一、引言

与国外一些城市相比，我国的城市普遍处在日新月异的发展阶段，工业生产、城市规划、生活设施每天都在发生着变化。各类用水需求、与供水相关的边界因素也随之快速变化，传统的泵站间相互独立的管理模式已无法满足日益复杂的供水要求，迫切需要建立水系或城市的集控中心，实现统一供水管理。

如果说大型供水泵站是供水系统的心脏，那么集控中心就是供水系统的大脑。集控中心侧重的是整个水系的供水调度，同时还将优化调度，降低资源及成本浪费等问题考虑在内，它的目标是“安全供水、节能降耗”。

二、系统需求

-建立随需而变的数据平台

原水供水系统在实施过程中的特点是阶段性强，集控中心需要待各泵站陆续实施完以后陆续将其数据纳入。集控中心的建设过程中如果忽略这一点，将使得在纳入新建成泵站数据的时候影响原有泵站正常的数据传输与汇总，影响集控中心调度的。因此，在构建数据平台的初期就应考虑到其随需而变的要求。

-制定准确合理的供水计划

过去的供水计划主要是工作人员根据预计的用水量进行推算并制定的。由于这项工作是人为完成的，更容易受到个人经验、情绪的影响，另外也没有将供水设施供水能力变化考虑在内，因此越来越不适用于当前的供水现状。为了充分发挥供水计划的指导作用，计划应到小时，在制定时需结合用水需求、供水设施供水能力、过去的供水经验并兼容特殊情况。

-实现供水优化调度

目前的原水调度偏重于对水源地取水、对各泵站水厂的输水，以满足全市对水资源的需求。在优化调度、减少成本方面考虑较少，虽然满足了用水需要但也造成了资源及成本的浪费。因此，原水集控中心的调度系统需要引入优化算法，在安全、保质供水前提下，尽可能的降低能耗及成本浪费。

三、系统解决要点

-与各泵站进行数据交互，汇总各种有价值数据，下达调度指令。

-对通讯链路进行诊断，当网络异常时实现数据缓存与断点续传的功能。

-对大量高密度的过程数据进行的存储，为调度提供数据依据。

-对数据库实现冗余，确保数据安全。

-制定小时级的泵站供水计划及水泵机组开停计划。

-提供经验库，方便管理人员借鉴过去的供水经验。

-建立以实测数据为基础的实时原水模型，实现供水设施能力检测，供水泄漏、爆管等多种预警。

-结合各时段电价，实现优化排程，降低能耗，节约成本。

-与各泵站的监控系统、现场控制系统间划分明确的控制优先级，确保系统稳定运行。

-提供多种开放性接口，便于其它第三方系统调用数据，进行相关分析。

-在Internet网络或局域网中将实时、历史、报警等数据以集成的方式进行发布，使用户可在IE中实现浏览。

四、系统方案

1.系统配置

图1  系统配置图

2.应用软件部署
图2  软件部署结构

图3 原水调度系统的组成

-实时原水模型

实时原水模型包括各个物理设备静态信息（如原水信息、水泵等）和动态信息（如设备供水能力等），对原水供水系统中的各种设备进行建模和维护，通过排程求解，zui终输出各种输水任务的可选路径、各种路径可选的设备、可行的供水计划以及操作步骤等。

-调度计划系统

调度计划系统主要负责制定供水计划，在输出供水计划之前，还将触发供水设施供水能力的检测、触发经验库提供提供过去任意一天的供水计划、水文、节日、重大事件信息、触发集控中心与用水单位之间的交互。

-调度排程系统

调度排程系统主要负责通过排程计算组合出切实可行的具体的调度计划。排出各个泵站分时段分方向的供水量以及泵组组合方式和启停时间。

-调度追踪系统

调度追踪系统的目的是使供水企业充分了解目前的供水情况，如供水计划是否达成、供水的质量如何、资源消耗如何，以便及时调整规划。所以说调度追踪系统zui终的目标其实是确保供水计划的有效执行。

-调度计量系统

调度计量系统是对一定周期内的供水进行计量以便供水企业进行统计的系统。调度计量系统的zui终目标是增强供水单位对较长时间范围内供水情况的了解，明确水的去向，也为日后的结算提供依据。

3.方案特点

-可充分了解供水情况

制定出切实可行的供水计划的前提是对供水情况充分了解。供水计划需要在当前状态下发挥作用，换句话说如果不能充分了解当前的供水情况将会造成供水计划的不准确，从而影响供水效果。原水调度系统可在1分钟之内显示供水计划的达成情况。

图4 所有泵站计划达成纵向进度

图5 各泵站计划达成横向进度

-制定小时级的供水计划

一天中的不同时间段，需水量是不同的，用水单位希望实现的是“平衡供水”，简单的说就是供水不能时大时小，这就要求供水计划必须细致周到。本方案中的原水调度系统制定的供水计划可到小时（推荐以2个小时为单位），当计划需要变更的时候，可以在原有计划的基础上，灵活的对未执行的部分进行调整。供水计划不仅包括泵站的供水量计划，还包括水泵机组开停计划，提高水泵机组利用率、避免水泵机组不必要使用。

-检测供水设施的供水能力

供水设施如泵站、水泵机组、供水管道等，随着投入使用的时间不断增长，其供水能力也在悄然的发生变化，当供水计划被制定出来后，由不同能力的供水设施来执行，往往会有不同的执行效果，有时甚至会影响到计划执行的成败，因此，集控中心原水调度系统在确定供水计划时会对供水设施进行供水能力监测，以确保供水计划是建立在实际供水能力之上的。

图6 供水设施供水能力

-为调度人员提供经验库

集控中心的原水调度系统为调度人员提供了一个经验库，包括过去任意一天的供水计划、实际供水情况以及气候、水文、重大事件等信息。经验库的zui终目标是给调度人员提供过去的供水经验，帮助其zui终确定准确的供水计划及应急措施。

图7 经验库信息

-兼顾特殊情况

在供水过程中经常会有无法提前预见的特殊情况影响供水，集控中心会与各下游泵站或受水厂之间增加互动，各下游泵站或受水厂能看到供水计划计划，并可及时向集控中心给出反馈意见。集控中心收到反馈信息之后，可分析该新需求是否能够实现，如果实现将给其他泵站或受水厂带来多少影响等等，zui后及时变更供水计划，真正实现“按需供水”。

图8互动示意图

-突发事故时的计划变更

无论是何种突发事故造成的供水计划变更，系统首先需要做的是评估原来的供水计划将会受到多少影响。在确定计划需要变更后，并不是*重新制定计划，而是对计划进行调整。由于供水计划到小时，这也为计划调整提供了保证。

图9 供水计划影响情况

-提供各类预警

建立水泄漏预警模型、爆管预警模型，以测点能够测量到的实时数据为依据，分析水泄漏、爆管趋势，当发现有泄露或爆管的趋势，立即发出预警，防患于未然，减少水资源的消耗。

图10管道供水示意图

图11 管道漏损率趋势图

-密切结合电价

一天中的不同时段电价是不同的，原水调度系统结合电价进行优化排程，优化排程的原理是将泵站的整个输水过程分成与成本成线性关系的若干段，在每一段中，供水量与成本都成正比，目标是各个时段成本消耗总和zui小。

图12 不同时段的电价

-实现供水追踪与计量

原水调度系统为调度人员提供供水追踪与供水计量的功能，供水追踪的目标是对供水水量、供水水质、供水损耗以及成本进行追踪，确保每天的供水的顺利执行。供水计量更倾向于分析原水去向，使用户对供水情况一目了然，另一方面，供水企业也会涉及到结算等等问题，供水计量是其必然的选择。

五、案例

-青草沙集控中心