 第 22 页 总 64 页 异常数据表 展现接收到的异常数据 分别有越界数据 突变数据 电池低电 压报警数据 5 1 14 35 1 14 3 展示界面参考展示界面参考 1 登陆界面 2 主界面 城市市政供水管网信息化系统构架 第 23 页 总 64 页 3 实时数据表格形式展示 4 详细信息 系统垂直菜单区 系统主菜单区 主显示区 标题区 城市市政供水管网信息化系统构架 第 24 页 总 64 页 5 实时压力 6 当前报警 城市市政供水管网信息化系统构架 第 25 页 总 64 页 7 报警图表 8 运行图表 城市市政供水管网信息化系统构架 第 26 页 总 64 页 9 报警图表 10 关联测压点图表 城市市政供水管网信息化系统构架 第 27 页 总 64 页 11 测压点详细图表 12 数据分析表 城市市政供水管网信息化系统构架 第 28 页 总 64 页 13 多点关联展现 14 报警统计 城市市政供水管网信息化系统构架 第 29 页 总 64 页 15 报警详细统计 16 压力日统计 城市市政供水管网信息化系统构架 第 30 页 总 64 页 17 压力计算 18 压力月统计 城市市政供水管网信息化系统构架 第 31 页 总 64 页 19 压力月 日统计表 20 压力年统计 城市市政供水管网信息化系统构架 第 32 页 总 64 页 21 管网测压点压力月报表 22 管网测压点压力日报表 城市市政供水管网信息化系统构架 第 33 页 总 64 页 23 打印 24 站点位置设置 城市市政供水管网信息化系统构架 第 34 页 总 64 页 25 标准配置参数 26 关联关系配置 城市市政供水管网信息化系统构架 第 35 页 总 64 页 27 数据采集终端设置 28 实时压力配置 城市市政供水管网信息化系统构架 第 36 页 总 64 页 29 用户管理 30 权限配置 城市市政供水管网信息化系统构架 第 37 页 总 64 页 31 修改密码 城市市政供水管网信息化系统构架 第 38 页 总 64 页 5 25 2 大客户管理系统大客户管理系统 5 3 15 3 1 简介简介 对绝大多数供水企业来说 占总用户数 20 的大客户贡献了 80 的水费 以往 供水企业只能通过每月一到两次的抄表来了解他们的用水量 对于其每天的用水规 律无法掌握 随着信息化技术的发展 对大口径水表的实时监控已日益成为供水企 业提高管理水平的发展趋势 通过对大客户的用水信息进行系统的分析和数据挖掘 对于供水规划的制定 合理的调度 运行的经济高效有着极其重要的战略意义 大客户监管系统 以下称 系统 是水表数据后台实时交换处理中心 采用 B S 架构 注五 具有界面直观 操作方便 分析功能强大 统计报表完善 监管实 用高效等优势 实现了无线远程自动抄表的工作 对用水量 瞬时流量 压力 倒 流等数据全面实时检测 为获取大客户的用水模式和管网运行状况提供了详细的数 据来源 供水企业可及时掌握大客户给水过程的用水规律 水量同比环比增减数据 分析水量与水表口径的匹配关系 管网负荷工况 区域水量分布和压力等多种不同 的数据展现方式 为科学选表 降低漏失率 优化管网调度提供了重要依据 确保 对大客户供水全过程有监管措施 同时用水量和压力数据可服务于营业收费系统和 供水 SCADA 系统 该系统是供水企业提升经济效益和社会效益的有效途径之一 5 7 25 7 2 展示界面参考展示界面参考 系统自动接收水表现场最新上传的实时数据 展现大客户的用水相关信息 包 括 水表编号 对应营收系统帐号 最新压力和水表读数 当天用水量 月用水 量等数据 如图一 城市市政供水管网信息化系统构架 第 39 页 总 64 页 图一 最新实时数据表 1 可实时获取任意时段大客户的用水模式和管网压力 数据可服务于 SCADA 系统和管网水力模拟系统 为科学调度和水量预测提供依据 另外可通过预设比对 值移动线查询 核对 追溯用水过程实时检测的全面数据 汇总和分析大客户不同 时段的用水状况和管网工况 如图二 图三 图二 七天流量趋势图 常日班生产用户 15 分钟保存数据 城市市政供水管网信息化系统构架 第 40 页 总 64 页 图三 24 小时压力趋势图 水压符合国家标准 15 分钟保存数据 2 可通过任意时段实时掌握大客户日用水量 月用水量 年用水量详尽数据 分析水量日差系数 时差系数 了解企业的生产规律 制定更为合理的供水措施 实时数据可服务于营业抄表所 调度室 计量室 大客户监管等部门 如图四 图五 城市市政供水管网信息化系统构架 第 41 页 总 64 页 图四 24 小时水量时差系数柱状图和日用水量 图五 日差系数柱状图和月用水量 3 可按照天 月 年任意时段来查询水量 压力峰谷值详细数据 自动汇总 水量和压力的最大值 最小值 平均值图表 通过对大客户谷峰值水量和压力进行 分析 可及时发现水表计量工况运行是否异常 用水量是否符合水表流量特性指标 终端用户实时检测的水压数据一方面可作为调度系统管网监测点的延伸和补充 实 现经济调度 起到节能降耗的效果 一方面可起到改善供水服务质量的目的 如 图六 图七 城市市政供水管网信息化系统构架 第 42 页 总 64 页 图六 流量最大值 最小值 平均值图表 图七 压力最大值 最小值 平均值图表 城市市政供水管网信息化系统构架 第 43 页 总 64 页 4 按照日 月 年自动统计水量环比 同比的数值 增减量和增减变化率数 据可共享给大客户室和营业所等部门 使他们深入分析和掌握大客户的用水规律能 为可能 降低了人为操作的工作负担和数据的不确定性 具备了对大客户 24 小时供 水全过程在线跟踪管理的能力 及时获悉他们的生产变化和安排 为区域供水计量 管理提供精确而行之有效的依据和服务 图八 日 月 年用水量环比 同比图表 5 实现了远程现代化抄表的手段 大幅提高抄表效率 降低抄表管理成本 提高水费收缴及时率 系统自动汇总日用水量 月用水量 年用水量明细表 可直 接打印成报表存档和保存为 EXCEL 格式文件共享给相关部门 压力数据报表可以提 供给调度部门参考 使调度人员更加了解终端大客户管网末梢的水压 进一步优化 区域管网服务压力的状况 使得调度更加精准高效 节能降耗 反向流量报表全面 反映倒流水量发生的过程 为管网部门分析倒流原因 管网波动 违规用水 人为 偷水等 保护供水企业合法利益提供服务 如图九 图十一 城市市政供水管网信息化系统构架 第 44 页 总 64 页 图九 水量月报表 图十 倒流水量报表 城市市政供水管网信息化系统构架 第 45 页 总 64 页 图十一 压力月报表 6 加强管网运行跟踪管理 优化供水调度 可通过任意时刻拟合分析比对管 网负荷状况 深入分析大客户峰谷值和日常用水管网反馈的工况 寻找管网高效运 行的措施 同时可及时发现和纠正部分大客户不合理的用水方式 降低对管网的损 伤 从根本上保障用户正常供水提供良好的管网环境 图十二 城市市政供水管网信息化系统构架 第 46 页 总 64 页 图十二 24 小时流量压力拟合运行趋势图 7 通过流量特性图 日流量 月均流量 综合分析大客户用水量与水表口 径关系是否匹配 判断是否存在 大表小流量 的现象 作为科学选表 换表的合 理依据 是降低供水企业漏失率和产销差的有效途径之一 按 企业标准 分析大 客户实际用水流量特性图 图十三 城市市政供水管网信息化系统构架 第 47 页 总 64 页 图十三 DN 150 日流量 月均流量曲线图 结论 低于分界流量时计量不够准确 最小流量以下时可能存在漏失不计量 将 DN 150 模拟更换为 DN 100 口径流量特性图 图十四 图十四 口径更换为 DN 100 后流量特性图 结论 流量曲线长期在分界流量以上 完全满足供水需求 水表计量精度得到 有效保障 建议对该用户采取换表措施 在未更换一体化智能水表之前该用户的实 际用水特性曲线 图十五 城市市政供水管网信息化系统构架 第 48 页 总 64 页 图十五 未更换水表前 DN 150 口径流量特性图 结论 在非生产高峰用水的计量精度效果差 用水量长期低于最小流量以下 可能存在漏失不计量的现象 8 将大客户不同的用水属性按照管网 延线 行业等关联信息分析管网的供 水情况 反映了不同区域的水量分布和管网负荷状况 为供水区域优化调度和计量 管理提供了实用的基础数据 如图十六 图十七 城市市政供水管网信息化系统构架 第 49 页 总 64 页 图十六 管网关联 同一管网的用户水压趋势图 图十七 延线关联 同一延线的用户高峰时段供水趋势图 9 具备供水异常状态主动实时报警功能 一旦发生报警 将不受发送周期的 城市市政供水管网信息化系统构架 第 50 页 总 64 页 限制 立即发送给中控室 系统将在各功能页面实时滚动提醒报警状态 时间及数 值 确认后将自动保存在报警统计表中 供相关管理人员查询和事故追忆 报警数 据涵盖 压力越上限 压力越下限 流量越上 下限 流向突变 突降值 强磁干 扰计量装置 电池低电压报警提醒等 如图十八 图十八 报警数据统计表 10 大客户用水量排位 及时掌握和重点关注大客户用水信息 保障其安全 供水 改善供水服务 如图十九 城市市政供水管网信息化系统构架 第 51 页 总 64 页 图十九 大客户水量统计表 11 用户管理和权限配置功能 如图二十 图二十 权限配置 城市市政供水管网信息化系统构架 第 52 页 总 64 页 5 35 3 管网水力模型系统管网水力模型系统 5 3 15 3 1 概述 概述 水力模型系统是以管网 GIS 作为基础建立起来的管网仿真模拟系统 并以 SCADA 系统的监测数据定期进行校核 它可以对当前管网的水力运行状态进行在线 模拟 对管网的多工况进行延时模拟 对管网未来的调度决策进行预案模拟 它对 管网调度系统方案的产生具有相当重要的作用 管网水力模型系统具备的基本功能如下 1 自动修正根据用户用水的实时变化 能够动态修正节点用水量变化模式 根据管段材料 年代等 能够修改管段的粗糙系数 2 实时模拟根据 SCADA 系统采集的监测点压力 用户用水量 能够实时模拟 当前管网的运行状态 得到各节点的压力 流量 各管段的流量 流速 压降等 用以指导日常运行调度 3 动态评估根据模型系统计算出来的结果 对现有管网的运行状态进行动态 评估 为调度系统提示可能存在的问题及对策 4 预案分析能够模拟各类事故发生时管网的运行状况 供调度系统提前进行 决策分析 能够模拟消防时的管网状态 供调度系统进行火灾发生时的应对分析 能够对设备维护和改扩建情况进行模拟 为调度系统提供合理的解决方案 为了便于管网水力模型系统的开发 笔者作了软件用户需求方面的分析 5 3 25 3 2 建立 建立 实现供水系统在线实时水力模拟的关键在于建立供水系统运行分析与调度管理 数据平台 它为实现供水系统的静态数据和动态数据在线实时更新和调用创造条件 本方案对水利模型的描述均建立在使用敢创管网建模软件 WaterSimu for GIS 的基础上 管网系统运行分析与调度管理平台数据流见下图 城市市政供水管网信息化系统构架 第 53 页 总 64 页 标准接口 设计 标准接口 设计 标准接口 设计 SCADA 系统数据库 GIS 系统数据库 营业收费 系统数据库 属性数据库 动态和静态 与空间数据库 数据平台 水量预测 在线实时 模拟与经 济调度 管网数学 模型 管网数据水量数据 预测数据模型数据 信 息 反 馈 数 据 调 用 5 3 2 15 3 2 1 供水管网微观动态水力模型的建立供水管网微观动态水力模型的建立 1 建立管网模型拓扑结构 应根据供水的实际应用需求 建立 DN100 或其他尺 寸的管网模型拓扑结构 本方案假设项目地方政府已建立地理信息系统 供水管网 模型拓扑结构的生成是通过敢创管网建模软件和当地地理信息系统软件接口设计实 现的 管网建模软件直接调用地理信息系统中已存档供水设施的属性数据和空间数 据 2 现场测试 现场测试的目的是为了计算供水系统的用水量 节点流量及校 验管网动态水力模型提供数据 现场测试之前 需进行现场调查和收集一些基础资 料为现场测试做准备 现场测试由三部分组成 测试供水系统压力和流量值 大客户用水方式和规律调查及现场 24 h 读表实测 测试水泵的特性参数 第一部分内容需要在管网模型校验日 24 小时内同时进行 用于模型校验 城市市政供水管网信息化系统构架 第 54 页 总 64 页 压力采集点应均匀分布在供水系统中 比如在之前的某项目中 我们选取共 9 个压力点和 4 个管道流量校验点 以当地 2009 年 5 月份用户用水量数据库为依据 对用水量 5600 t 月 占总用水量 28 7 的 59 家大用户进行现场 24 h 抄表 并进 行工作班制和用水特点调查 为计算不同工作班制工业用户的用水模式曲线提供数 据 水泵使用的时间过长 原有水泵的水力特性参数会发生变化 需要重新测试 先结合历史 SCADA 系统采集的在各不同工况条件下水泵机组出水参数 求解出各水 泵水力特性参数 后到现场校核 共测试了 7 台水泵 3 节点流量计算 给水管网微观动态水力模型中节点流量的计算是基于大量 的现场实测数据 大用户现场读表数据和用户每月读表抄见数数据库 营业收费系 统中用户用水性质有八类 办公楼 二十里 基建 民用楼 绿化用水 生产经营 特种用水 学校用水 然后逐日逐月统计出各类用户用水所占比例 在制定用水模 式时 分为六类 办公楼 基建 民用楼 生产经营 学校用水和无计量用水 节 点流量的计算方法见下图 划定节点供水范围 建立每月用水量数据库 SCADA系统数据 大用户24h抄表数据获 得各类用水模型曲线 确定无计量 用水模型曲线 确定用户类型 计算出24h系统供水量 变化曲线 大用户用水 其他非居民用水 建立节点与抄表薄的对 应关系 按类型计算各类用户 平均用水 按类型求出每个节点用 水量总和 管网模拟软件节点流量输入文件 民用水量及 模型曲线 用系统用水 量 计算的 非民用水和 无计量用水 4 确定管道阻力系数 管道水力模拟公式采用海曾 威廉 Hazen Williams 公 式 用 四点法 或 五点法 对不同年代 不同管径的典型管段进行了现场 实测 由 k h1 l1 0 5 h2 l2 q 2 和 城市市政供水管网信息化系统构架 第 55 页 总 64 页 k 10 667 C1 852D4 87 求 C 值 5 校验结果 5 3 2 25 3 2 2 供水管网在线实时水力模拟系统的建立供水管网在线实时水力模拟系统的建立 1 时段总水量预测及节点流量的计算 时段总水量预测采用自回归滑动平均 ARIMA p d 0 模型 时段间隔为 15 分钟 历史数据样本采用每日同时段数据 时段总水量的分配 时段总水量中六类型用户 办公楼 基建 民用楼 生产经营 学校用水和无计量用水 每日用水所占比例 取供水系统中各类用水性质的用户上一年同月平均水量所占比例 每半月更新一次 用水量节点与抄表簿对应关系 特大用水量的用户及时更新 2 软件接口设计 供水管网 GIS 系统和供水系统运行分析与调度管理数据平台接口设计 实现了 管网数据及时更新 保证了管网模型拓扑结构及时更新和准确性 供水 SCADA 系统 和供水系统运行分析