远程供水监视系统功能分析与方案设计

张 成 姚万业

（华北电力大学 河北 保定 071000）

我国加入世贸组织以后， 各方面都强调加快与国际接轨。 随着科学技术的高速发展， 世界发达国家城市供水的现代化建设已相当普遍，在水资源保护的规划和措施、水厂各项处理程序的自动化操作和控制、输配水系统的信息化管理等方面都值得我们借鉴。 现代化要求我们发展新思路、新观念，开发、采用新技术、 新设备，实现降低成本、提高效率和管理水平的目标。

1 供水自动化远程监控系统的总体设计

1.1 系统设计的主要功能分析

1.1.1 供水管网压力数据在线监测系统

必须于城市供水管网中配置合适数量的压力测点，这样是为了使压力监测点能够较为整体地表现出管网内、外部扰动所造成的压力或者流量波动，还能准确及时的掌握实时状态。 此外，条件好的企业能够在城市里不同供水区的代表点提高测量流量、余氛、浊度的测点，这就可以反映出网络中的供水量和水质。 通过监测长期的数据，掌握供水区的需水量随各个不同因素所产生的变化，为供水自动化进行合理的调度供给所需的数据。 在测压点上的测量方面，我们可以运用类型各异的控制设备执行现场的数据收集，远程发送到调度中心进行集中化的管理，还能在网络计算机网络终端上实时的显示。

1.1.2 分站的监测

为了实现厂级调度，必须在管网中的各个节点搭建成厂内计算机网络在线监测系统。监测分站系统的主要任务是：各种数据的实时采集，且由例如PLC 之类的设备变换而成的数据上传给上位机；计算机网络终端对这些数据执行分析与处理，构成与之相应的实时状态图表，给出相关的报告；对参数执行整合与分析，进而产生相关的趋势图和报表。 与此同时，调度中心还会收到实时的发送信号。

1.1.3 实现地理信息系统

城市地形图作为供水管网地理信息系统的背景，由供水管网的相关数据为主，并且运用相关的计算机、网络、管理等等技术， 生产出符合实际水平的供水管网在线管理系统，动态管理管网基础情况。 供给网络及其主要数据的搜索、合计还有相关的管理功能；管网分析也可以实现，包括事故的关阀处理，大火产生时消防栓的查询等；通过和调度系统的接口，管理测压点、流量计的压力、流量等实时数据。 为供水系统管网模型供给依据，进而全面管理管网的各项参数。

1.2 系统的总体设计

从水厂的调度情况出发，进而引出城市管网的调度。 水厂的工艺特点是各工艺单元既相对独立，同时各单元之间又存在一定的联系。 正因为各工艺单元相对独立，通常将整个供水监控系统按工艺特点划分成几个相互联系的控制单元。

中央控制室：通过各种接口与各工艺单元相联，对整个系统进行监控和调度。

配电控制：对高压及低压配电系统进行监控。

取水控制：取水泵、真空泵、潜污泵及轴流风机等进行监控。

送水控制：对送水泵、潜污泵等进行监控。

沉淀控制：对快开排泥阀、刮泥机进行监控。

过滤控制：对反冲洗公共部分（反冲洗泵、鼓风机、干燥机及相关阀门）进行监控。

滤池控制：根据单格滤池数量进行配置，每格滤池一个，对单个滤池设备进行监控。

管网监控终端：对分布于城市内的各监测点的数据采集和监测。

在城市管网调度中，总调度下辖m 个分调度和n 个压力监测点，处于系统的最高层。 它根据供水管网的压力和各个分调度提供的供水参数和设备运行情况进行综合调度。 分调度一般地对应一个水厂或一组相对独立的供水设备，负责对其下辖的供水设备的监控和各种供水参数(压力、 流量、水位、余氯等)的监测；向总调度提供设备运行状态和供水参数；执行总调度下达的指令。

1.3 系统软件平台

基于稳定性等多方面的考虑， 本系统采用Windows XP系统作为软件平台的操作系统。 当前国际流行的大型数据库，主要有SQL Server 2000，Oracle9i，Sybase 等。 本项目选用SQL Server 2000 数据库开发平台建立的MS SQL 数据服务器。

1.4 系统硬件平台需求分析

1.4.1 监视机。 监视机的主要用途为，对建筑物内重要部位的事态、人流等动态状况进行监视、控制，以便对各种异常情况进行实时取证、复核，并实现现场监视和远程控制传输图像信息功能。

1.4.2 大屏幕显示设备。 在本系统中选用壁挂式大屏幕显示器，主要用于调度室和监控室的画面显示。

1.4.3 后备电源。 对于调度中心来讲，需要实时监控现场的情况，所以后备电源是十分必要的，以防止突发的情况。

2 供水自动化远程监控系统网络组建

数据中心采用GPRS 内网APN 专线方式进行连接(固定IP 地址)， 由一根2M 的APN 专线直接与移动运营商后台企业网接入服务器连接；远程采集端GPRS DTU 也使用该APN的SIM 卡。 整个网络组网采用“自动站—数据中心—应用”结构方式对全网各个自动气象站的数据统一收集，自动气象站直接与数据中心产生对话。 这样的组网方式减少了中间环节的设备开支，即可提高数据传输速度，又可以提高管理的统一性，也可以提高了应用端的灵活性，可以不断的扩展应用端的功能。

2.1 中心数据

在信息中心的机房内，中心数据就搭建于此。 接入的移动公司网络是由一个2 兆速率的专线接入的，广域连接是由二者的路由设备构成的。 为了躲避数据泄漏于过程中，两个站之间采用了点对点的加密方式。 防火墙方式隔离二者之间，而且在它里面进行端口和IP 地址过滤，以此来检测通路的有效。

2.2 远程采集端

远程采集端即自动气象站， 通信设备采用GPRS DTU，SIM 卡绑定APN 参数，GPRS DTU 设置GPRS/SMS 主备通道，主备通道自动切换，以GPRS 为主通道，当主通道不畅通，则自动切换至SMS(即短信)备用通道，任务结束后切回主通道。

2.3 数据中心与远程采集端的会话

远程采集端的GPRS DTU 工作时根据预先设置其内的服务端IP 地址主动访问数据中心专线路由器，通过安全性审核后和数据中心服务器平台建立TCP/IP 链路，远程采集端可以进行与数据中心服务器平台的会话，服务器平台经过链路合法性验证后才给予回复；服务器平台向某个远程采集端提出数据请求时，根据GPRS DTU ID 寻找对应的链路，将命令下发至远程采集端，远程采集端响应后返回数据，即完成一个应答式的通讯流程。

3 供水远程监控系统的架构实现

3.1 网络自动化信息化的层次模型

自动化和信息化是如今许多产业的发展目标。 现在，许多企业的管理和组织模式正在朝着“层次化”的目标开展，进而形成一种新的层次模型。

3.1.1 设备层面。 设备的种类相当复杂是这个层面的一大特点，有驱动部件、传感部件、I/O 设备、变送设备、电磁阀等等。开放性要求满足设备层面的种种需求，公认标准广泛的被认同，这样一来标准化就可以被满足，以便能够用具有一样功能的另外部件替换不同商家的设备，并且设备的功能不会受到限制，集成度也不会被削弱。

3.1.2 自动化层面。 控制网络化实现与这个自动化层面，开放的协议体系与体系同时也会被遵守。 一定要方便地接入具有开放性的标准部件，以便让来自多种商家的部件间通讯容易，其功能也可以在不一样的环境里达成，及和上个层面（信息层面)相互通讯。

3.1.3 信息化层面。 协议TCP/IP 被这个层面所遵循，由于其拥有很强的开放性，有力地支撑了实时的控制。 生产现场被控制过程所指向，这个信息化层面必须要求它拥有较高的实时性、优良的时间一定性、强大的容错性、可靠的安全性、实用而又简易的发散网络结构和网络协议等特点。

3.2 系统的硬件拓扑结构

三层的C/S 体系被本远程监控系统所采用。 以传感设备将监测到的现场生产中的各种在线数据通过DataSocket 服务器上传到网上；所以，用户们就可以在终端设备的网络计算机显示器里就能够看到现场生产的信息工况。 这样的模式结构亦能够让它同时连接其他客户并且下载在线数据。 以下的若干环节组成了这个系统：

3.2.1 可以给因特网供给服务方面信息的应用服务器，也就是服务器DataSocket。

3.2.2 和生产过程联系紧密的监视网络计算机。

3.2.3 客户端网络设备和相关的软件。

3.2.4 因特网与DateSocket 之间的代理/防火墙服务器，进而使得网络控制的安全性能得到保障。

一般情况下， 建立在C/S 模式的远程监控系统可以划分为以客户子系统、现场子系统、中间层子系统。 请求的信息被客户子系统发出，接受由以下中间层子系统处理完毕并且发送的数据； 现场子系统可以接收中间层子系统发送的指令，并对这条指令验证、解析，随后产生相应的控制动作；此外，它还可以收集各个不同现场的控制节点的运营数据，通过预处理、汇总后反馈给中间层子系统；中间层子系统可以看作是一个中间系统，通常情况下由数据库服务器和应用服务器组成。 客户与现场子系统进行交互就靠它来负责。

3.3 采集现场的数据

在国内的供水管网里，绝大多数的终端设备还有着串行通讯不流畅、速度不快、抗扰性能不佳、通讯联系的长度被限、运作方式固定和较为保守的缺点[36]。 原来人值守站的RTU 自动化程度很低，工作强度很大，相关数据的发送与接收也受到很大程度上的限制。 鉴于此，在计算机技术和过程控制自动化技术相结合的情况下，非常有必要并且也会很容易的开发出数据的传输、接收以及其相关流程的功能于一个整体的RTU 现场自动化监视系统。 这样，工作人员便能够在一个监控室内，对现场的工作情况进行监视与控制，这就会同时节约许多的人员配备，工作效率也会被提高。 此外，分布在管网中的测压点、测流点应具有一定的代表性。

这样，我们就可以总结出远程检测在RTU 运行情况下的主要任务：

（1）把RTU 与其他设备隔离，运用自动的切换设备，把设备柜里的RTU 部件一步步切换，并且连结到RTU 设备上，这样便使其能够校验虚负荷自动比对。 当然，不隔离RTU 设备也是可以的， 通过自动化装置切换把RTU 的二次测量数据串联或者并联的连到RTU 设备中校验实负荷自动比对。

（2）数据库中存入比对结果，原始记录和检查结果同时也显示生成。

（3）通讯过程也可能产生不够流畅，有些许障碍的情况，这就急需现场测试工作者测试，数据接口也会被提供，这能够将现场的监测数据还有监测报告上传于主机的系统。

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