1 概述
供輸水管網無線監控系統適應供水企業實現供水管網的壓力、流量等遠端線上監控，以科學的方式實現水管網科學排程，並透過壓力值變動、夜間最小流量分析、發現管網爆管及漏損等問題。為保證供水工作的科學性，依靠現代計算機通訊技術和感測技術，實施對供水管道的遠端實時監測，並且能夠自動傳輸到上級主管部門，監測輸水管道、供水管道的壓力、流量資訊；及時發現管網故障，提高維護效率、降低損失，保障輸水、供水質量，達到科學預警，減少成本，提高效率的目的；消除了供水管網“跑、冒、滴、漏”及“卡脖管”等問題，進一步降低了管網漏失率，擴大了行業收益。
2 系統架構
各站點使用3G/4G無線通訊方式進行資料傳輸，物聯網閘道器透過RS485介面與PLC連線，週期性採集PLC暫存器並快取（多包併發採集），無需固定IP或繫結域名即可實現對各站點資料的無線監控，採用Web資料介面HTTP協議來實現對PLC資料的讀寫。系統採用B/S架構，透過Internet網際網路和3G/4G無線網路接收管道壓力、流量等資料，進行管道資料分析、顯示、查詢、統計、報表列印等功能，客戶端支援PC、手機、平板等裝置，可以跨廣域網、跨作業系統來訪問資料，實現方式更為靈活。基於三層結構Web應用技術，使企業內部上至高層領導，下至普通員工都可以透過各自的許可權在瀏覽器上共享、分析、處理和應用企業內部的各種資訊，實現生產自動化、運營智慧化、管理決策科學化、資訊資源化和運作網路化的資訊傳遞機制。系統架構如下圖所示。
3 系統組成
供輸水管網無線監控系統設計目的在於：解決管道爆管問題、管網漏損導致嚴重的資源浪費等，及時發現管網故障，提高維護效率、降低損失，保障輸水、供水質量，達到科學預警，減少成本，提高效率的目的。系統由以下各部分組成：
監控中心：計算機工作站，管網GIS系統、供輸水SCADA系統、管網模型系統、資訊化整合系統；
通訊網路：透過巨控科技GRM230物聯網閘道器使用3G/4G的無線傳輸方式將資料透過因特網傳輸到目的中心；
下位機硬體系統：基於PLC的下位機控制系統；
測量儀表、執行機構：流量計、壓力/溫度變送器、球閥、蝶閥、多功能控制閥；
3。1 監控中心
3。1。1 管網GIS系統
GIS系統主要包括三個子系統：桌面GIS系統（C/S結構）、Web。GIS系統（B/S結構）和掌上GIS系統（M/S結構）。供水管網GIS系統是將管網資料數字化的軟體平臺，同時具備資訊化管理的一些功能，如管道安全評估、事故關閥、爆管分析等。供水管網GIS系統從施工建設時期就開始收集準確的原始資料，建立全要素的供水管網地理資訊系統。面對傳統供水管網排程模式存在的不足，新時期城市供水管網測量要堅持科技創新原則，將供水GIS系統與各業務系統進行整合，實現系統的資訊互動與共享。利用供水管網GIS資料和各業務資料，平臺可以進行跨業務系統的綜合分析，實現綜合運營監管、排程指揮決策，從而提升供水企業的綜合管理效率。
以城市基礎地形圖為基礎，以供水管網資料為核心，緊密結合供水管網管理需求，採用C/S、B/S、M/S相結合的方式，採集、管理、更新、分析供水管網資料，為供水管網的正常執行提供了一套科學、有效的資訊化管理工作。
3。1。2 供輸水SCADA系統
系統包括管網水質線上監測、使用者水量水壓線上監測、管段流量壓力線上監測等三個子系統。透過SCADA實現對現場資料高效能的資料採集與監視，並且可透過SCADA實現對各個裝置的高可靠性的操控。充分利用完整的歷史資料庫和報警事件資料庫中資料，基於所儲存的歷史資料方便的進行分析統計、事故分析和追憶。實現管網的資訊化管理。
實時生產資料的最佳化展示，SCADA系統具有強大的圖形開發工具，絢麗的圖形物件，豐富的屬性設定和動畫連線，可製作立體的展示效果，將供輸水管網資料在圖形上的展示發揮的淋漓盡致。
3。1。3 管網模型系統
透過SCADA系統只能瞭解有限數量的線上監測點的執行資料，而管網模型則可以模擬出整個管網的執行情況，並透過線上監測點資料進行校核。供水管網水力模型的主要目的是精確地模擬域內的管網執行情況，並以此為基礎建立精確的水質模型．可以模擬管網中的水齡以及餘氯變化，為保障優質供水提供科學的管理工具。系統採集的實時執行資料可用來進行管網模型的線上模擬，與監測點線上壓力、流量和水質資料進行對比，可及時發現管網異常。
3。1。4 資訊化整合系統
資訊化整合系統將管網GIS系統、SCADA系統、管網水力模型整合在同一平臺上。它利用GIS強大的圖形展現、空間查詢和地理分析等功能，對供水管網基礎資料、SCADA等實時監測資料，以及客服、營業等歷史資料和水力模型的模擬資料進行更加充分的挖掘、分析和利用。
供水資訊化整合系統豐富了GIS的查詢功能，將實時流量、水壓、水質和使用者用水量資料接入整合平臺，使得管網水力模型第一時間獲得模型計算與校核的真實資料，從而使平臺中既有實時資料又有模擬資料，結合歷史資料，極大地方便了操作人員對資料進行分析。它使各系統資料共享，提升了資料的更新速度，為排程、管理和決策人員提供更加高效的手段。
整合各供水SCADA系統，實現從原水取水輸送、水廠制水到管網輸水系統的全過程監控。GIS系統具備強大的空間分析功能。可以整合監測、模擬、排程等一系列應用。以GIS平臺為基礎，整合GIS系統的靜態資料、SCADA系統的動態資料和模型系統的模擬資料，形成圖數結合的展示方式。利用GIS強大的圖形展現、空間查詢和地理分析等功能，對供水管網基礎資料、SCADA實時監測資料和水力模型的模擬資料進行更加充分的挖掘、分析和利用。平臺內容採用Web。GIS的方式進行釋出。可以透過登陸網頁的方式進行瀏覽和操作。
3。2 通訊網路
近年來，隨著使用者需求的不斷提高，網路通訊技術的日趨完善，PLC遠端控制已經成為客戶的基本訴求，如何以最低的成本實現PLC與軟體的對接成為關注的熱點問題。傳統的串列埠通訊方式需要耗費大量的人力物力進行綜合佈線；依靠普通DTU需要根據不同的軟體定製驅動或協議，這無形中增加了工程的成本。
透過巨控科技GRM230物聯網閘道器使用3G/4G的無線傳輸方式將資料透過因特網傳輸到目的中心；PLC透過GRM230終端與工業雲平臺通訊在網路上始終是加密壓縮的資料流，相對DTU透傳模組，不僅可以節省流量，同時從根本上避免了網路層監聽直接獲取PLC資料的可能。使用無線資料傳輸的方式能節省很大的人力物力，部署便捷、維護簡便。
3。3 下位機硬體系統
使用西門子S7-200 Smart系列PLC組成下位機硬體系統，配置如下圖所示：ST20為主控CUP，GRM230物聯網閘道器透過RS485介面與CPU本體RS485連線，週期性採集PLC暫存器並快取，加裝SB CM01信號板擴充套件一路RS485介面實現對電錶電能引數和機箱內部溫溼度資料的輪詢採集，EM AM06模擬量模組完成對電磁流量計、壓力變送器、溫度變送器、球閥開度反饋等訊號的實時採集及球閥的開度調節。
下位機I/O分配如下表所示：
4 系統特點及功能
4。1 特點
準確性：計量資料報告及時、準確；執行狀態資料無丟失；執行資料可追蹤；
可靠性：全天候執行；傳輸系統獨立完整；
先進性：成熟穩定的PLC控制系統；流量的閉環調節；系統功能擴充套件性強；
4。2 功能
供輸水管網無線監控系統是一套以線上監控裝置為核心，運用現代物聯網技術，透過專用分析軟體。對管網水質、壓力和流量等監測資訊進行實時快速收集、存貯、處理、查詢、報表、預警的綜合性監測管理系統。包含以下功能：
◆測點分佈總覽 ◆最新資料監控 ◆超限自動報警 ◆壓力曲線分析
◆智慧資料統計 ◆歷史資料查詢 ◆使用者資訊管理 ◆測點資訊設定
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本文為劍指工控原創技術類文章，2019年7月25日首次發表於《劍指工控》公眾號。
特別鳴謝本文作者
耿超
2012年畢業於西安工業大學電氣工程及其自動化專業，長期從事電氣設計與自動化工程的設計、組織管理相關工作。
本賬號為《劍指工控》官方知乎賬號。劍指工控由一群帶有工控情結的技術青年組織在一起，他們都是在工控一線的技術達人，如果你是工控一線的工程師，如果你在日常工控工作當中會遇到種種的技術問題，如果你熱愛工控技術和工控生活，歡迎加入我們，隨手提出你的技術問題會有技術達人第一時間為你解答。可以分享你的工控喜怒哀樂，會有兄弟們跟你產生共鳴。可以獲得最新的工控資訊，指明技術和行業路線，做到未雨綢繆。
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