城市供水無線監(jiān)控系統(tǒng)

摘    要：本文提出了一種基于GPRS 的城市供水無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方案，簡要介紹了GPRS 技術(shù)的基本知識，描述了GPRS 無線傳輸應(yīng)用于供水系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方法。通過實(shí)際應(yīng)用，獲得了理想的效果。

關(guān)鍵詞：GPRS；DDN；供水；無線；在線；監(jiān)控；

一、背景介紹

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水對人民生活與生產(chǎn)的影響日益加強(qiáng)，對供水的質(zhì)量與可靠性的要求不斷提高，人們也更加重視降低供水系統(tǒng)的能耗，為此，一項(xiàng)重要而有效的措施就是加強(qiáng)供水系統(tǒng)工況的監(jiān)測，尤其是加強(qiáng)水處理廠各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的自動(dòng)監(jiān)測與控制。
在城市供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中，由于各管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)具有分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠(yuǎn)、個(gè)別地點(diǎn)地處偏僻、環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，所以選擇有線通信顯然不切合實(shí)際。與之相比，利用GPRS無線通訊模塊則顯得非常靈活，它具有投資少、建設(shè)周期短、實(shí)時(shí)性可靠性高、運(yùn)行維護(hù)簡單等特點(diǎn)，而且同其它傳輸設(shè)備相比具有非常高的性價(jià)比。

二、系統(tǒng)組成

系統(tǒng)采用兩級控制：一級為供水公司監(jiān)控中心；二級為各監(jiān)控點(diǎn)。框圖如下： 

  水司監(jiān)控中心系統(tǒng)配置                                                  各監(jiān)測點(diǎn)系統(tǒng)配置示例

系統(tǒng)由一個(gè)主站（水司監(jiān)控中心）和N個(gè)分站（監(jiān)測點(diǎn)）組成。各監(jiān)控點(diǎn)使用RTU（PLC）負(fù)責(zé)采集供水管網(wǎng)的壓力、流量、液位以及控制泵房揚(yáng)水泵的啟動(dòng)、復(fù)位、停止等。采集到的數(shù)據(jù)通過GPRS無線通訊模塊實(shí)時(shí)上傳至監(jiān)控中心。監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)對采集后的數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的處理和分析，來監(jiān)測整個(gè)供水管網(wǎng)的運(yùn)行情況，如果出現(xiàn)某個(gè)測量站點(diǎn)參數(shù)異常的情況則通過GPRS無線通訊模塊發(fā)送各種控制命令，來控制外站RTU(PLC)和揚(yáng)水泵的運(yùn)行，以避免出現(xiàn)空抽、管道壓力過大等可能發(fā)生的問題。

系統(tǒng)組成框圖如下：

(圖)城市供水無線監(jiān)控系統(tǒng)

三、系統(tǒng)分析

本系統(tǒng)采用一對多組網(wǎng)，半雙工協(xié)議透明傳輸。中心調(diào)度室設(shè)在自來水公司辦公大樓頂層，中心調(diào)度室與各監(jiān)測點(diǎn)采用GPRS無線通訊模塊對多點(diǎn)通信。無線通信采用具有SCADA功能的主從通信協(xié)議，RTU(PLC)通過其標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口或RS-485接口與GPRS無線通訊模塊相連實(shí)現(xiàn)無線通信，信道速率為9600bps。中心調(diào)度室對水廠自控系統(tǒng)可實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)視也可進(jìn)行控制。 

中心調(diào)度室功能：在調(diào)度室計(jì)算機(jī)利用軟件讀取水廠參數(shù)（出廠水壓力、流量、pH值、余氯，水泵開、停、故障狀態(tài)等少量參數(shù)）和管網(wǎng)壓力數(shù)據(jù)；上位機(jī)監(jiān)控軟件，用于監(jiān)視水廠生產(chǎn)過程和管網(wǎng)壓力，實(shí)現(xiàn)供水合理調(diào)度。在調(diào)度室監(jiān)控計(jì)算機(jī)可通過畫面和曲線實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的監(jiān)測。供水調(diào)度人員可以根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行水廠的生產(chǎn)調(diào)度和指揮，還可打印各種報(bào)表。

RTU(PLC)根據(jù)其不同用途分別放置在壓力、流量、液位等需要監(jiān)控的監(jiān)測點(diǎn)，負(fù)責(zé)壓力、流量、液位等各項(xiàng)數(shù)據(jù)的采集和依據(jù)中心調(diào)度室指令實(shí)行管網(wǎng)的各項(xiàng)控制功能。RTU(PLC)通過GPRS無線通訊模塊接收來自中心調(diào)度室的各項(xiàng)指令，并依據(jù)指令向中心調(diào)度室傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或進(jìn)行各項(xiàng)控制功能。

分級管理結(jié)構(gòu)示意圖如下：

注：在較大的城市供水系統(tǒng)中，供水公司下屬可能有多個(gè)水廠，較大的自來水廠又有多個(gè)工藝過程，同時(shí)又負(fù)責(zé)多個(gè)管網(wǎng)測壓站、管網(wǎng)加壓站和水源井監(jiān)控站的管理。如果將系統(tǒng)的所有信息都直接傳送到水司控制中心，由水司完成整個(gè)系統(tǒng)的控制是不合理的。因此就需要建立多個(gè)水廠分控中心，在水廠內(nèi)建立多個(gè)監(jiān)控分站和自來水取水、供水監(jiān)控站點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)信息的逐級傳輸和系統(tǒng)的分級控制。

水廠可以根據(jù)自己不同情況選擇不同方式建立自控系統(tǒng)。為了便于統(tǒng)一管理，中心調(diào)度室與水廠自控中心采用GPRS無線通訊模塊點(diǎn)對點(diǎn)通訊。水廠自控中心通過中心調(diào)度室傳輸過來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，也可以監(jiān)測管網(wǎng)各監(jiān)測點(diǎn)和各小水廠運(yùn)行情況。水廠自控中心對水廠的生產(chǎn)及各站點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，它是系統(tǒng)的信息采集和控制中心。水廠自控中心采集各站點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，并對這些信息進(jìn)行存儲、分析匯總或打印等處理。通過數(shù)據(jù)分析，及時(shí)給出報(bào)警信息或向站點(diǎn)發(fā)出控制命令，控制站點(diǎn)設(shè)備的運(yùn)行。水廠自控中心還需將匯總數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到水司監(jiān)控中心，水司監(jiān)控中心對數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的處理和分析，合理實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)度和管理。

四、系統(tǒng)優(yōu)勢

1、替代了光纖和專線，降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，為用戶節(jié)省大量的費(fèi)用；

2、工程建設(shè)周期短；

3、可靈活方便地進(jìn)行安裝布署；

4、擴(kuò)充性強(qiáng)；

5、提供高可靠性；

6、提供遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控；

7、傳輸速率高，巡檢速度快；

8、設(shè)備成本低，性價(jià)比高。

五 、總結(jié)

城市供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)可以對遠(yuǎn)程現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)管道壓力、水流量的數(shù)據(jù)傳送及閥門開關(guān)的自動(dòng)控制，降低了故障率和提高了對系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。便于及時(shí)迅速的了解及控制遠(yuǎn)端管道及閥門，降低故障率和檢修的時(shí)間，減少停水次數(shù)。各水源監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集終端可自動(dòng)采集管道壓力、水流量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)，信息傳輸?shù)阶詠硭镜谋O(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過對傳輸回的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可找到出故障的地點(diǎn)，從而當(dāng)一個(gè)遠(yuǎn)端出現(xiàn)故障時(shí)，能在較短的時(shí)間內(nèi)解決問題，恢復(fù)供水，提高了整體的服務(wù)水平，從而實(shí)現(xiàn)了城市供水的信息化、現(xiàn)代化.。