城市供水网无线监控管理系统方案

本文提出了一种基于GPRS DTU的城市供水无线监控系统设计原理和实现方案，简要介绍了GPRS DTU技术的基本知识，描述了GPRS DTU无线传输应用于供水系统数据传输的实现方法。通过实际应用，获得了理想的效果。

一、背景介绍

    随着社会经济的发展，水对人民生活与生产的影响日益加强，对供水的质量与安全可靠性的要求不断提高，人们也更加重视降低供水系统的能耗，为此，一项重要而有效的措施就是加强供水系统工况的监测，尤其是加强水处理厂各个工艺环节的自动监测与控制。
在城市供水调度监控系统中，由于各管网监控点具有分布范围广、数量多、距离远、个别地点地处偏僻、环境恶劣等特点，所以选择有线通信显然不切合实际。与之相比，利用GPRS无线通讯模块则显得非常灵活，它具有投资少、建设周期短、实时性可靠性高、运行维护简单等特点，而且同其它传输设备相比具有非常高的性价比。

二、系统组成

系统采用两级控制：一级为供水公司监控中心；二级为各监控点。框图如下：

  水司监控中心系统配置                                                                                    各监测点系统配置示例

系统由一个主站（水司监控中心）和N个分站（监测点）组成。各监控点使用RTU（PLC）负责采集供水管网的压力、流量、液位以及控制泵房扬水泵的启动、复位、停止等。采集到的数据通过GPRS无线通讯模块实时上传至监控中心。监控中心的计算机对采集后的数据做进一步的处理和分析，来监测整个供水管网的运行情况，如果出现某个测量站点参数异常的情况则通过GPRS无线通讯模块发送各种控制命令，来控制外站RTU(PLC)和扬水泵的运行，以避免出现空抽、管道压力过大等可能发生的问题。
系统组成框图如下：

(图)城市供水无线监控系统

三、系统分析

    本系统采用一对多组网，半双工协议透明传输。中心调度室设在自来水公司办公大楼顶层，中心调度室与各监测点采用GPRS无线通讯模块对多点通信。无线通信采用具有SCADA功能的主从通信协议，RTU(PLC)通过其标准RS-232接口或RS-485接口与GPRS无线通讯模块相连实现无线通信，信道速率为9600bps。中心调度室对水厂自控系统可实行实时监视也可进行控制。 
中心调度室功能：在调度室计算机利用软件读取水厂参数（出厂水压力、流量、pH值、余氯，水泵开、停、故障状态等少量参数）和管网压力数据；上位机监控软件，用于监视水厂生产过程和管网压力，实现供水合理调度。在调度室监控计算机可通过画面和曲线实现对现场的监测。供水调度人员可以根据采集的数据进行水厂的生产调度和指挥，还可打印各种报表。
RTU(PLC)根据其不同用途分别放置在压力、流量、液位等需要监控的监测点，负责压力、流量、液位等各项数据的采集和依据中心调度室指令实行管网的各项控制功能。RTU(PLC)通过GPRS无线通讯模块接收来自中心调度室的各项指令，并依据指令向中心调度室传送实时数据或进行各项控制功能。
分级管理结构示意图如下：

注：在较大的城市供水系统中，供水公司下属可能有多个水厂，较大的自来水厂又有多个工艺过程，同时又负责多个管网测压站、管网加压站和水源井监控站的管理。如果将系统的所有信息都直接传送到水司控制中心，由水司完成整个系统的控制是不合理的。因此就需要建立多个水厂分控中心，在水厂内建立多个监控分站和自来水取水、供水监控站点，以实现信息的逐级传输和系统的分级控制。
水厂可以根据自己不同情况选择不同方式建立自控系统。为了便于统一管理，中心调度室与水厂自控中心采用GPRS无线通讯模块点对点通讯。水厂自控中心通过中心调度室传输过来的实时数据，也可以监测管网各监测点和各小水厂运行情况。水厂自控中心对水厂的生产及各站点进行实时监控，它是系统的信息采集和控制中心。水厂自控中心采集各站点的数据信息，并对这些信息进行存储、分析汇总或打印等处理。通过数据分析，及时给出报警信息或向站点发出控制命令，控制站点设备的运行。水厂自控中心还需将汇总数据实时传送到水司监控中心，水司监控中心对数据做进一步的处理和分析，合理实现整个系统的调度和管理。

四、系统优势

1、替代了光纤和专线，降低了网络建设成本，为用户节省大量的费用；
2、工程建设周期短；
3、可灵活方便地进行安装布署；
4、扩充性强；
5、提供高可靠性；
6、提供远程实时监控；
7、传输速率高，巡检速度快；
8、设备成本低，性价比高。
    

       城市供水调度监控系统可以对远程现场的运行设备进行监视和控制，以实现管道压力、水流量的数据传送及阀门开关的自动控制，降低了故障率和提高了对系统的反应时间。便于及时迅速的了解及控制远端管道及阀门，降低故障率和检修的时间，减少停水次数。各水源监测点的数据采集终端可自动采集管道压力、水流量的实时数据与开关状态等数据，信息传输到自来水公司的监控中心，监控中心通过对传输回的数据进行分析，可找到出故障的地点，从而当一个远端出现故障时，能在最短的时间内解决问题，恢复供水，提高了整体的服务水平，从而实现了城市供水的信息化、现代化.。