供水綜合調(diào)度系統(tǒng)的設計

任長江，李國強

大慶油田供水公司，黑龍江 大慶 163451

1 供水綜合調(diào)度系統(tǒng)設計的背景

綜合調(diào)度的目的對全供水公司的生產(chǎn)進行優(yōu)化調(diào)度，保證用戶對水量、水壓和水質(zhì)的要求，盡可能高地追求管網(wǎng)運行的經(jīng)濟效益。

2 無線方案設計與產(chǎn)品選型原則

系統(tǒng)設計時充分考慮到系統(tǒng)的先進性、實用性、可擴充性和可維護性，保證系統(tǒng)運行的可靠與安全保密，建立經(jīng)濟合理、資源優(yōu)化的系統(tǒng)。本次采用新型系統(tǒng)、基于GPRS的熱門應用系統(tǒng)，技術(shù)成熟，應用普遍，也是今后無線控制系統(tǒng)的發(fā)展方向，該采用以色列Alvarion公司的DS.1111Mbps無線局域網(wǎng)產(chǎn)品。

3 無線系統(tǒng)配置

3.1 DS.11系統(tǒng)的配置情況

DS.11系列無線網(wǎng)橋產(chǎn)品采用分體式的結(jié)構(gòu)設計，分為室內(nèi)單元和室外單元兩個部分。室內(nèi)單元實際上是一個電源調(diào)制模塊，上有2個標準的RJ-45接口：一個接口為10BaseT的局域網(wǎng)接口，用來連接本地的網(wǎng)絡交換機提供網(wǎng)絡通訊接口；另一個是Radio接口，用來和室外單元相連，在傳輸網(wǎng)絡信號的同時，也將室內(nèi)模塊調(diào)制的直流電源通過基帶電纜，為室外模塊提供電源供電。

室外模塊是一個射頻調(diào)制模塊，它將室內(nèi)模塊送來的網(wǎng)絡信號調(diào)制成2.4GHz的射頻信號。在室外單元上有一個標準的N型射頻接口，可以直接和各種標準的外接天線相連。這樣的好處是可以做到基本沒有射頻衰減。

3.2 無線網(wǎng)絡方案

大慶市及市轄區(qū)共有11個水廠，分布距離遠近差別較大。所以針對這種地理分布，采用了全向與定向相結(jié)合的拓撲結(jié)構(gòu)。根據(jù)實際的距離和分布情況在西水源、中引水廠、前進水源3個水廠分別安裝3個中心定向天線，在控制中心安裝架設一套Alvarion AU-DS.11D無線基站，外接一套覆蓋360度的12dBi全向天線，用來覆蓋3個水廠。

其它水廠實際的距離較遠而且分布不集中，我們采取點對點的無線鏈路，而且還可以提高中心的這個系統(tǒng)容量，8個水廠各架設一套SU-DS.11D無線網(wǎng)橋系統(tǒng)，外接一套24dBi的定向天線。并且將定向天線的方向指向各自相應的中心定向天線，這樣每個水廠就可以接入到整個無線網(wǎng)絡系統(tǒng)。

4 管網(wǎng)測壓點方案設計

4.1 環(huán)境介紹

大慶供水調(diào)度控制系統(tǒng)的主要目的，是解決供水公司對供水各環(huán)節(jié)監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集和控制。該系統(tǒng)由控制中心和各個水源監(jiān)測點組成，各個水源監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集終端（RTU或PLC）可監(jiān)視和采集水位、壓力、流量、濁度、余氯、泵頻等各種數(shù)據(jù)，供控制中心及有關部門分析和決策取用。

4.2 方案選擇

經(jīng)過分析，選擇中國移動的GPRS系統(tǒng)，作為城市供水調(diào)度控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺。目前，GSM網(wǎng)絡經(jīng)過電信部門的多年建設，覆蓋范圍不斷擴大，已成為成熟、穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡，特別是中國移動新推出的GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務。GSM/GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業(yè)務平臺上構(gòu)建自來水供水調(diào)度控制系統(tǒng)，實現(xiàn)管網(wǎng)控制點的無線數(shù)據(jù)傳輸具，有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡、縮短建設周期、降低建設成本的優(yōu)點，而且設備安裝方便、維護簡單。

4.3 解決方案介紹

由于GPRS通信是基于IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡，控制中心計算機主機配置固定的IP地址，各個端站的GPRS模塊和該主機進行通信。

4.3.1 系統(tǒng)組成

1）管網(wǎng)控制點：

管網(wǎng)控制點：各控制點通過數(shù)據(jù)采集模塊，采集如壓力、流量等數(shù)據(jù)，通過RS232接口與GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端相連，通過GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器，對數(shù)據(jù)進行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GSM網(wǎng)絡。

2）控制中心：

服務器申請配置固定IP地址，采用省移動通信公司提供的DDN專線，與GPRS網(wǎng)絡相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當管網(wǎng)控制點數(shù)量增加，中心不用擴容即可滿足需求。

控制中心RADIUS服務器接收到GPRS網(wǎng)絡傳來的數(shù)據(jù)后先進行AAA認證，后傳送到控制中心計算機主機，通過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進行還原顯示，并進行數(shù)據(jù)處理。

3）GPRS/GSM移動數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡：

現(xiàn)場控制點采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM網(wǎng)絡空中接口功能模塊，同時對數(shù)據(jù)進行解碼處理，轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡進行傳輸，最終傳送到控制中心IP地址

4.3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

各水廠數(shù)據(jù)采集點使用移動通信公司統(tǒng)一的STK卡，同時控制中心對各點進行登記，保存相關資料以便識別和維護處理。各信息采集點運行控制系統(tǒng)軟件，支持24小時實時在線，實現(xiàn)信息采集點24小時傳送采集的信息數(shù)據(jù)。

5 控制中心數(shù)據(jù)處理

首先，通過PLC把11個水廠的數(shù)據(jù)采集上來，再通過無線網(wǎng)絡傳到中心控制室數(shù)據(jù)采集工作站上，并把數(shù)據(jù)寫到服務器SQL數(shù)據(jù)庫里，供數(shù)據(jù)分析。

其次，通過GPRS系統(tǒng)把管網(wǎng)壓力點的數(shù)據(jù)采集到另個數(shù)據(jù)工作站上，并把數(shù)據(jù)寫到SQL數(shù)據(jù)庫里，供數(shù)據(jù)分析。

在中心控制室安裝有一臺HPml370服務器、兩臺工控機、一套通信機柜等。這里是全水廠的控制管理中心，可以對全廠的工藝流程狀況、生產(chǎn)設備進行監(jiān)測和優(yōu)化調(diào)度操作，并完成與中心調(diào)度室數(shù)據(jù)遠程傳送的任務。

5.1 中心控制室內(nèi)HPml370服務器

該服務器負責整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)交換和控制任務保存，包括: 水源、廠的深井工作狀態(tài)、外輸泵參數(shù)、外輸管道壓力參數(shù)、各水罐液位參數(shù)、出廠水質(zhì)參數(shù)和流量參數(shù)的監(jiān)測及相關PLC上的參數(shù)。

5.2 控制操作站

控制操作站是該自動控制系統(tǒng)的核心，22″寬屏液晶顯示器和一臺工控機，它通過以太網(wǎng)線和數(shù)據(jù)服務器傳送數(shù)據(jù)。實現(xiàn)功能：操作控制功能、狀態(tài)顯示功能、多媒體報警功能、參數(shù)曲線顯示功能、報表輸出/打印功能、數(shù)據(jù)處理和管理功能 。

6 系統(tǒng)優(yōu)點

1）系統(tǒng)組成簡單、可靠、經(jīng)濟、實用。采用工業(yè)界應用最廣泛的RS485總線和以太網(wǎng)線，來連接整個系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸，也便于將來的擴展開發(fā)；

2）系統(tǒng)選型采用技術(shù)成熟、標準化的產(chǎn)品。上位機操作系統(tǒng)采用Windows SERVER，提供了一個先進可靠的平臺?？煽啃院茫阅軆r格比高；

3）中心控制室可以對全廠的生產(chǎn)過程進行控制、監(jiān)視和管理，以實現(xiàn)各區(qū)域工作站的無人執(zhí)守。大大提高了自動化水平，降低了運行成本和能耗，減少了操作和維修人員。

[1]栗玉霞，徐建政，劉愛兵.GPRS技術(shù)在自動抄表系統(tǒng)中的應用[J].電力自動化設備，2003(12).

[2]秦勇.基于GPRS的無線數(shù)據(jù)采集在環(huán)境自動監(jiān)測中的應用[D].北京：中國地質(zhì)大學，2006.