供水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)分析及探索

張楊 劉陟升

【摘要】隨著科學技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)力水平的提高，遠程監(jiān)控系統(tǒng)被越來越多的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。本文介紹了供水管網(wǎng)遠程監(jiān)控的開發(fā)背景，闡述了監(jiān)測系統(tǒng)的遠程傳輸、管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)功能和系統(tǒng)終端的安裝與使用，分析了投入使用后能給企業(yè)帶來的良好的經(jīng)濟效益與社會效益。

【關(guān)鍵詞】管網(wǎng)供水系統(tǒng)監(jiān)測；自動化；無線通訊；遠程監(jiān)測；終端

1.供水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)背景

隨著全球水資源日益不足、供水生產(chǎn)成本日漸高漲以及能源緊缺不斷加劇，世界各國都把供水管網(wǎng)的漏失問題作為一項重要的課題來研究，這已成為全世界供水科學技術(shù)的重要組成部分。

沈陽市城區(qū)供水管網(wǎng)總長度為5958公里，其中市街管網(wǎng)2884公里，小區(qū)內(nèi)網(wǎng)3074公里。沈陽是東北的老工業(yè)基地，有部分地區(qū)管線為上個世紀50年代鋪設(shè)的，管線早已老化，部分居民小區(qū)供水內(nèi)網(wǎng)存在使用淘汰管材、同溝鋪設(shè)、管網(wǎng)年久失修等問題。再加上當時管路鋪設(shè)接口技術(shù)落后和道路荷載的變化等諸多因素導致爆管頻繁、破損漏失日益嚴重，跑、冒、漏、滴現(xiàn)象嚴重。雖然近幾年水務(wù)集團逐步對年久的地下管網(wǎng)進行有計劃的更新改造，但是每年供水管網(wǎng)漏失率仍然達到20%以上。自來水漏失問題不僅嚴重浪費經(jīng)過凈化的優(yōu)質(zhì)水資源，也浪費了電能等重要能源，而且使管網(wǎng)水質(zhì)通過漏失點受到外源污染，導致飲用水衛(wèi)生安全隱患。

管網(wǎng)漏損檢測與控制是一項系統(tǒng)工程，僅靠測漏儀器設(shè)備難以解決，因此必須運用系統(tǒng)工程方法，利用先進的理念和技術(shù)，先進的管理制度，全方位的開展城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)測控制。

2.管網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)測控制

管網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)測控制采用兩級控制，一級為系統(tǒng)中心控制室，二級為各管網(wǎng)監(jiān)測站點遠程站點。中心控制室負責監(jiān)視、管理和控制等工作。終端管網(wǎng)監(jiān)測站點負責數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)包括管網(wǎng)測點壓力、水流量等的實時數(shù)據(jù)，再通過無線傳輸?shù)姆绞綄⑿畔鬏數(shù)阶詠硭镜闹行目刂剖摇Ｕ{(diào)度中心工作人員可通過對傳輸回來的異常數(shù)據(jù)進行分析，便可以找出管網(wǎng)漏水的故障地點，再組織人力在最短的時間內(nèi)修復(fù)管道漏水點，從而減少水量的流失，將管網(wǎng)爆管等故事消滅在萌芽狀態(tài)，保證城市的正常供水。在未來，也可以將各區(qū)分公司的控制中心的數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳至上一級的水務(wù)集團，實現(xiàn)全市范圍內(nèi)的供水信息資源的全面共享，達到全市范圍內(nèi)全面供水系統(tǒng)的智能化管理的目標。

2.1 無線通信的實現(xiàn)。

管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)采用GPRS方式通訊，通過公網(wǎng)專線組網(wǎng)，借助移動公司GPRS網(wǎng)絡(luò)平臺傳輸數(shù)據(jù)，只要有GPRS信號的地方就可以進行無線傳輸，對于GPRS信號不強的地方可以采用短消息方式通訊。在中心控制室配置服務(wù)器，申請Internet網(wǎng)絡(luò)上的固定IP，安裝監(jiān)測系統(tǒng)軟件。在各管網(wǎng)監(jiān)測點安裝監(jiān)測終端，內(nèi)部配置一張開通GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和SMS短消息業(yè)務(wù)功能的SIM卡，通過無線網(wǎng)絡(luò)將各監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至中心控制室，并通過系統(tǒng)軟件顯示出來，實現(xiàn)供水管網(wǎng)的遠程監(jiān)測。

2.2 控制中心的軟件。

中心控制室的設(shè)計開發(fā)主要集中在應(yīng)用軟件上，一般是基于Windows和Unix等常用操作系統(tǒng)的。就軟件的實現(xiàn)形式而言，一般除了界面模塊外，其余各個功能模塊均可設(shè)計成動態(tài)連接庫文件。人機接口界面模塊可以根據(jù)該無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實際應(yīng)用需求進行定制，以滿足工作人員在界面美觀、操作方便等方面的特殊要求。采用C/C++語言在VC++開發(fā)環(huán)境下設(shè)計這樣的系統(tǒng)軟件涉及到的技術(shù)較多，包括內(nèi)存管理、網(wǎng)絡(luò)通信、多線程管理和數(shù)據(jù)庫編程，甚至ActiveX等。

3.監(jiān)測系統(tǒng)功能

系統(tǒng)建成后，可實現(xiàn)下列功能：一是工作人員可以在調(diào)度中心遠程監(jiān)測整個供水管網(wǎng)的壓力及流量等數(shù)據(jù)情況，為供水調(diào)度工作提供數(shù)據(jù)依據(jù)，保障供水穩(wěn)定，減少地下管網(wǎng)漏失。具體功能如下所述：

3.1 實時監(jiān)視。

調(diào)度中心的工作人員可以通過中心控制室的管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)對主管網(wǎng)設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)視。所有要監(jiān)視的內(nèi)容包括當前采集管網(wǎng)壓力、流量、流向、水質(zhì)等數(shù)據(jù)的運行及停運情況，并對各數(shù)據(jù)參數(shù)進行實時顯示。

3.2 故障報警顯示功能。

計算機監(jiān)控系統(tǒng)定時掃描檢查各故障狀態(tài)信號，一旦發(fā)生狀態(tài)變化將在屏幕上及時顯示出來，同時記錄故障及其發(fā)生時間，并用語音報警。

3.3 事故追憶及相關(guān)量記錄。

在供水管網(wǎng)發(fā)生事故時，由各現(xiàn)場控制單元采集繼電保護、自動裝置及各設(shè)備的狀態(tài)量傳送到控制中心，完成數(shù)據(jù)的采集與傳輸。每個事件應(yīng)能記錄事故發(fā)生前后一定時間內(nèi)重要實時參數(shù)的變化情況。追憶量包括管線電流、電壓，水質(zhì)、電壓，溫度、供水壓力等。事故追憶由自動控制系統(tǒng)完成，計算機將這些追憶數(shù)據(jù)保存與磁盤中變成歷史數(shù)據(jù)，運行人員可以召喚、顯示或打印這些數(shù)據(jù)。

4.供水監(jiān)測終端組成

供水設(shè)備維護人員通過簡單的培訓就可以安裝、設(shè)置、維護微功耗測控終端。監(jiān)測終端采用三種設(shè)置方式：現(xiàn)場按鍵設(shè)置、現(xiàn)場計算機設(shè)置、中心控制室遠程設(shè)置。普通設(shè)備維護人員可以使用終端按鍵設(shè)置或修改測點編號、采集時間間隔、發(fā)送時間間隔、壓力變送器量程、水表流量等參數(shù)。供水管網(wǎng)的監(jiān)測終端主要由四部分組成：測控單元、通信單元、顯示與操作單元、電源單元。

4.1 測控單元是終端設(shè)備的核心，負責采集現(xiàn)場壓力變送器的電流或電壓信號、采集流量儀表的脈沖信號或數(shù)字信號、采集水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備的模擬信號或數(shù)字信號，提供繼電器信號輸出，為現(xiàn)場變送器等設(shè)備提供直流供電電源，控制通信單元和供電單元。

4.2 通信單元主要負責現(xiàn)場與調(diào)度中心之間的通信。采用GPRS無線通信方式，兼容短信通信方式。工作模式分三種：普通模式、待機模式、休眠模式，不同供電模式選用不同的工作模式。

4.3 顯示與操作單元，主要負責現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場參數(shù)的顯示，使用按鍵操作可查詢監(jiān)測數(shù)據(jù)和設(shè)置參數(shù)，采用中文液晶顯示和防水磁感應(yīng)按鍵。

4.4 供電單元主要為終端設(shè)備提供工作電源，支持三種供電模式：市電供電、太陽能供電、電池組供電。不同的現(xiàn)場環(huán)境選用不同的供電模式。

5.系統(tǒng)的經(jīng)濟效益與社會效益

供水企業(yè)擔負著保障城市生活、生產(chǎn)用水和其他各項建設(shè)用水供水工作，樹立“供水勝于救火，責任重于泰山”的服務(wù)理念。管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用可以實時控制管網(wǎng)信息，及時發(fā)現(xiàn)漏失，最小化爆管事故的損失，保證城市供水工作的良好運行具有十分重要的意義。

5.1 創(chuàng)建“節(jié)約型社會”的需要。

水是世界上最寶貴的資源，因此，作為供水企業(yè)，管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)主動智能檢測工作，尤其是針對地下暗漏，不僅是為了降低管網(wǎng)漏失率衡量企業(yè)管理水平的需要，而且應(yīng)把此項工作看成是節(jié)約水資源、推進經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展、創(chuàng)建“節(jié)約型社會”的需要。

5.2 提高企業(yè)社會效益的需要。

城市供水是社會公用事業(yè)，供水企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量不僅是衡量企業(yè)管理水平的一個標志，一定程度上也代表著黨和政府在群眾中的形象。隨著社會的發(fā)展和城市居民維權(quán)意識的提高，用戶對供水企業(yè)的要求越來越高，由于供水管網(wǎng)漏水造成的水質(zhì)、水壓、水量、供水的連續(xù)性和安全性等問題成為市民投訴的熱點。同時，管網(wǎng)漏水也給環(huán)境帶來了一定的影響。如：路面塌陷，影響交通安全；長期漏水造成建筑物出現(xiàn)質(zhì)量問題，干擾市民的正常生產(chǎn)和生活，往往也被政府和新聞媒體所關(guān)注。供水企業(yè)如果處理不好，會對企業(yè)產(chǎn)生嚴重的負面影響。因此，供水管網(wǎng)漏水點的及早發(fā)現(xiàn)、準確定位、快速搶修、迅速恢復(fù)供水也為企業(yè)創(chuàng)造了良好的社會效益。

5.3 提高企業(yè)經(jīng)濟效益的需要。

地下管網(wǎng)漏水由于不易發(fā)現(xiàn)，潛伏時間長，使寶貴的成品水白白流失，是造成供水企業(yè)產(chǎn)銷差率增加的主要原因，給供水企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟損失。與傳統(tǒng)的投資大量資金進行老化管網(wǎng)改造相比，管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)可以加強管網(wǎng)智能查找到管網(wǎng)暗漏點，及時修復(fù)，具有投資少、見效快、效益明顯等優(yōu)點。對快速降低管網(wǎng)漏失，降低企業(yè)的產(chǎn)銷差率起到積極的作用，同時也提高供水效率和企業(yè)的經(jīng)濟效益。

目前，我國管網(wǎng)漏失的控制與發(fā)達國家相比還有相當大的差距。普遍存在著投入資金偏低、檢漏技術(shù)人員較少、專業(yè)技術(shù)素質(zhì)差、對先進設(shè)備的使用方法理解不深、激勵機制不活等，這些因素影響了管網(wǎng)智能化系統(tǒng)工作的進一步開展。

由此可見，我國供水管網(wǎng)漏失控制工作任重道遠，要達到發(fā)達國家內(nèi)漏控目標還有相當長的一段路要走。

因此，管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集功能，取代了傳統(tǒng)煩瑣的人工管網(wǎng)巡線工作，克服了管網(wǎng)地下暗漏時間長不易發(fā)現(xiàn)的不利影響，充分發(fā)揮了供水設(shè)施的作用，以取得較好的社會效益和經(jīng)濟效。對國內(nèi)供水企業(yè)來說，加強漏水檢測工作，降低管網(wǎng)漏失，合理控制管網(wǎng)漏失，可極大地提高有效供水能力，提高企業(yè)的社會效益和經(jīng)濟效益。再結(jié)合水廠的智能監(jiān)測系統(tǒng)、二次加壓智能監(jiān)測系統(tǒng)，最終實現(xiàn)整個供水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度，即：充分合理地調(diào)配利用水資源，調(diào)配原水泵站、清水泵站的流量和壓力；充分合理地分配不同區(qū)域的供水量，保證用戶對水量、水壓、水質(zhì)的要求，保證供水系統(tǒng)安全可靠運行。

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