智慧水务—供水信息化系统

智慧水务—供水信息化系统
一、系统概况
北京XX水业有限公司为了保证安全供水，实现数字化科学调度管理，计划建立一套“供水信息化系统”。

对供水公司生产运行过程进行全面的监测，所有的监测数据通过无线的方式传输到供水总公司的监测中心，经管理软件的逻辑计算生成报表、分析得出科学的数据，为生产提供合理调度方案。

1.1系统现状
1.1.1、公司现状
XX水业有限公司负责多地的生产生活供水，总供水面积60平方公里，服务人口30万人。

1.1.2、监测中心规划
新的监测中心预计同时监测水厂及水源地运行状况，水源地、城区管网及分区测量情况。

1.1.3、水厂现状
目前水源地各水源井均由水厂集中控制管理，包括水源井开停、水位、流量、水压、电流、电压数据的传输（使用电台传输）。

加压泵房现有2部电控调节阀，根据城区管网XX测压点的压力，随时控制出厂水流量。

一个水源地现有7眼水源井，另一水源地现有6眼水源井，每个水源井设备包括潜水泵、电机、液位计、流量计、压力表、弱电控制柜。

水源地至水厂的输水管线上装有流量、压力变送器，每15分钟传输数据一组，随时监测输水管线运行安全。

1.1.4、管网现状
城区管网为环状管网，管径为DN200～DN600，管材包括球墨铸铁、灰铸铁、UPVC 等几种。

现有管网安装有测压点8处，监测城区8处地点的管网压力（包括最不力点）。

8处测压点中，4处为GPRS传输，4处为电台传输。

二、解决方案
2.1系统建设目标
◆通过建立一个远程监测管理系统，保证资料数据的集中性、一致性、完备性、可靠性。

实现“集中管理、分散控制、数据共享”。

◆通过远程监测管理系统的建立，使生产中的各种数据处于规范的管理和监控之下，为日常管理和维护提供快捷方便的科学数据，提高工作效率。

◆通过该系统的建立，实现输水配套工程的原水输送、制水、泵站及输水管网的全程自动化和数字化，使整个水厂的制水成本进行科学而有效的分析。

通过自动化监控系统对工艺的控制达到非常精细的程度，从而使整个水厂的运行更加平稳，制水、输水成本大为降低。

◆通过该系统的建立，使系统内的日常工作由传统文字、报告形式，提高到统一的空间定位、空间分析与应用、高效的数据库管理、专业的管网计算与图文并茂的信息管理模式，为生产调度与管理、供水服务能力及水平提供了实时、准确的决策支持
2.2系统基本组成
本系统由监控中心、通信平台、监测终端设备DATA-9201、计量测量控制设备组成。

监控中心：硬件主要由服务器、工作站、GPRS数据传输模块。

软件主要由操作系统软件、数据库软件、供水公司调度远程监控管理系统。

通信平台：中国移动公司GPRS网络、中心有固定IP的公网专线。

监测终端设备：水厂监测终端、管网监测终端
计量测量设备：流量计、超声波水位计、压力传感器。

2.3系统拓扑图
三、监测中心
调度中心是系统的核心，主要由服务器、计算机、液晶显示屏、投仪影、打印机、供水调度系统软件组成。

在调度中心，调度人员可以监测整个供水管网的压力、流量、流向、水质等信息；可以监测水厂进厂流量、出厂流量、出厂压力、出厂水质、及水池水位、加药设备、加压水泵的工作状态、配电状态等信息；可以监测各个水泵的工作状态；可以对各水厂进行科学调度，达到节约用电、平稳供水的目的。

在水厂，工作人员也可以直接监控该厂生产设备、直接监控所辖水源地的设备。

水源地、水厂、管网、泉水池的所有监测监控设备直接与调度中心的服务器通信。

各水厂通过远程浏览服务器完成各项操作。

3.1监控中心硬件要求：
1、监控中心硬件基本配置：通信终端1台、计算机1台。

2、计算机：CPU：AMD或Intel 2.0G 或更高
3、内存：最低2G，推荐4G。

4、硬盘：普通硬盘>320G
5、通信终端：DATA-6106GPRS数据传输模块、开关电源（中心无固定IP地址）。

3.2监控中心软件基本要求：
1、操作系统：Windows 2003
2、数据库软件：Microsoft SQL Server 2000
3、监控与管理系统：DATA86供水公司调度远程监控管理系统。

3.3监测中心软件基本特点：
DATA86供水公司调度远程监控管理系统。

该软件是针对供水行业开发的专用软件，结构采用B/S结构，服务器安装数据库及供水公司调度远程监控管理系统，由系统管理员负责管理，领导者或其它工作人员经授权后可在自己的计算机上通过局域网访问服务器，可进行权利范围内的操作。

需要该软件可以在INTERNET公网上发布，被授权者在任何地方的计算机上都可以通过INTERNET公网访问和操作该系统。

该软件采用模块结构，主要包括两大模块：一个是人机界面、另一个是前置机。

每个模块又由若干小模块组成。

前置机软件主要负责监控中心与现场设备的通信，它具有强大的兼容性，支持多种通信方式共存一个系统。

人机界面包括基础数据管理、远程操作、人工录入、数据查询、数据报表、数据分析、地图管理等多项内容，可根据不同客户的不同需求设计组合成个性化的监控与管理系统软件。

3.3.1显示功能：
1、地图显示功能：在地图上显示现场测点信息的地理位置，在鼠标点击监测点时会进入详细的测点信息界面。

2、数据显示功能：出口压力、蓄水池水位、流量计的瞬时流量、累计流量、加压泵的三相电流、三相电压。

3、状态显示功能：开泵、停泵、供电源设备的工作状态。

3.3.1．1加压泵监控界面：
1、流量监测：通过在蓄水池入口和清水池出口流量计的瞬时流量和累计流量的采集，计算出今日进水量、出水量、本月进水量、本月出水量。

2、电量监测：通过在每台加压泵测量的三相电流和三相电压和电能，计量出今日耗电量、本月耗电量和吨水耗电量。

3、水位监测：通过在蓄水池和清水池安装的水位计监测出水池的水位变化，当水位超过量程过低或过高时，提出报警信号。

4、压力监测：通过在出水口管道上安装的压力计监测出管道压力变化，当压力超过量程过低或过高时，提出报警信号。

5、水质监测：通过在清水池出口处安装的水质仪，监测出PH值、浊度、余氯并在界面显示。

6、泵状态监测：通过监测界面的电流和电压变化实时监测加压泵的工作状态，并有视频进行辅助。

3.3.1．2水质信息监控界面：
3.3.1．3水厂视频监控界面：
3.3.1．4管网压力监控界面：
3.3.1．5压力分析监控界面：
3.3.2管理功能：
1、测点信息管理：可添加、删除、修改每个监控点信息，可人工补录监测点的数据。

2、权限管理功能：具有授权管理功能，管理员为最高管理者，根据不同应用要求，分配给其它使用者不同的权利。

3、密码管理功能：根据不同的使用权利和用户设置不同的登录密码。

4、数据刷新管理：根据不同的使用权利和用户设置不同的数据刷新频率。

5、测点显示管理：根据不同的使用权利和用户设置可查看的数据和数量。

3.3.3告警功能：
1、设备变化告警：欠压告警、水表故障告警、通信中断告警。

2、设备超限告警：水压低、水压高告警。

蓄水池水位过低、过高告警。

3.3.4存储功能：
1、测点信息、实时数据、事件记录、操作记录存入数据库。

3.3.5统计功能：
1、报表功能：日报、月报、年报；
2、曲线功能：日曲线、月曲线、年曲线；
3.3.7查询功能：
1、测点信息、历史纪录、历史曲线、事件记录、操作记录、历史报表；
3.3.8打印功能：
1、测点信息、历史纪录、历史曲线、事件记录、操作记录、报表；3.3.9安全功能：
1、密码功能：进入和退出系统必须输入密码；
2、权限功能：不同的操作员具有不同的功能；
3、用户切换：不同的操作员交接时可以在系统切换。

3.3.10远程维护功能：
1、远程设置子站（水井）工作参数。

2、远程升级现场水资源控制器程序。

四、通信平台
建立采用移动GPRS网络平台传输数据。

该网络有以下几大特点：
广域覆盖：基本上在手机可以打电话的地方都可以使用GPRS传输数据。

永远在线：GPRS可以永远在线，保证数据的实时传输。

包月计费：可以申请包月的方式使用GPRS数据费，目前移动已经推出最低5元30M/月的服务形式。

已经满足一个监测点的数据流量需要。

高速传输：GPRS可支持53.6Kbps的峰值传输速率，理论峰值传输可达100Kbps。

数据安全：数据通过数据包加校验的方式传输，数据安全性好，稳定性高。

建网方便：监测终端通过cmnet公共接入点登陆GPRS网络，数据通过Internet网络传输，监测中心服务器上设置一个Internet上的固定IP地址。

采用TCP协议把数据传输到监测中心软件上进行显示。

五、监测终端设备
5.1水厂监测终端
5.1.1监测终端内含主要设备
1）水资源控制器——DATA-7203
2）GPRS无线数据传输模块——DATA-6106
5.1.2测控终端功能特点
1 显示功能
1）网络在线状态显示：监测终端是否处于上网状态。

2）各种传感器状态：当前传感器是否处于正常状态。

3）数据显示：显示流量、水质、水位、压力、三相电流量、电压等。

2 无线传输功能
1）通过GPRS方式传输数据，监测终端具有长期在线、即时通讯特点。

2）具有GSM短信备用信道。

3）支持同时向多个中心上报。

4）支持国家标准的UDP或TCP传输协议。

3 上报方式
1）主动上报包括
主动上报包括定时上报或告警主动上报功能，是指监测点监测终端主动向中心发送测点数据。

2）上位机问讯（远程召测）
远程召测包括定时召测、即时召测，是指监控系统向下发命令召测监测点监测终端数据。

4 采集、设置功能：
1）采集各种智能传感器输出的数据：流量、水质、水位、压力、三相电流量、电压等。

2）采集监测终端箱门状态。

3）设置各种智能传感器的量程及上下限报警信息。

4）采集电源供电状态。

5 供电方式：
市电220V供电，太阳能与蓄电池联合供电两种方式可以任意选择。

6 远程操作与现场操作维护功能：
1）远程设置
监测终端支持远程设置监测终端参数。

支持远程设置各种智能表参数。

（如水位的量程及报警值、压力的量程及报警值等）
2）远程遥测
监测终端支持远程召测实时数据。

3)远程程序升级功能
支持通过GPRS网络升级监测终端程序，便于后期设备扩展功能。

4）现场操作功能
现场可以通过PC机设置各种工作参数。

7 时钟校准功能
RTU自带时钟，可以保证采集设备定时上报数据。

可以通过监测中心定时对采集设备远程统一自动标准时功能，保证数据时间准确性。

8 告警功能
智能传感器越限、非法开箱主动上报。

（水拉超限报警、流量超限报警、压力超限报警等）
9 历史记录存储、数据掉电不丢失、时钟保持功能：
1）存储定点历史数据
2）失电后，历史记录可保持2年不丢失。

3）失电后，时钟电路可正常计时1年。

10 避雷保护功能
监测终端对所有输入输出引线（如电源线、传感器引线、通信线等）都采取了多级隔离、吸收措施，最大限度地避免雷击等过电压过电流对监测器的破坏。

11 人工置数功能
通过现场的操作键盘，通过密码可以设置（水位、压力）数据的量程，数据清零等。

12 适用环境：
工作电压：DC15V
温度范围：-25～+70℃
湿度范围：相对湿度≤90%，无凝露≤95%
工作环境：
①无导电尘埃、无爆炸性、腐蚀性气体、无激烈震动、无液体喷溅。

②GPRS方式通信时，信号良好的地方。

5.1.3监测终端的技术特点：
5.1.3.1 GPRS技术特点
1、远程通讯接口：1路串口（RS232/RS485可选）
2、数据格式：8位数据位，1位停止位，校验位（奇、偶、无）可设
3、波特率： 300、600、1200、2400、4800、9700、19200、38400（Bit/S）可选
4、供电电源：10V-30VDC
5、待机电流：≤0.1mA/DC12V
在线电流：≤6mA/DC12V
发送电流：≤60mA/DC12V
平均在线：≤10mA/DC12V
6、尺寸： 120x70x43mm
7、工作环境：温度：-40℃—80℃
湿度：≤95%
8、安装方式：台式
5.1.3.2 水资源控制器技术特点
1、显示方式：数码管/液晶
2、工作电流：≤130mA/12V DC ≤60mA/12V DC
3、串口：1路调试串口（RS232），2路采集串口（RS485/RS232）
4、DI/PI：9路
5、AI ：8路，信号类型：4-20mA/0-5V，精度0.5%
6、DO：5路
7、设参方式：串口设参、远程设参（GPRS/CDMA）
8、CPU：32位处理器；运行频率100MHz
9、存储容量：4M、8M、16M、32M（可选）
10:、IC卡读卡距离：5厘米
11、可选通信规约：水资源监测数据传输规约（SZY206-2012）；
水文监测数据传输规约（SL651-2014）；
四川省水文测报系统技术规约（SCSW008-2011）
特殊区域水文、水资源数据安全采集系统RTU追加测试
12、供电电压：DC 10-30V
13、尺寸：120x120x95mm
14、安装方式：盘装式
15、工作环境：温度：-40℃—80℃；湿度：≤95%
5.1.4远程测控终端原理
5.1.5内部配置
5.2水源井测控终端
5.2.1设备特点
◆可以采集现场远传水表输出的脉冲信号/流量计输出的串口信号。

◆采集管道压力。

◆采集水泵工作的三相电流、三相电压。

◆采集水泵开关状态、保护状态、检测供电状态。

◆测控终端可以显示水泵的三相电压、电流、管道压力、管道出口的瞬时流量、累计流量。

◆当管道压力超限时报警。

◆当电机过压、过流、缺相时报警。

◆现场断电报警（现场必须有后备电源蓄电池供电）。

◆测控终端箱门非法打开报警。

◆控制水泵启动柜的启动电路。

◆测控终端设有地线接线柱，电源进线接避雷装置。

测控终端与流量计之间采用隔离串口，最大限度防止雷对设备的损坏。

5.2.2设备安装示意图
5.2.3水源井测控终端原理图
5.2.4水源井测控终端内部配置
DATA-6106型GSM/GPRS无线数据传输器 1台
DATA-7203型水资源控制器 1台
隔离变压器1个开关电源（带充电功能）1个
蓄电池（用户可自备） 1个
信号继电器2个
中间继电器 2个
三相电压隔离传感器 1个
三相电流隔离传感器 1个
防雷模块 1个
门开关 1个
转换开关 1个
金属防护箱300*450*600（室内型） 1套
其它配件（空开、端子、线材、附件等）：1套
5.3管网监测终端
5.3.1、管网远程测控终端的功能特点：
◆采集管网压力、流量、流向、电池电压等数据。

◆将采集数据主动上报到调度中心；支持定时上报和监测数据超限上报。

◆支持多种供电方式：电池供电、太阳能供电、市电供电。

◆大容量可充电电池供电、太阳能供电、市电供电条件下支持调度中心随时问询。

◆采用GPRS、短消息无线通信方式。

◆现场可存储、显示、查询压力、流量等数据及工作参数。

存储数据≥1万条。

◆数据存储间隔、数据上报间隔可以设置。

◆防水防潮等级高，测井内安装时：IP68。

◆4节高能电池可数据发送≥1万条，100Ah可充电电池充电1次可使用3-4个月。

◆为现场压力变送器提供直流电源：5V、12V、24V。

◆支持远程升级设备程序、设定参数。

5.3.2、产品结构
终端设备设计成两种外形结构：测井内型、测井外型。

测井内型：设备安装在测井内。

电池供电时采用此结构。

有两种电池供电方式，一种是4节高能锂电池组供电，电池组安装在微功耗测控终端内；另一种是大容量可充电蓄电池组供电，可充电蓄电池组独立安装。

测井外型：设备安装在测井外。

太阳能供电和市电供电时采用此结构。

5.3.3、管网监测点的设备配置及安装方式。

供电方式不同，测点的现场设备配置和安装方式就不同。

下面分别介绍。

1、高能锂电池组供电方式测点设备配置、工作原理及安装方式：
◆测点设备配置表
◆终端设备工作原理示意图
◆终端设备安装方式
将防水外罩安装在监测井井壁上，微功耗测控终端放置在防水罩内。

压力变送器信号线、水表信号线接在微功耗测控终端自带的防水接线盒上。

2、可充电电池组供电方式测点设备配置、工作原理及安装方式：
◆测点设备配置表
◆终端设备工作原理示意图
◆终端设备安装方式
将防水外罩安装在监测井井壁上，微功耗测控终端放置在防水罩内。

压力变送器信号线、水表信号线接在微功耗测控终端自带的防水接线盒上。

可充电电池组安装支架固定监测井井壁上，安放好电池组，接好电源线，扣上并固定防水罩。

3、太阳能供电方式测点设备配置、工作原理及安装方式：
◆测点设备配置表
◆终端设备工作原理示意图
◆终端设备安装方式
将微功耗测控终端、充电保护器、蓄电池等集成在金属防护箱内。

金属防护箱安装在金属杆上。

太阳能板安装在金属杆上的支架上。

压力变送器信号线、水表信号线接在防水接线盒上。

按接线图要求接线。

4、市电供电方式测点设备配置、工作原理及安装方式：
◆测点设备配置表
◆终端设备工作原理示意图
◆终端设备安装方式
将微功耗测控终端、充电保护器、蓄电池等集成在金属防护箱内。

金属防护箱安装在金属杆上。

太阳能板安装在金属杆上的支架上。

压力变送器信号线、水表信号线接在防水接线盒上。

按接线图要求接线。

6配套设备
6.1压力变送器
管网监测系统中，最重要的是压力变送器，它的稳定性、可靠性，直接影响到系统正常工作。

我公司的终端设备可以接入国产、进口的任何厂家的压力变送器。

型号：CYG1102通用低压力传感器
◆特点及用途：本型产品采用标准的MEMS压力敏感元件，用真空充注硅油隔离，不锈钢薄膜过渡传递压力，有优良的介质兼容和长期稳定性。

适用于对316L不锈钢及密封材料不腐蚀的绝大多数工业介质的压力测量与控制。

◆压力量程：0～600、1000kpa
◆过载能力：≥200%FS
◆输出/电源：4～20mA/12VDC
◆测量介质温度：J级-25℃～100℃M级-20℃～100℃L级-10℃～80℃
◆补偿温度范围：J级-20℃～80℃M级-10℃～70℃L级0℃～60℃
◆测量介质：与316L不锈钢兼容的介质（如有特殊测量介质需提前告知）
◆精度等级及性能指标：
◆外型及安装尺寸
6．2流量设备介绍
常用流量计包括超声波流量计、超声波流量水表、远传脉冲水表、电磁流量计等。

他们的主要作用是测量管道内水流的瞬时流量、瞬时流速、累计流量等多种测量数据，通过信号线将采集的数据发送给监测终端设备进行计算机控制管理。

◆流量计
流量计常用于水厂原水进厂、清水出厂计量、分区计量、重要大客户计量等场合，电磁流量计、超声波流量计用量居多。

需外供电。

电磁流量计：特点是测量精度高，不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响。

使用寿命长。

但安装时需要动管道，需要水司配合安装。

造价比较高。

超声波流量计：特点是可以在线安装，不用停水，长期使用，精度会有偏差。

要求被测量液体必须是清水，不允许有气泡或者杂质。

管道不允许有强烈的机械震动。

需外供电。

◆电池供电流量计
要求计量精度高，又不具备220V供电条件的场所，多使用电池供电流量计，该流量计采用低功耗设计，杜绝了停电不计量现象，电池寿命一般在2-5年。

目前，超声波、电磁流量计都有电池供电产品。

6.2.1、超声波流量计
超声波流量计是用来测量封闭管路液体流量，用户基于被测管路和流体的特点来选择
非接触、附着式、插入式的传感器，将两个传感器按照一定距离安装在管道外侧即可，可以使用两次声程的V法，四次声程的W法，或者采用声波直接穿过被测管路的Z法安装。

超声波流量计主板中央处理器控制两个传感器轮流接收和发射超声波并测量其间的传播时间，计算时间差值，得到的时差与流体的流速有直接的关系，如下表述：
其中
θ是声束于液体流动方向的夹角
M 是声束在液体中的直线传播次数D 是管道内径
Tup是声束在正方向上的传播时间Tdown 是声束在逆方向上的传播时间ΔT=Tup –Tdown
3.2.4、电磁流量计
电磁流量计是一种根据法拉第电磁感应定律来测量管内导电介质体积流量的感应式仪表，采用单片机嵌入式技术实现数字励磁。

电磁流量计在满足现场显示的同时，还可以输出4-20mA电流信号和RS485以供记录、调节和控制使用。

电磁流量计除可测量一般导电液体的流体外，还可测量液固两相流，高粘度液流及盐类、强酸、强碱液体的体积流量。

电磁流量计的性能特点
1）、仪表结构简单、可靠，无可动部件，工作寿命长。

2）、智能化设计，有显示介质流向和仪表故障自诊断功能。

3）、无机械故障，响应快速，稳定性好，可应用于自动检测、调节和程控系统。

4）、测量精度不受被测介质的温度、粘度、压力等物理参数的影响。

5）、采用EEPROM存储器，测量、运算数据存储保证安全可靠。

6）、具有MODBUS 协议,RS-485通信接口和HART协议通信接口。

电磁流量计的技术参数
1）、仪表精度：管道式0.5级（0.3级可选）；1.0级
插入式2.5级（1.5级可选）
2）、测量介质：电导率大于5us/cm的各种液体和液固两相流体。

3）、流速范围：0.2-8m/s
4）、工作压力：1.0MPa/1.6MPa/2.5MPa/4.0MPa(高压可订制) 5）、环境温度：-40℃～50℃
6）、介质温度：聚四氟乙烯衬里≤180℃；橡胶材质衬里≤65℃7）、输出信号：4-20mA,负载电阻0-750Ω
7. 系统设备清单及报价
1、监测中心
2、现场监测点。