自來水廠生產調度輔助系統

蔡仲華，鄧俊賢，溫韶雄

（佛山市西江供水有限公司，廣東佛山 528599）

1 自來水廠生產調度輔助系統

生產調度輔助系統以經驗分析預判模式運營，以實用的歷史經驗數據為基礎，結合人為主觀的經驗總結規律，自動化預測出供水需求。同時根據人為設定的特定目的條件，自動化演算最合適的調度操作方案，并能隨著系統自身運營和數據積累的增加，不斷調整、完善各級演算關系，不斷提高系統輸出的預測需求，比對計算方案現實生產情況的準確性。

系統設計具備以下功能：①自動化地實時收集數據和儲存數據；②預測未來24 h 的各級水量需求數據；③從數據庫中調用相關數據，實時反向演算出合適的調度（水量分配）方案；④使用者能根據不同的權限，可從系統外部方便地查詢、各級原始數據和演算結果；⑤調試演算過程。

2 系統顯示模板

自來水廠生產調度輔助系統的顯示模板位于應用層，通過對數據的提取、運算、整合，形成以調度數據為主要呈現、交互的窗口，建立自來水廠生產調度輔助系統（圖1、圖2）。

圖1 自來水廠生產流程

圖2 自來水廠生產調度輔助系統的模塊

3 系統的數據庫結構和功能

基于整個系統的數據安全、操作便利、開發維護的職責、數據應用的持續發掘擴展等因素的綜合考慮，初步設計將系統分為4 個部分，各部分之間的數據可相互調用輸出輸入，但堅持各自獨立運作和演算，獨立儲存數據。

（1）A 部分：通過自動化不間斷采集大量的與調度意義有關聯的各類數據，如水量、壓力、能耗等數據，不斷地儲存、生成“事實數據庫”（以下簡稱A 庫）。

（2）B 部分：通過人的主動觀察思考，在事實數據庫的原始數據中設計出一系列的關聯運算，自動得出所關注的數據與其他數據之間的變量參數，實現調度經驗規律的數字化提取，不斷地儲存、生成“經驗變量參考數據庫”（以下簡稱B 庫）。

（3）C 部分：以A 庫的歷史數據和實時數據作為參考，通過人主動觀察思考而設計出的模式，在B 庫中篩選適合的變量數據，用以預測當前未來時段（24～120 h）的調度需求數據，如預測壓力、水量等，持續地生成實時的“需求預測參考數據庫”（以下簡稱C 庫）。

（4）D 部分：以C 庫中的需求數據為基礎，按照人為設定的目標條件，如水量的生產、輸送分配、開泵組合等，反向推算生成符合調度意義的“調度操作參考數據庫”（以下簡稱D 庫）。

系統的最高管理者可在A～D 所有4 個部分查詢各自的外部界面數據和演算結果，以及調整內部各類演算邏輯；系統的一般維護管理者可在B、C、D 部分查詢各自的外部數據和演算結果，調整調整各類演算邏輯；系統的一般使用者僅可在C 和D部分查詢數據和演算結果。

4 系統的數據類型和內部關聯

4.1 A 庫

A 庫內部需要自動化收集的數據類型：

（1）縱向數據列，包括準確的日期時間，如每10 min 一次。

（2）橫向數據行，包括內部生產數據，如公司內能采集的數據：①各個流量計（含水廠、加壓站、供水片區、接入點）的瞬時壓力、瞬時流量、累計水量；②水源河水水位、水廠清水池水位、加壓站清水池水位；③水廠、加壓站各臺水泵的頻率、電度電耗、開機時長、開機組合搭配。

（3）外部環境數據，如社會上公開的應用數據：環境溫度，濕度，風力，降雨量，日照時長，節假日標簽，模糊季節標簽等。

A 庫為系統從各方面自動客觀地收集和儲存數據，完全建立后不應人為干預其運算。A 庫應具備對異常原始數據的判斷、修正功能。A 庫需要一個可供查詢所有數據的操作界面。

4.2 B 庫

B 庫是人為觀察A 庫中的數據，尋找各類數據的關系，從而設計一系列的演算變量系數，初步包括：季節、天氣、時段、水量、壓力的相互關系，水位、壓力、電耗的相互關系，水泵組合、水量、電耗的相互關系等。B 庫需要由具備數據庫專業技術的人員來操作維護，主觀地長期觀察、思考總結，不斷調整優化其內部的數據設定和篩選分類。

4.3 C 庫

C 庫生成預測出當前至未來24 h 的供水需求的界面，如壓力、水量等，同時也要求能顯示往年同期、前一周同日和前一日的歷史數變化率作為參考對比。C 庫需要設計一個系統預測數與即時發生實際數的對比準確率供參考。

C 庫是A 庫和B 庫數據之間純粹客觀的演算，完全建立后一般情況下不需人為干預其運算。但對于臨時調整的水量和壓力需求，要建立一個可供外部輸入修正的欄目以最終確認。系統建立的初期，C 庫可簡單先按照前一天的水量和壓力來預測，中后期應逐步隨著B 庫經驗參數的不斷完善，不斷提高自動預測的準確度。

4.4 D 庫

D 庫的初期目標為根據簡單的調度目的條件，如保障清水安全運行池水位、減少取水泵站開停機操作等，來反向推算生產抽水量、輸水量、供水量的分配模式。D 庫需要設計一個系統預測數與即時發生實際數的對比準確率，以驗證系統的運算準確性，反饋于維護人員不斷優化B 庫和D 庫的運算邏輯，也提醒調度操作人員對系統的執行程度。D 庫未來應逐步隨著B 庫經驗參數的不斷完善，以及D 庫內部運算規則的不斷優化，提供更準確、更多樣、更詳細的水量和壓力分配方案。

未來設想研究開發以下抽象概念的調度前提條件：①應急安全系數，包括應急處置備用時間、應急事故和處置的后果成本等；②操作難度系數，包括人力工時成本、操作復雜性和容錯性等；③經濟效益系數，包括能耗、售水量等因素。

5 自來水廠生產調度輔助系統軟件實例

根據上文的設計思路，使用VUE+ELEMENT 前端和JAVA 后端的結合方式，為某供水公司建立了自來水廠生產調度輔助系統，系統功能包括了數據展示、導出，以及運算條件的錄入和提供調度方案等（圖3）。系統界面白色底部分顯示以往實際發生的歷史數據，深色底部分是系統對未來的預測數據，操作人員可以很直觀地查看到過往的數據和未來的預測數據。系統根據預測的各級水量數據，按照操作者輸入的具體調度條件的設置，如清水池水位高低限制、每班次的開關機次數等要求，自動求出最優解的調度模式。

圖3 自來水廠生產調度輔助系統主界面

6 結語

通過對自來水廠生產調度輔助系統建立的探討，在不改變自來水廠原有自動化控制設備的前提下，用生產調度輔助系統提供的輔助調度方案提高自來水廠操作人員的工作效率，使自來水廠安全、持續、高效地運轉。希望通過本文的探討能進一步提升自來水廠的自動化控制水平，讓自來水廠生產不斷向智能化邁進。