城市智能化供水調(diào)度系統(tǒng)的研究和應(yīng)用的論文

　　在供水企業(yè)的平時(shí)生產(chǎn)過(guò)程中,應(yīng)該對(duì)供水生產(chǎn)的所有項(xiàng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)完成觀測(cè),比如說(shuō)原水質(zhì)量和管網(wǎng)壓力以及出廠水的水質(zhì)狀況等方面,其是供水生產(chǎn)安全運(yùn)行的主要內(nèi)容。城市供水作為城市公用設(shè)備的主要構(gòu)成部分,其不僅關(guān)系到城市居民的日常生活與生產(chǎn),還承擔(dān)著消防與綠化等多項(xiàng)供水任務(wù)。同時(shí)城市供水系統(tǒng)主要由給水水源和取水構(gòu)筑物及原水管道等多項(xiàng)構(gòu)成,具備集取與輸送原水及改善水質(zhì)作用。另外,準(zhǔn)確、及時(shí)掌握所有的運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行狀況,合理對(duì)水場(chǎng)站的工藝完成調(diào)整,進(jìn)而保證水廠與管網(wǎng)連接安全、可靠運(yùn)行。

　　1 供水調(diào)度系統(tǒng)特征

　　在城市供水監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)中,所要監(jiān)測(cè)的信號(hào)為各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力和水位以及流量等,而監(jiān)控的信號(hào)主要指各個(gè)加壓泵站中的閥門開(kāi)閉狀態(tài)和泵開(kāi)停狀態(tài)及變頻機(jī)組頻率。依據(jù)歷史數(shù)據(jù),選擇預(yù)測(cè)與分析計(jì)算模型,然后形成優(yōu)化調(diào)度方案,進(jìn)而更為精確的發(fā)布調(diào)度指令,科學(xué)、及時(shí)調(diào)整所有水廠供水量。這樣就可以在確保合理水壓的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)水能源的最大程度節(jié)約,實(shí)現(xiàn)降低城市供水成本目標(biāo)。城市自來(lái)水的管網(wǎng)檢測(cè)以及調(diào)度系統(tǒng)特征,就是在城市區(qū)域內(nèi)的供水管網(wǎng)中設(shè)置一定數(shù)量監(jiān)測(cè)點(diǎn),然后利用現(xiàn)場(chǎng)傳感器與就地監(jiān)控裝置把監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行收集整理,經(jīng)過(guò)有線或是無(wú)線通訊途徑把數(shù)據(jù)定時(shí)輸送至監(jiān)控中心,這時(shí)監(jiān)控中心會(huì)對(duì)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)完成分析,針對(duì)城市管網(wǎng)的具體運(yùn)行狀況完成科學(xué)、合理調(diào)度,從而確保城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定、安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。部分調(diào)度系統(tǒng)能夠發(fā)出指令,針對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相應(yīng)就地控制單元進(jìn)行科學(xué)遙控,針對(duì)加壓泵相應(yīng)開(kāi)啟臺(tái)數(shù)或是變頻恒壓供水相應(yīng)頻率范圍進(jìn)行控制,合理、科學(xué)調(diào)配水資源的應(yīng)用量。為了能夠全方面反應(yīng)出管網(wǎng)中資源具體分布與變化,更為準(zhǔn)確和及時(shí)的掌握城市供水具體狀況,應(yīng)該在管網(wǎng)中建立合理的監(jiān)測(cè)點(diǎn),其也是供水調(diào)度系統(tǒng)的關(guān)鍵。從自來(lái)水管網(wǎng)方面而言,一定要依據(jù)地形與管網(wǎng)分布現(xiàn)實(shí)需求,針對(duì)主干道和流量相對(duì)較大的位置,各個(gè)供應(yīng)位置的代表點(diǎn)和加壓泵站等,要合理選取適宜數(shù)量的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

　　2 系統(tǒng)架構(gòu)

　　2.1 系統(tǒng)硬件研究

　　SCADA系統(tǒng)可以完成供水生產(chǎn)所有范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)采集,也就是源水輸水系統(tǒng)和凈水系統(tǒng)及配水系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)的全方面和及時(shí)與準(zhǔn)確采集。其中源水輸水系統(tǒng)主要針對(duì)各個(gè)水源水量和水質(zhì)等相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集,而凈水系統(tǒng)一般針對(duì)各個(gè)凈水廠進(jìn)水和沉淀劑過(guò)濾等多項(xiàng)工藝環(huán)節(jié)相關(guān)參數(shù)和水質(zhì)及壓力等信息數(shù)據(jù)完成自動(dòng)采集。另外,配水系統(tǒng)主要指針對(duì)各個(gè)加壓泵站和高位水池及管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)等信息數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集。針對(duì)難以完成自動(dòng)采集的信息數(shù)據(jù),比如說(shuō)各個(gè)水源水庫(kù)的水情等方面,可以利用手工進(jìn)行采集。智能化系統(tǒng)會(huì)依據(jù)生產(chǎn)分析與報(bào)表的需求,在所有數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)中采集信息數(shù)據(jù),然后存儲(chǔ)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中。創(chuàng)建在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中具備商業(yè)智能化生產(chǎn)信息管理平臺(tái),主要負(fù)責(zé)從生產(chǎn)調(diào)度至生產(chǎn)分析及最后的報(bào)表與業(yè)務(wù)智能功能。另外,水源和凈水廠及管網(wǎng)等主要由各個(gè)子系統(tǒng)的前置數(shù)據(jù)設(shè)備,完成所有部分的供水?dāng)?shù)據(jù)采集。經(jīng)過(guò)微軟中的Web服務(wù)技術(shù),把生產(chǎn)管理需求的分析與報(bào)告信息及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)狀況畫面發(fā)布至基于瀏覽器的相關(guān)管理客戶。并且依據(jù)系統(tǒng)相關(guān)功能需求,要在中央控制室創(chuàng)建2臺(tái)工程師站。經(jīng)過(guò)工程師站,客戶能夠?qū)ο到y(tǒng)完成組態(tài)修改和管理以及擴(kuò)展功能等相關(guān)工作。

　　2.2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

　　系統(tǒng)整合各個(gè)生產(chǎn)單位信息,需要從層次上涵蓋現(xiàn)場(chǎng)級(jí)生產(chǎn)監(jiān)控SCADA層和調(diào)度管理級(jí)別數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用層等。軟件系統(tǒng)的底層主要利用組態(tài)軟件與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),該上部為信息集成與管理應(yīng)用平臺(tái)。其而信息集成與管理應(yīng)用平臺(tái)經(jīng)過(guò)該應(yīng)用服務(wù),可以在生產(chǎn)管理和計(jì)劃調(diào)度以及指標(biāo)計(jì)算發(fā)布等許多方面提供應(yīng)用。而最上層的為信息門戶功能區(qū),全部的信息可以在標(biāo)準(zhǔn)形式IE瀏覽器中進(jìn)行展示,該集成所展示的信息包含下述幾個(gè)方面,源自SCADA的相關(guān)實(shí)時(shí)流程畫面,還有源自實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)有關(guān)趨勢(shì)及報(bào)警信息,另外還有生產(chǎn)報(bào)告與績(jī)效儀表盤等。信息門戶可以集成上述全部的類型數(shù)據(jù)與信息,同時(shí)集成顯示于標(biāo)準(zhǔn)的IE瀏覽器里。除此之外,系統(tǒng)軟件的架構(gòu)通常要以MES架構(gòu)作為基礎(chǔ),并且充分應(yīng)用新微軟。NET技術(shù)與SOA架構(gòu),可是使系統(tǒng)功能在平臺(tái)化與開(kāi)放性及技術(shù)先進(jìn)性等許多方面滿足現(xiàn)場(chǎng)與日后功能有效擴(kuò)展的要求。

　　3 底層數(shù)據(jù)接口技術(shù)

　　在底層控制PLC的網(wǎng)中采集信息數(shù)據(jù)應(yīng)該設(shè)置接口卡,并且在數(shù)據(jù)采集子站和底層控制PLC網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)同通信。該方法存在許多缺點(diǎn),因?yàn)樾枰��?gòu)置許多種接口卡,同時(shí)各種卡相對(duì)較為昂貴,成本比較高,而在數(shù)據(jù)采集子站和底層的控制PLC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接時(shí),應(yīng)該吧接口卡有效接入至現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò),從而就會(huì)在一定程度上加大網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。但是已有的凈水廠網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷相對(duì)比較嚴(yán)重,該種方法對(duì)于已有的PLC網(wǎng)絡(luò)造成了嚴(yán)重的影響。經(jīng)過(guò)對(duì)上述的兩個(gè)方法進(jìn)行綜合比較,應(yīng)該利用OPC接口的模式來(lái)完成凈水廠現(xiàn)場(chǎng)信息數(shù)據(jù)的有效采集。而在信息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中,主要利用中心機(jī)房和水廠的數(shù)據(jù)采集中心相應(yīng)二級(jí)分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該種結(jié)構(gòu)主要存在兩個(gè)方面的有點(diǎn),一方面,相比較集中形式的數(shù)據(jù)采集與發(fā)布,采用分布形式的數(shù)據(jù)采集發(fā)布能夠有效防止數(shù)據(jù)出現(xiàn)過(guò)度集中。應(yīng)用二級(jí)分布形式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠有效降低系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載,同時(shí)二級(jí)式的分布形式結(jié)構(gòu)體系能夠有效對(duì)內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)進(jìn)行隔離,在一定程度上提升系統(tǒng)的安全性與可靠性。另外一方面是分布式體系的機(jī)構(gòu)把系統(tǒng)各種功能模塊有效分布于各個(gè)服務(wù)器中,降低系統(tǒng)單故障節(jié)點(diǎn),促進(jìn)系統(tǒng)的進(jìn)一步擴(kuò)展。

　　4 智能化供水調(diào)度模型分析

　　系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)和其他相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的綜合和集成。在應(yīng)用SCADA技術(shù)的前提下,系統(tǒng)中的集成數(shù)據(jù)管理與管網(wǎng)水利計(jì)算以及優(yōu)化調(diào)度等諸多方面功能,同時(shí)系統(tǒng)還完成了和地理信息系統(tǒng)與水利模型等相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)與應(yīng)用的協(xié)作,在一定程度上提升信息應(yīng)用價(jià)值,對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用功能進(jìn)行擴(kuò)展。而系統(tǒng)中供水生產(chǎn)數(shù)據(jù)相應(yīng)分析平臺(tái)利用對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)作系統(tǒng)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù),充分應(yīng)用多維度的數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)挖掘管理城市相關(guān)供水生產(chǎn)信息。源自城市水源和凈水廠及管網(wǎng)相關(guān)實(shí)

　　時(shí)數(shù)據(jù)的慢慢積累,大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)會(huì)從許多測(cè)量展現(xiàn)出城市的具體供水調(diào)度狀況,能夠快速查找城市供水調(diào)度所存在的故障,對(duì)調(diào)度過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化,進(jìn)而為城市的提供更為健康、安全及穩(wěn)定的供水。另外,系統(tǒng)還可以依據(jù)城市供水特性,針對(duì)海量城市的供水?dāng)?shù)據(jù)完成深入分析,從而提供供水調(diào)度相關(guān)決策支持。而用戶能夠充分應(yīng)用SCADA系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)及水利模型系統(tǒng)等及時(shí)掌握相應(yīng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),然后經(jīng)過(guò)在線相應(yīng)數(shù)據(jù)挖掘手段抽取與轉(zhuǎn)換和集成數(shù)據(jù)等,進(jìn)而為調(diào)度決策提供更為全方面的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。同時(shí)供水管網(wǎng)中的相應(yīng)壓力與流量及加壓站中的流量與壓力間等都存在相關(guān)數(shù)學(xué)關(guān)系。把SCADA系統(tǒng)采集許多實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù),有效轉(zhuǎn)換利用在供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型化的相關(guān)水利模型系統(tǒng)中,創(chuàng)建表達(dá)供水系統(tǒng)所有變量間存在的關(guān)系動(dòng)態(tài)模型,也就是供水系統(tǒng)相應(yīng)宏觀調(diào)度模型。該系統(tǒng)具備多種特點(diǎn),首先是利用比以往統(tǒng)計(jì)方式更為有效和更為先進(jìn)的信息數(shù)據(jù)挖掘手段,經(jīng)過(guò)合理、科學(xué)配置數(shù)據(jù)維度及挖掘深度針對(duì)歷史數(shù)據(jù)完成充分整理,把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息,然后把信息變成知識(shí),從而使宏觀模型的創(chuàng)建過(guò)程更為智能化與科學(xué)化及快捷化。其次是利用人工智能手段,在管網(wǎng)工作狀況系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)出現(xiàn)一定變化時(shí),實(shí)現(xiàn)智能分析與處理,在一定程度上強(qiáng)化宏觀模型相關(guān)自適應(yīng)能力。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　城市的供水調(diào)度系統(tǒng)主要以供水生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集相應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng)作為重要模式,但是供水生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集并不齊全,難以對(duì)供水生產(chǎn)信息完成有效整理,對(duì)此應(yīng)該開(kāi)發(fā)和研制一套相對(duì)完善的智能化城市供水調(diào)度系統(tǒng)。城市智能化供水調(diào)度系統(tǒng)對(duì)底層的生產(chǎn)數(shù)據(jù)相關(guān)接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了統(tǒng)一,同時(shí)設(shè)置了智能化水利模型相關(guān)分析功能,從而使大量的供水生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以為供水調(diào)度決策提供依據(jù)。而在智能化供水調(diào)度系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)后,可以為供水調(diào)度決策提供更為合理、科學(xué)的依據(jù),完成了城市的智能化供水目的。

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