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)計原理和實現(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)膶崿F(xiàn)方法。通過實際應(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，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，一項重要而有效的措施就是加強供水系統(tǒng)工況的監(jiān)測，尤其是加強水處理廠各個工藝環(huán)節(jié)的自動監(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)控點具有分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠(yuǎn)、個別地點地處偏僻、環(huán)境惡劣等特點，所以選擇有線通信顯然不切合實際。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、實時性可靠性高、運行維護(hù)簡單等特點，而且同其它傳輸設(shè)備相比具有非常高的性價比。

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?？驁D如下： 

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

系統(tǒng)由一個主站（水司監(jiān)控中心）和N個分站（監(jiān)測點）組成。各監(jiān)控點使用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水泵的啟動、復(fù)位、停止等。采集到的數(shù)據(jù)通過GPRS無線通訊模塊實時上傳至監(jiān)控中心。監(jiān)控中心的計算機對采集后的數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的處理和分析，來監(jiān)測整個供水管網(wǎng)的運行情況，如果出現(xiàn)某個測量站點參數(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)和揚水泵的運行，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)測點采用GPRS無線通訊模塊對多點通信。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)可實行實時監(jiān)視也可進(jìn)行控制。 

中心調(diào)度室功能：在調(diào)度室計算機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)；上位機監(jiān)控軟件，用于監(jiān)視水廠生產(chǎn)過程和管網(wǎng)壓力，實現(xiàn)供水合理調(diào)度。在調(diào)度室監(jiān)控計算機可通過畫面和曲線實現(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，負(fù)責(zé)壓力、流量、液位等各項數(shù)據(jù)的采集和依據(jù)中心調(diào)度室指令實行管網(wǎng)的各項控制功能。RTU(PLC)通過GPRS無線通訊模塊接收來自中心調(diào)度室的各項指令，并依據(jù)指令向中心調(diào)度室傳送實時數(shù)據(jù)或進(jìn)行各項控制功能。

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水廠，較大的自來水廠又有多個工藝過程，同時又負(fù)責(zé)多個管網(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，由水司完成整個系統(tǒng)的控制是不合理的。因此就需要建立多個水廠分控中心，在水廠內(nèi)建立多個監(jiān)控分站和自來水取水、供水監(jiān)控站點，以實現(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無線通訊模塊點對點通訊。水廠自控中心通過中心調(diào)度室傳輸過來的實時數(shù)據(jù)，也可以監(jiān)測管網(wǎng)各監(jiān)測點和各小水廠運行情況。水廠自控中心對水廠的生產(chǎn)及各站點進(jìn)行實時監(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，及時給出報警信息或向站點發(fā)出控制命令，控制站點設(shè)備的運行。水廠自控中心還需將匯總數(shù)據(jù)實時傳送到水司監(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，合理實現(xiàn)整個系統(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；

5、提供高可靠性；

6、提供遠(yuǎn)程實時監(jiān)控；

7、傳輸速率高，巡檢速度快；

8、設(shè)備成本低，性價比高。

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)場的運行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)管道壓力、水流量的數(shù)據(jù)傳送及閥門開關(guān)的自動控制，降低了故障率和提高了對系統(tǒng)的反應(yīng)時間。便于及時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間，減少停水次數(shù)。各水源監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集終端可自動采集管道壓力、水流量的實時數(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，從而當(dāng)一個遠(yuǎn)端出現(xiàn)故障時，能在較短的時間內(nèi)解決問題，恢復(fù)供水，提高了整體的服務(wù)水平，從而實現(xiàn)了城市供水的信息化、現(xiàn)代化.。