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基于SCADA系統的CDMA遠程數據采集在供水調度中的應用


基于SCADA系統的CDMA遠程數據采集
在供水調度中的應用

雞西市自來水公司 李曉強 丁仕儒
一、引言
城市供水的用戶涉及到各行各業,遍及到千家萬戶,供水系統的安全可靠運行與城市的生產和生活息息相關。供水系統的水廠和管網一旦發生自然或人為事故,如不能及時發現和有效控制,將會造成設備損壞、人員傷亡和停水,給社會帶來災難性的。因此,如何保證供水系統安全運行和發揮出更好的社會和經濟效益,一直是供水行業和科研人員追求和研究的主題。
雞西市特殊的山地城市地形和衛星城市布局,造成了供水水源位置分散、配水管線長、用戶分布區域廣、多級提水并且供水壓差大的局面,供水企業具有分布式、集散形、網絡化、全開放的特點。為了安全、優質、低耗、高效的供水,實現水量供給的最大化、水壓平衡的穩定化,同時降低生產事故,必須要改變過去傳統的供水調度方法方式。開發研制城市供水運行過程中的數據采集與監控系統,即SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統,科學調度、指揮水工業生產、供應全過程,及時監控制水、給水各環節不安全隱患,避免生產事故和給水管網爆管等事故,進一步提高供水質量和服務質量,對加強企業的現代化管理水平、滿足全市人民的生產生活需求、促進人水和諧社會的實現,都具有深遠的意義。
二、系統基本結構和工作原理
1、系統基本結構
         供水遙測SCADA系統由三大部分構成:主控中心(MTU)、通訊系統(CS)和遠程智能終端(RTU)。
2、系統工作原理
遠程智能終端(RTU)采集、發射數據,經過通訊系統(CS)將數據從遠程終端傳輸給主控中心(MTU),主控中心進行數據處理和發布高層控制指令,又經過通訊系統把中央控制信號傳輸給遠程終端。
三、系統組成
1、遠程智能終端(RTU)
分別設在監測現場,采集各種信號,經過處理后通過CDMA通信系統傳到中心站,中心站也可以將各種控制信號傳輸給RTU。
GKS-100系列遠程智能終端(RTU)是雞西市自來水公司與國電南瑞科技股份有限公司采用當代最新技術研制的高性能、智能型、系列化的遠程測控與通信裝置,用于對遠方信號、工業設備的監測、控制和通信。RTU采用小型化、獨立式模塊設計,既可以單獨使用,也可以靈活組合,可做戶外安裝,防雷擊,防浪涌功能強,特別適合應用于環境監測、防汛測報、管網監控、分布式電力監控、安全監測、交通信號監管以及自來水廠、污水處理廠等領域。
RTU主控單元由中央處理器、存儲器、電源、實時時鐘、硬件Watch Dog、信號采樣與處理電路、控制信號輸出電路、通信控制器、2路RS232通信口(COM1、COM2)、1路RS485擴展連接口(LinkPort)等組成,RTU支持多路模擬量或開關量的采集,進行累積處理和準確性分析,并保存在內部存儲器中。接收到中心站命令或在規定的報送時間內,自動將數據信息送到中心站。RTU采用數據報告制式工作,存儲容量不小于64K,遇強干擾具有自動恢復能力。
2、CDMA公用移動通信網絡
《CDMA公用移動通信網絡的通信系統》是由雞西市自來水公司與國電南瑞科技股份有限公司共同開發的一套完整的SCADA通信系統。該系統由CDMA無線數據傳輸終端(WDT)、前置機、數據服務器等硬件設備和前置機通信軟件和服務器數據庫軟件構成,可以為城市供水遠程監控領域的各種具體的數據通信應用提供一個可以實現透明數據傳輸與處理的系統平臺。具有以下特點:
.成本低廉,尤其在通信網絡的規模比較大時更為明顯。首先是建設投資小,網絡建設中省去了大量的組網投資;其次是維護、運行費用低,網絡運行過程中只需承擔少量的終端維護費用,雖然需要支付一些數據通信使用費,但就目前的資費水平和網絡規模估算,單就運行和維護費用一項的節省就足以對其進行補償。
Ⅱ.網絡組建的靈活性和方便性。由于CDMA移動通訊網絡的基礎設施已經十分完善,通信系統的組建只需要考慮中心站和外圍布點的問題。在外圍布點時可以充分地享受無線網絡帶來的地點選擇上的自由性和移動通信網絡的較全面的覆蓋范圍。在大部分地區,基本上可以不考慮布點的限制,甚至支持可移動的站點。對于復雜、易變,站點位置經常性變化的網絡(城市改造、用戶變更等),無線網絡布點不受限制這一點更表現出它的優越性。
Ⅲ.地域范圍和網絡密度的適應性。目前,CDMA 移動通訊網絡的基站在城市中的密度大,而在鄉村中則相對較小,正好滿足在城市通信終端數量大、密度高而在鄉村數量少、密度小的要求。因此,基于 CDMA網絡的移動數據通信系統在地域范圍和網絡密度方面沒有問題。
Ⅳ.數據業務適應性。目前的CDMA移動網絡能支持多種豐富多彩的數據通信業務,因此基于CDMA 網絡的移動數據通信系統完全能滿足各種城市供水SCADA系統監測監控數據應用對通信的要求。
Ⅴ.系統安全性高。基于CDMA 公用移動網絡的城市供水SCADA系統采用了多種措施來提高安全性。首先,終端每一次登錄網絡之后都要向管理系統發送經過加密的唯一終端標識號,經終端管理系統確認的終端才可以進入系統;其次,終端在進行數據傳輸時采用空中加密和應用層加密進行兩次加密;再次,前置機可以通過IPsec 或GRE 隧道與CDMA 移動網絡建立聯系。
3、主控中心站
主控中心站設在公司供水調度室,配置通信前置機、數據服務器、監控計算機、UPS電源、打印機及大屏幕液晶電視等。
1、 遙信遙測功能
遙信遙測功能是利用主控中心站監控計算機和遠程智能終端(RTU)的高速特性,自動、連續地檢測并記錄和顯示出水工業生產供應過程中各工藝環節的水質參數(濁度、余氯等)、過程參數(壓力、水位、液位、流量、電流、電壓、有功功率、電量等)、設備的運行工況(運行、停止、故障)等生產數據以及管網壓力等參數。
2、 遙控遙調功能
主控中心站監控計算機和遠程智能終端RTU能根據工藝條件控制要求,按規定的時間間隔周期自動地啟動或停止加壓泵站變頻器。對水廠、水池及管網監測點閥門進行遠程啟停、開控制。
3、 顯示功能
工藝控制顯示功能主要是人機界面功能和界面功能。人機界面是指在公司主控中心站的監控計算機的顯示器上動態顯示水廠和泵站等工藝流程、各種設備的實時運行工況、各工序點水質參數和過程參數、顯示城區管網壓力參數。界面功能是指給生產和管理人員清晰、準確的操作指標和錯誤操作的屏蔽功能。工況顯示功能可分別用文字、顏色、信號燈閃爍顯示設備運行工況或故障。例如:就地手動顯示“M”;自動顯示“A”;運行顯示綠色;停止顯示紅色;設備故障顯示閃爍;故障情況以文字顯示等。
4、 報警功能
自報式報警:當現場監測參數超越限定值時,測站主動向中心站發出報警信號。可以對出廠水壓力、濁度、余氯、流量等指標設置上、下限參數報警,可設置配水井、清水池水位上、下限參數報警設備故障報警等。
報警信息的表達方式:當某一參數異常或設備故障時,可發出報警信息,如音響、屏幕報警、輸入報警表、打印機打印等;可顯示相應的提示信息并啟示在報警數據庫中。
5、 數據庫管理和數據處理功能
可將采集或計算得到的數據記錄在服務器SQL server數據庫中,能建立生產日志數據庫、生產運行數據庫、報警數據庫。
建立歷史數據庫,存儲原始數據,供統計分析使用。利用在線數據和數據庫中的數據進行分析、統計、計算、顯示。對采集來的數據進行累計值、平均值、最大值、最小值、平均值等的分析計算,生成并存儲年、季、月、日報表。計算的生產指標分別為制水量、供水量、電量、水壓、單位電耗、藥耗、氯耗等。
6、 曲線及報表功能
繪制實時及歷史曲線,自動生成并存儲運行參數報表,能通過數據交換在EXCEL中生成并修改報表,可打印各種報表。
7 網絡瀏覽功能及權限設置
軟件設計成網絡版,不僅主控中心站可監測監控,同時形成若干終端可利用計算機網絡進行監測和查詢主控中心站實時監控畫面。設置權限等級,主控中心站可監測監控及修改設置,其他終端只能監測和查詢,不能修改設置。
五.系統的經濟、社會、環境效益
1、系統的主要作用和社會效益
城市供水SCADA系統服務于制水廠生產、配水管網運行、水質監測等經營管理和服務環節,應用該系統可科學調度、指揮水工業生產,能進一步提高出廠水水質、壓力達標,保障滿足城市用水需要,發送產品質量和服務質量;能降低電耗、藥耗、氯耗等生產成本;在供水運行中的取水泵站、凈水廠、加壓站、配水管網、用戶水表計量流程中均能實現無人抄表,減輕員工的勞動強度,減少員工人數和費用開支;24小時實時監測供水系統的運行,避免水廠發生設備事故和配水管網爆管事故,可減少漏水和防止偷水,降低產銷差率,提高供水安全性,促進水開發中心的生產經營現代化管理水平。對支持地方社會經濟發展,創建和諧社會,提高市民生活質量將起到至關重要的作用。
2、系統的經濟效益
城市供水SCADA系統運行后,由于采取科學的城市供水,以(使用水)量定產,從原水輸配到凈化工藝處理,到高位水池儲備調峰,再到二次供水泵站給水,實行系統化調度,科學化調整,管理費用較同期比每年能夠降低307.3萬元。具體情況如下:
制水成本每年可降低36.5萬元,其中:
電耗:(0.335元/ m3-0.32元/ m3)×4.5萬m3 /日×365日=24.6(萬元)
藥耗:(0.022元/ m3-0.02元/ m3)×4.5萬m3 /日×365日=3.3(萬元)。
制水人工成本:8人×900.00元/人·月×12月=8.6(萬元)。
管理成本每年可降低270.8萬元
城市供水SCADA系統運行后,小區內二級供水泵站實行無人化管理,采用變頻高速電機,即滿足了用戶在供水壓力、水量上的需求,同時節約了大量電費、減少了水量漏失,其中:
節約人工成本:小區無人看守泵站25個,運轉人員40人,保留10人負責維護、巡視,減少管理人員30人,可減少人工支出30人×900.00元/月×12月=32.4(萬元)。
節約電費:25個泵站×1,200.00元/月(平均)×12月=36(萬元)。
降低供水成本:產銷差率由原來的49%降到44%,噸水成本為2.16元/ m3,按上年日供水4.5萬m3計算,可降低成本4.5萬m3/日×(49%-44%)×365日×2.16元/ m3=177.4(萬元)。
節約維修費用:系統運行后,由于管網壓力平衡分配科學合理,爆管機率大大降低,要以節省因爆管而形成的維修費用。即使爆管也能夠及早發現、馬上得到處理,即減少了水量流失,又將因爆管跑水而造成的經濟賠償損失降到最低限,預計每年由此而節約費用25萬元。
六、結束語
綜上所述,應用CDMA的供水調度系統,它將移動數據通信技術、計算機技術、數據網絡技術和自控技術等溶為一體,具有技術先進、新穎,經濟和社會效益明顯的特點,對供水管網在安全運行、提高供水服務質量、節能降耗、優化管理等方面起到了至關重要的作用,保障了供水系統的正常運行和管理,使企業的運轉效率和管理水平跨上了一個新的臺階。
 
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