供水智能化调度系统及监测效果分析

郑会耀

(深圳市东江水源工程管理处,广东 深圳 518000)

近年来,随着经济的快速发展,节能减排的理念不断渗透到各行各业,城市供水能耗问题成为了工作中心之一。传统意义上的城市供水调度系统主要利用人工经验进行决策,利用传统的通讯手段实现对现场的控制,但是人工经验的可继承性较差,难以做好大量的数据统计工作,易造成资源的浪费,供水调度不精准等问题[1-3]。基于此,构建智能化的城市供水优化调度系统,促进供水资源科学配置,保证安全供水,改善服务质量是十分重要且必要的。

1 工程概况

当前,东江水源工程已建设了自动化调度中心,除梅林、笔架山支线水闸外,其余每个泵站的水闸已建立自动化控制系统,分别由各个管理所集中运行管理,所有泵站水闸的信息均被上传至管理所,目前各所的自动化控制系统均能正常运行。本工程主要以东江水源工程管辖范围内的已建现地站为监控对象,建立成“经济实用,安全可靠,技术先进,易于维护,扩展性强”的调度中心,机电设备水工设施实现精细化管理、全方位预警预报、全过程安全监控。提高设备设施安全运行保障率及经济效益,满足智慧城市发展的要求;利用现有的科学技术,对各地站点的数据进行测量、检测和记录,做好对应工程运行数据和分析软件,实现就地和远程分层分布式监控。

2 建设目标与功能需求

2.1 建设目标

为了实现东江水源工程调度中心对所管辖的泵站、水库、水闸、变电站自动控制设备的集中管理、控制和调度,调度中心将泵站、水库、水闸、变电站的各种运行状态参数通过网闸汇集到水务大数据中心,调度中心运行人员可以通过监控屏幕,对各泵站、水库、水闸、变电站的水情水质、水位流量及泵站与闸门的运行状态进行远程集中监视和控制,在设备设施出现故障时,系统通过监控数据分析判断故障位置和状况,并通知维修人员进行处理,同时,系统也可以配置故障自动处理程序,实现少人甚至无人值守。

2.2 功能需求

现地单元监控层闸门LCU屏的监控对象为低压配电柜,闸门、液位计及流量计等设备。

(1)数据采集与处理:利用闸门电气量表和非电气量表实现对数据的计算和处理,同时根据数据分析形成对应的统计报表,上报至中央控制层;同时,利用闸门现地控制单元实现对进水口水位的控制,并及时记录出水口水位信息,依托调度层,将数据及时上报;另外,将事故及故障情况进行分类整理,自动录入相应数据库,并可生成事故日志和分析报告供运行人员查看。

(2)安全运行监视:与中控层配合实现对设备的监控,即使脱离中控层监管,仍能继续监视设备。主要可实现对设备的状态监视、设备的越限检查,实现对设备的过程监视,以及对断路器的监视,隔离开关,并上传至调度层;一旦出现故障或者故障的信号,控制面板会出现响应码的变色信号,出现越限检查异常情况,及时向中控层进行信息发布并报警,并按照时间顺序做好记录。

(3)自动化运行调控:监控人员可通过调度层或现地LCU操作下发调度任务,系统将任务分解为操作指令,自动对泵组、闸门等主要机电设备进行启停动作、频率及开度调节等自动闭环操作;LCU与调度层通讯中断时,仍具备自动控制功能,确保泵组的安全稳定运行。

(4)现地远程安全闭锁:远程操作和现地操作可通过调度层系统或中控室上位机或现地LCU设置,操作权限从高至低分别为现地控制柜、中控室上位机、调度层系统。现场控制柜内安装有远程现地安全闭锁,保证设备操作安全。

(5)通讯自诊断功能:调度层系统与各泵站中控室通过自建光缆通讯,中控室上位机与现地LCU通过万兆以太网通讯,系统通过定时自检判断设备离线或通讯故障,进行重启仍无法恢复,进行故障报警通过维修人员处理。

3 供水智能化调度系统设计

3.1 设计思路

本设计主要是以点到面,利用可编程控制器、工业控制计算机、控制网络、现场控制总线、现场控制设备、服务器构成控制管理系统。由于利用有线数据实现对数据的传输,后期改造的难度较大,因此,采用无线传输的方式,方便快捷、后期维护较容易。利用无线通信技术实现对现场设备的控制和数据的采集,能够实现对供水的智能化调度。

本工程自动控制系统分为三层:第一层为现场自动化层(各闸门的现场控制站、各泵站的现场控制站、各橡胶坝现场控制站),主要由PLC、检测仪表、电控设备等组成;第二层为中心控制管理层(各泵站、各闸门中控层),主要由工程师工作站、服务器、输入/输出设备等组成;第三层为集中调度层(集中调度中心),主要由集中服务器及管理计算机终端。

3.2 设计框架

集中调度室采用的是光纤传输介质,实现对数据的传输,有效保证数据的可靠性和安全性;现场设备控制单元利用总线直接接入,实现对系统的自动化控制。办公局域网、各站红叶控制网、设备级控制网通过网络形成完备的网络结构体系。该系统采用分散控制系统,完成对于数据的采集、控制调节以及反馈控制,调度中心设置在松子坑水库管理房内,实现对水闸、变电站、泵站和胶坝的控制;同时,该系统采用冗余结构以实现对数据信息的控制,图1所示为供水智能化调度系统网络拓扑图。

图1 供水智能化调度系统网络拓扑

3.3 整体架构

本监控系统设定为三层架构体系:调度中心、站级监控中心及现地监控。该系统利用指令实现对系统的远程控制和监控,运用监控系统对各设备运行和水位信息的控制和调度,通过流量计算实现对现场的监视,利用自动监视和调度中心值班室实现对泵站系统的监视,利用LCU控制命令实现对设备的整体控制。图2为供水智能化调度系统设计框架。

图2 供水智能化调度系统设计框架

3.4 网络通信

调度中心网络系统通过以太网结构利用TCP/IP协议来实现调度中心和管理中控层管理和调度。监控设施和调度中心采用光缆实现连接,在调度中心利用远程监控的方式实现对水闸、变电站、泵站和胶坝的调度控制;利用中控操作室,实现对各操作设备和开关的控制;利用继电保护系统的接口,提供两条独立的通信接口通道;采用硬布线I/O接入LCU,实现双路通信,以保证网络信息传输安全。另外,调度中心的监控系统利用通信网络实现与各泵的通信,从而对闸站进行采集、调度、控制和管理。

4 运行监测与效果评价

首先,借助于无线通信技术,该系统可实现现场和上位机的通信,有效监测当前系统的实时情况,能够根据数据规律及时发现供水中的一系列问题,同时大大降低其使用和维修的成本;其次,建立分布式的数据监控,打破了传统的调度模式,提高系统的灵活性和时效性;同时,由于没有电台等设备的构建,不需要额外费用和维修人员后期维护,运行成本较低,该数据通信模式可有效降低外部干扰,精确度好,为构建安全的系统提供必要保障;另外,调度监控为多屏模式,辅以人工分析能够整体把控系统全局,精准把控现场的实际情况,利用PLC,能够为后期升级和改造提供必要的硬件基础。

通过观察记录该系统一段时间的运行,可以证明,该系统利用在线监测技术能够准确把控供水水质,保证各站点安全稳定地运行,利用以太网等技术实现对现场供水的智能化调度,能够实时把控各个监测点的位置和数据情况,一旦出现异常情况,可根据实际的调度情况,保证监控人员能够及时发现问题,并做好应对措施。同时,亦能大大降低运行费用,具有良好的社会效益与经济效益[4-5]。

5 结论

综上所述,城市供水智能化调度系统可以实现对现场数据的收集、过滤、加工和统计,实现高效智能的城市供水。通过完备的数据统计,能够精准地利用历史数据,最大化发挥城市供水智能化调度系统的各项优势,在提升供水系统经济效益的同时,推进城市智能化的发展进程。