供输水管网无线监控系统应用

2019/08/15

1 概述

供输水管网无线监控系统适应供水企业实现供水管网 的压力、流量等远程在线监控，以科学的方式实现水管网科学调度，并通过压力值变动、夜间最小流量分析、发现管网爆管及漏损等问题。为保证供水工作的科学性，依靠现代计算机通信技术和传感技术，实施对供水管道的远程实时监测，并且能够自动传输到上级主管部门，监测输水管道、供水管道的压力、流量信息；及时发现管网故障，提高维护效率、降低损失，保障输水、供水质量，达到科学预警，减少成本，提高效率的目的；消除了供水管网“跑、冒、滴、漏”及“卡脖管”等问题，进一步降低了管网漏失率，扩大了行业收益。

2 系统架构

各站点使用3G/4G无线通讯方式进行数据传输，物联网网关通过RS485接口与PLC连接，周期性采集PLC寄存器并缓存（多包并发采集），无需固定IP或绑定域名即可实现对各站点数据的无线监控，采用Web数据接口HTTP协议来实现对PLC数据的读写。系统采用B/S架构，通过Internet互联网和3G/4G无线网络接收管道压力、流量等数据，进行管道数据分析、显示、查询、统计、报表打印等功能，客户端支持PC、手机、平板等设备，可以跨广域网、跨操作系统来访问数据，实现方式更为灵活。基于三层结构Web应用技术，使企业内部上至高层领导，下至普通员工都可以通过各自的权限在浏览器上共享、分析、处理和应用企业内部的各种信息，实现生产自动化、运营智能化、管理决策科学化、信息资源化和运作网络化的信息传递机制。系统架构如下图所示。

供输水管网无线监控系统应用

3 系统组成

供输水管网无线监控系统设计目的在于：解决管道爆管问题、管网漏损导致严重的资源浪费等，及时发现管网故障，提高维护效率、降低损失，保障输水、供水质量，达到科学预警，减少成本，提高效率的目的。系统由以下各部分组成：

监控中心：计算机工作站，管网GIS系统、供输水SCADA系统、管网模型系统、信息化集成系统；

通信网络：通过巨控科技GRM230物联网网关使用3G/4G的无线传输方式将数据通过因特网传输到目的中心；

下位机硬件系统：基于PLC的下位机控制系统；

测量仪表、执行机构：流量计、压力/温度变送器、球阀、蝶阀、多功能控制阀；

3.1 监控中心

3.1.1 管网GIS系统

GIS系统主要包括三个子系统：桌面GIS系统(C/S结构)、Web.GIS系统(B/S结构)和掌上GIS系统(M/S结构)。供水管网GIS系统是将管网资料数字化的软件平台，同时具备信息化管理的一些功能，如管道安全评估、事故关阀、爆管分析等。供水管网GIS系统从施工建设时期就开始收集准确的原始资料，建立全要素的供水管网地理信息系统。面对传统供水管网调度模式存在的不足，新时期城市供水管网测量要坚持科技创新原则，将供水GIS系统与各业务系统进行集成，实现系统的信息交互与共享。利用供水管网GIS数据和各业务数据，平台可以进行跨业务系统的综合分析，实现综合运营监管、调度指挥决策，从而提升供水企业的综合管理效率。

以城市基础地形图为基础，以供水管网数据为核心，紧密结合供水管网管理需求，采用C/S、B/S、M/S相结合的方式，采集、管理、更新、分析供水管网数据，为供水管网的正常运行提供了一套科学、有效的信息化管理工作。

3.1.2 供输水SCADA系统

系统包括管网水质在线监测、用户水量水压在线监测、管段流量压力在线监测等三个子系统。通过SCADA实现对现场数据高性能的数据采集与监视，并且可通过SCADA实现对各个设备的高可靠性的操控。充分利用完整的历史数据库和报警事件数据库中数据，基于所存储的历史数据方便的进行分析统计、事故分析和追忆。实现管网的信息化管理。

实时生产数据的优化展示，SCADA系统具有强大的图形开发工具，绚丽的图形对象，丰富的属性设置和动画连接，可制作立体的展示效果，将供输水管网数据在图形上的展示发挥的淋漓尽致。

3.1.3 管网模型系统

通过SCADA系统只能了解有限数量的在线监测点的运行数据，而管网模型则可以模拟出整个管网的运行情况，并通过在线监测点数据进行校核。供水管网水力模型的主要目的是精确地模拟域内的管网运行情况，并以此为基础建立精确的水质模型．可以模拟管网中的水龄以及余氯变化，为保障优质供水提供科学的管理工具。系统采集的实时运行数据可用来进行管网模型的在线模拟，与监测点在线压力、流量和水质数据进行对比，可及时发现管网异常。

3.1.4 信息化集成系统

信息化集成系统将管网GIS系统、SCADA系统、管网水力模型集成在同一平台上。它利用GIS强大的图形展现、空间查询和地理分析等功能，对供水管网基础数据、SCADA等实时监测数据，以及客服、营业等历史数据和水力模型的模拟数据进行更加充分的挖掘、分析和利用。

供水信息化集成系统丰富了GIS的查询功能，将实时流量、水压、水质和用户用水量数据接入集成平台，使得管网水力模型第一时间获得模型计算与校核的真实数据，从而使平台中既有实时数据又有模拟数据，结合历史数据，极大地方便了操作人员对数据进行分析。它使各系统数据共享，提升了数据的更新速度，为调度、管理和决策人员提供更加高效的手段。

整合各供水SCADA系统，实现从原水取水输送、水厂制水到管网输水系统的全过程监控。GIS系统具备强大的空间分析功能。可以集成监测、模拟、调度等一系列应用。以GIS平台为基础，集成GIS系统的静态数据、SCADA系统的动态数据和模型系统的模拟数据，形成图数结合的展示方式。利用GIS强大的图形展现、空间查询和地理分析等功能，对供水管网基础数据、SCADA实时监测数据和水力模型的模拟数据进行更加充分的挖掘、分析和利用。平台内容采用Web.GIS的方式进行发布。可以通过登陆网页的方式进行浏览和操作。

3.2 通讯网络

近年来，随着用户需求的不断提高，网络通讯技术的日趋完善，PLC远程控制已经成为客户的基本诉求，如何以最低的成本实现PLC与软件的对接成为关注的热点问题。传统的串口通讯方式需要耗费大量的人力物力进行综合布线；依靠普通DTU需要根据不同的软件定制驱动或协议，这无形中增加了工程的成本。

通过巨控科技GRM230物联网网关使用3G/4G的无线传输方式将数据通过因特网传输到目的中心；PLC通过GRM230终端与工业云平台通讯在网络上始终是加密压缩的数据流，相对DTU透传模块，不仅可以节省流量，同时从根本上避免了网络层监听直接获取PLC数据的可能。使用无线数据传输的方式能节省很大的人力物力，部署便捷、维护简便。

3.3 下位机硬件系统

使用西门子S7-200 Smart系列PLC组成下位机硬件系统，配置如下图所示：ST20为主控CUP，GRM230物联网网关通过RS485接口与CPU本体RS485连接，周期性采集PLC寄存器并缓存，加装SB CM01信号板扩展一路RS485接口实现对电表电能参数和机箱内部温湿度数据的轮询采集，EM AM06模拟量模块完成对电磁流量计、压力变送器、温度变送器、球阀开度反馈等信号的实时采集及球阀的开度调节。

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