基于物联网的供水生产管网远程无线数据采集与监控系统

关键词：供水生产管网 无线 监控

一、系统背景：
随着企业集团发展的不断进步，企业本着降本增效，节能减排，实现企业管理进步的原则。自来水公司通过建设供水生产调度系统提高企业管理水平，为企业在当今如此激烈竞争的市场环境下提升市场竞争力和经济效益提供管理平台。
供水生产管理系统作为城市供水的“指挥中心”，负责整个城市水资源从源头到用户的过程水质、设备、水量等所有信息的收集和监视，并且根据供水能力、用水需求动态变化来实时调整调度整个供水系统的运行。
近年来我国城市发展建设速度的加快，供水管网越来越庞大、分散。供水管网是城市极为重要的基础设施和经济与社会发展的源泉，自来水的生产过程通常是由地表水或者水源井取水送到水厂，在水厂经过消毒、沉淀、过滤等过程后送入城市供水管网，提供给城市居民或者工业用户使用。
目前，许多城市的供水系统是以地下水为主要水源，多水厂处理的环状管网的供水系统，并且存在多个独立供水板块，系统分布区域范围大，供水公司的全局性管理和实时监控相对困难，大部分城市已建立的供水监控系统主要存在以下几个问题：
1、一般采取人工抄表、报数、现场手动操作的原始调度方法。收集信息数量少、处理慢、传递迟，调度处于低级阶段，以保证不缺水和维持正常运行为主，谈不上优化调度。遇上爆漏及其他事故，反映迟钝损失扩大。
2、缺少全面的参数测量手段，无法对运行工况进行系统的分析判断；系统运行工况失调难以消除，造成用户供水不均；供水参数未能在好工况下运行，供水量与需水量不匹配；运行数据不全，难以实现量化管理。
3、供水管网压力不稳定，通讯方式落后，系统相对封闭，没有建立有效的企业信息共享系统，大多数水厂的供水系统采用传统的相对独立的c/s模式，远程站点采用电台穿的供水管网的相关数据和指令不利于供水公司的集中管理和优化调度以及水厂质检的信息共享。
4、部分水厂的供水监控系统的冗余性不高，操作模式过于单一，经常由于一套设备的故障，而导致整个水厂供水监控系统失灵没造成严重的经济损失
5、系统依靠调度人员人工发出的指令来实现优化调度，浪费了大量人力物力财力。调度人员则*依靠个人经验进行调度，因此当系统出现故障时，调度人员很难及时发现并处理。

二、系统组成
BHenergy的供水生产管理系统包括供水总公司管理、水源井监控、水厂监控、管网监控、加压泵站监控、大用户用水量监控等。自来水的生产过程是由原水、经过初步制水到水厂，水经过沉淀池、过滤池、清水池、二级泵站进入城市供水管网，通过二次加压泵站达到千家万户。如下图所示为自来水制水生产过程

本项目思路是对于现在标准化的，提供一套集成的数据采集控制系统，革新现有站控系统定制模式的缺陷，并解决部分集成站因成本、工期、人员技术等问题安装不起的问题。该无线远程监控系统是以计算机为基础，以远程测控终端RTU 为核心，加上无线数据采集设备等组成，对现场仪表进行数据采集与控制，
实现实时监视、数据采集、设备控制、数据存储、参数调节以及各类信号报警等各项功能。站控系统可以在线实时准确的呈现各供水站的运行现状，完成紧急情况下的报警，实现对供水站进行整体集中的管理，管理人员可以在监控中心远程监测站内液体液位或进站压力、泵组工作状态、出站流量、出站压力等，
提高了系统运行的安全性，为全面实现企业信息化奠定基础。
城市供水一般包括供水总公司，水厂监控站，水源井监控站，水网加压站。供水管网集中监控管理系统由水司调度监控中心和各个监测点组成。

三、系统框架
1、各监测点为城市供水综合自动化监控系统的子系统，由监测中心、通讯平台采集终端组成。各个水源监测点的数据采集终端（RTU）可监视和采集水位、压力、流量、浊度、余氯、泵频等各种数据。

2、监测点站控系统具体硬件设备应用框架如下，现场仪表通过Zigbee信号采集数据后发送到RTU上，再经由RTU上传到局域网或者云端服务器上，用户通过显示器或者手持设备即可看到采集数据，同时可以远程遥控继电器开关；

四、硬件简介

（1）远程测控终端（RTU BH1320）
工作电源：220V AC ±30% 或者 24V DC
RS-485接口：2路
RS-232接口：2路
Ethernet接口：1路
USB接口：1个
AI接口：8路
DI接口：4路
DO接口：4路（用于输出场合，如电机的启动、阀门开关等）
带语音输出接口
带24V电源输出接口
通信规约：MODBUS RTU/ascii   /TCP、DNP3.0、可定制仪表协议
数据传输：
GPRS/CDMA、Ethernet、Zigbee、WiFi、433M、PLC、RS-485/RS-232等多种方式可选
工作温度：-40℃ ～ +80℃
工作湿度：≤95%
防护等级：IP65 

（2）无线压力变送器（BH1740）
信号传输：Zigbee无线
传输距离：普通型150m，增强型500m
工作电源：3.6V锂电池
电池寿命：≥3年（1分钟上传一次）
压力量程：0～60 MPa 可订制
精度等级：0.5级
过载压力： 150% F.S
上报周期：1分～12小时 可设定
过程接口：M20×1.5（或按要求订制）
防爆等级：Exib ⅡB T4 Gb
外壳防护：IP67
工作环境温度：-40℃～70℃
工作环境湿度：≤95% RH

（3）无线温度变送器（BH1750）
信号传输：Zigbee无线
传输距离：普通型150m，增强型500m
工作电源：3.6V锂电池
电池寿命：≥3年（1分钟上传一次）
温度量程：-50℃～650℃（可订制）
测量误差：±1.0℃
上报周期：1分～12小时 可设定
防爆等级：本安型Exia ⅡB T4 GB
外壳防护：IP67
工作环境温度：-40℃～80℃
工作环境湿度：≤97% RH

五、软件功能
远程监测压力、流量等；支持各种监测信息、控制信息、报警信息、操作信息的存储和历史记录查询。用户可以根据需要通过组态软件来定制程序，这样界面表现形式更为灵活；
现场出现异常状况时，控制器发送报警信号，关闭阀门等。 

六、总结
监控软件配套的供水站监控系统以其完善的人机交互、稳定的系统运行和良好的兼容性、易用易扩展性受到企业用户的青睐。该监控系统不仅满足了供水站监控的实际需求，
也为实现企业实时、有效、全面系统化的信息管理和监控、提高了企业的安全水平和综合自动化水平奠定了坚实的基础。