基于物聯網的供水生產管網遠程無線數據采集與監控系統

關鍵詞：供水生產管網 無線 監控

一、系統背景：

隨著企業集團發展的不斷進步，企業本著降本增效，節能減排，實現企業管理進步的原則。自來水公司通過建設供水生產調度系統提高企業管理水平，為企業在當今如此激烈競爭的市場環境下提升市場競爭力和經濟效益提供管理平臺。

供水生產管理系統作為城市供水的“指揮中心”，負責整個城市水資源從源頭到用戶的過程水質、設備、水量等所有信息的收集和監視，并且根據供水能力、用水需求動態變化來實時調整調度整個供水系統的運行。

近年來我國城市發展建設速度的加快，供水管網越來越龐大、分散。供水管網是城市極為重要的基礎設施和經濟與社會發展的源泉，自來水的生產過程通常是由地表水或者水源井取水送到水廠，在水廠經過消毒、沉淀、過濾等過程后送入城市供水管網，提供給城市居民或者工業用戶使用。

目前，許多城市的供水系統是以地下水為主要水源，多水廠處理的環狀管網的供水系統，并且存在多個獨立供水板塊，系統分布區域范圍大，供水公司的全局性管理和實時監控相對困難，大部分城市已建立的供水監控系統主要存在以下幾個問題：

1、一般采取人工抄表、電話報數、現場手動操作的原始調度方法。收集信息數量少、處理慢、傳遞遲，調度處于低級階段，以保證不缺水和維持正常運行為主，談不上優化調度。遇上爆漏及其他事故，反映遲鈍損失擴大。
  

2、缺少全面的參數測量手段，無法對運行工況進行系統的分析判斷；系統運行工況失調難以消除，造成用戶供水不均；供水參數未能在最佳工況下運行，供水量與需水量不匹配；運行數據不全，難以實現量化管理。

3、供水管網壓力不穩定，通訊方式落后，系統相對封閉，沒有建立有效的企業信息共享系統，大多數水廠的供水系統采用傳統的相對獨立的c/s模式，遠程站點采用電臺穿的供水管網的相關數據和指令不利于供水公司的集中管理和優化調度以及水廠質檢的信息共享。

4、部分水廠的供水監控系統的冗余性不高，操作模式過于單一，經常由于一套設備的故障，而導致整個水廠供水監控系統癱瘓沒造成嚴重的經濟損失

5、系統依靠調度人員人工發出的指令來實現優化調度，浪費了大量人力物力財力。調度人員則完全依靠個人經驗進行調度，因此當系統出現故障時，調度人員很難及時發現并處理。

二、系統組成

供水生產管理系統包括供水總公司管理、水源井監控、水廠監控、管網監控、加壓泵站監控、大用戶用水量監控等。自來水的生產過程是由原水、經過初步制水到水廠，水經過沉淀池、過濾池、清水池、二級泵站進入城市供水管網，通過二次加壓泵站達到千家萬戶。如下圖所示為自來水制水生產過程

本項目思路是對于現在標準化的，提供一套集成的數據采集控制系統，革新現有站控系統定制模式的缺陷，并解決部分集成站因成本、工期、人員技術等問題安裝不起的問題。該無線遠程監控系統是以計算機為基礎，以遠程測控終端RTU 為核心，加上無線數據采集設備等組成，對現場儀表進行數據采集與控制，實現實時監視、數據采集、設備控制、數據存儲、參數調節以及各類信號報警等各項功能。站控系統可以在線實時準確的呈現各換熱站的運行現狀，完成緊急情況下的報警，實現對換熱站進行整體集中的管理，管理人員可以在監控中心遠程監測站內液體液位或進站壓力、泵組工作狀態、出站流量、出站壓力等，提高了系統運行的安全性，為全面實現企業信息化奠定基礎。
  城市供水一般包括供水總公司，水廠監控站，水源井監控站，水網加壓站。供水管網集中監控管理系統由水司調度監控中心和各個監測點組成。

 三、系統框架

 1、各監測點為城市供水綜合自動化監控系統的子系統，由監測中心、通訊平臺采集終端組成。各個水源監測點的數據采集終端（RTU）可監視和采集水位、壓力、流量、濁度、余氯、泵頻等各種數據。

2、監測點站控系統框架如下圖所示。現場監控設備為RTU 和各類數據采集模塊，實現對站內各測量裝置的數據采集和控制。上位監控系統采用組態軟件，通過軟件的通訊接口，采集RTU中的數據，具體硬件設備應用框架如下

四、硬件簡介



（1）遠程測控終端（RTU BH1320）
工作電源：220V AC ±30% 或者 24V DC
RS-485接口：2路
RS-232接口：2路
Ethernet接口：1路
USB接口：1個
AI接口：8路
DI接口：4路
DO接口：4路（用于輸出場合，如電機的啟動、閥門開關等）
帶語音輸出接口
帶24V電源輸出接口
通信規約：MODBUS RTU/ascii       /TCP、DNP3.0、可定制儀表協議
數據傳輸：
GPRS/CDMA、Ethernet、Zigbee、WiFi、433M、PLC、RS-485/RS-232等多種方式可選
工作溫度：-40℃ ～ +80℃
工作濕度：≤95%
防護等級：IP65 

（2）無線壓力變送器（BH1740）
信號傳輸：Zigbee無線
傳輸距離：普通型150m，增強型500m
工作電源：3.6V鋰電池
電池壽命：≥3年（1分鐘上傳一次）
壓力量程：0～60 MPa 可訂制
精度等級：0.5級
過載壓力： 150% F.S
上報周期：1分～12小時 可設定
過程接口：M20×1.5（或按要求訂制）
防爆等級：Exib ⅡB T4 Gb
外殼防護：IP67
工作環境溫度：-40℃～70℃
工作環境濕度：≤95% RH


（3）無線溫度變送器（BH1750）
信號傳輸：Zigbee無線
傳輸距離：普通型150m，增強型500m
工作電源：3.6V鋰電池
電池壽命：≥3年（1分鐘上傳一次）
溫度量程：-50℃～650℃（可訂制）
測量誤差：±1.0℃
上報周期：1分～12小時 可設定
防爆等級：本安型Exia ⅡB T4 GB
外殼防護：IP67
工作環境溫度：-40℃～80℃
工作環境濕度：≤97% RH

五、軟件功能
遠程監測壓力、流量等；支持各種監測信息、控制信息、報警信息、操作信息的存儲和歷史記錄查詢。用戶可以根據需要通過組態軟件來定制程序，這樣界面表現形式更為靈活；
現場出現異常狀況時，控制器發送報警信號，關閉閥門等。

六、總結

監控軟件配套的供水站監控系統以其完善的人機交互、穩定的系統運行和良好的兼容性、易用易擴展性受到企業用戶的青睞。該監控系統不僅滿足了換熱站監控的實際需求，也為實現企業實時、有效、全面系統化的信息管理和監控、提高了企業的安全水平和綜合自動化水平奠定了堅實的基礎。