供水管网GPRS远程监测管理系统
摘要: 本文介绍了组态王通过GPRS网络对供水管网压力、水质远程测控调度以及小区泵站进行监控和管理。介绍了自动化控制技术如何实现对供水管网调度的有效管理，采用自动化控制方式极大提高相关部门的管理水平和工作效率。
一、概述
随着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。供水管网作为城市极为重要的基础设施和经济与社会发展的源泉，加强对供水管网调度的信息化建设具有相当重要意义。利用计算机信息技术、通信技术和自动控制技术对整个供水管网运行过程的主要参数、管网信息、设备运状况进行动态监测、实时调度和自动化控制，实现自动化信息管理，并将监测点信息用组态画面显示，直观表达管网运行状况和监控点状态，再结合预测、统计、数学模型、空间分析等手段，根据经济、技术指标和实际情况，进行优化控制反馈，完成对供水管网调度各个环节的合理配置。供水管网调度与辅助决策问题，成为保障供水管网经济、可靠运行关键所在。目前利用SCADA系统技术结合GPRS无线通讯网络技术设计的供水管网远程监控系统，在对管网的快速、准确监控、安全维护、管网合理设计、抢修施工等方面具有非常重要的意义。
城市供水管网调度监控系统的主要目的是解决自来水公司对供水各环节监测点的数据采集和监控。该系统由监控中心和各个水源监测点组成，各个水源监测点的数据采集终端（RTU或PLC）可监视和采集水位、压力、流量、浊度、余氯、泵频等各种数据，供控制中心及有关部门分析和决策取用，提高工作效率，保证供水质量，满足日益增产的用水量的需求。
城市供水管网调度需要对各个自来水厂进行管理，包括自来水公司控制中心、水厂分控中心、管网加压站和水源监控站等。城市供水调度系统一般包括：水司控制中心、多个水厂分控中心、多个水厂监控分站、多个水源井监控站、多个管网加压站和多个管网测压站。
城市供水管网调度监控系统可以对远程现场的运行设备进行监视和控制，以实现管道压力、水流量的数据传送及阀门开关的自动控制，降低了故障率和提高了对系统的反应时间。便于及时迅速的了解及控制远端管道及阀门，低故障率和检修的时间，减少停水次数。各水源监测点的数据采集终端可自动采集管道压力、水流量的实时数据与开关状态等数据，信息传输到自来水公司的监控中心，监控中心通过对传输回的数据进行分析，可找到出故障的地点，从而当一个远端出现故障时，能在最短的时间内解决问题，恢复供水，提高了整体的服务水平，从而实现了城市供水的信息化、现代化。
本文以厦门水务集团供水管网远程测控调度系统及小区泵站运行监测系统（GPRS）为例，具体介绍一下供水管网系统设计方案的应用，以及组态王如何实现系统设计目标。
三、系统构成与配置
1、系统构成
厦门水务集团供水管网压力、水质远程测控调度系统及小区泵站运行监测系统(GPRS)由供水管网压力、水质远程测控调度和小区泵站运行监测系统两个子系统组成。
1> 供水管网远程测控调度系统由调度中心、GPRS 网络APN专线、无线GPRS网络、远程终端单元（RTU）几个部分组成，如图1所示。
远程终端单元RTU：分散地分布在厦门各区市政供水管网的70多个遥测点上，采用西门子S7－200系列PLC与现场设备的开关量、模拟量信号相连，能提供4路4-20mA模拟输入、14路开关量输入、10路开关量输出。远程终端可以自行进行数据采集、处理并通过GPRS网络响应各监控中心发出的查询请求，将实时时刻或历史时刻的数据发给调度中心。
无线GPRS网络：采用中国移动GPRS网络的专用APN形式入网，每个SIM卡绑定固定移动内部IP，拥有独立上网APN名，网内分配专用的APN名，普通用户不得申请该APN 。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该专用APN，限制使用其他APN，也限制网外SIM卡使用专网APN。
GPRS网络APN专线：通过与厦门移动通信有限公司的光纤专线，无线GPRS网络中的DTU模块可以直接访问到水务集团内部的主机。使用APN专线通信稳定，不会有拨号时经常出现的断线及假在线情况；通信带宽大，可以允许同时采集多个DTU数据；通信更快，节省采集时间。
调度中心：由两套配有上位机监控系统的PC及GPRS光纤专线和GPRS模块拨号组成双机备份系统，平时由主系统工作，主系统故障时，起用备用系统，主备系统设置于公司调度中心，通过网络与公司内部网连接，调度中心PC驱动GPRS通信模块向RTU下发配置信息、控制信息，及接收下位机上报的数据及告警信息，定时巡测、手动巡测、随机抽测、分组巡测数据，同时对采集的数据进行管理，具有查询、统计、报表等功能。
2> 小区泵站运行监测系统由泵站监控中心、无线GPRS网络、泵站终端组成，其结构示意图如图2所示。
泵站终端:设置于各小区加压泵站，由研华工控机（包括板卡）控制加压泵站进行自动供水，其控制通过组态王软件来实现，并通过GPRS模块与泵站监控中心的联网。
泵站监控中心：由PC及GPRS模块组成系统，设置于泵站监控中心，通过网络与公司内部网连接。泵站监控中心PC驱动GPRS通信模块向泵站终端下发控制信息和接收下位机上报的数据及告警信息，能动态地显示与现行各泵站运行界面类似的工艺模拟图，同时对采集的数据进行管理，具有查询、统计、报表打印等功能。
2、系统软硬件配置
1> 软件配置
操作系统：Win2000/WinNT4.0(补丁6)/Win XP简体中文版。
应用软件：组态王6.52。
该系统软件采用北京亚控科技发展有限公司的最新产品组态王6.52（Kingview 6.52），上位监控界面具有画面友好，功能齐全，操作方便，稳定性好等特点。监控系统配置两台监测计算机，监控界面功能完全相同，进行双机热备，保障了系统的安全可靠的运行。
2> 系统硬件配置：
主机：奔腾PIII 500以上IBM PC 或兼容机
内存：最少128MB，推荐256MB
网卡：10/100M网卡一张
显示器： Windows系统支持的显示器，可显示16位以上，分辨率1024×768
鼠标：任何PC兼容鼠标
键盘：任何PC兼容键盘
通讯：RS-232C COM 口1个
并行口：用于插入组态王加密锁
四、系统功能
1、功能概述
本系统将所有测点数据(66个测点、分为56个压力量、16个水质量、6个原水量)在一个主画面上全部显示出来，并且能快捷的观察到各点数据、在线情况及进行相关操作。调度中心PC能驱动GPRS通信模块向测点下发配置信息、控制信息，及接收下位机上报的数据及告警信息，同时对采集的数据进行管理，具有查询、统计、报表等功能。
2、系统具体功能如下：
向RTU下发组态信息、控制命令；
RTU发送来的数据自动进入数据库、数据库具备一定的安全措施；
处理RTU的报警信息；
数据遥测功能：定时巡测、手动巡测、随机抽测、分组召测；
遥控功能：控制RTU开关量输出点的开、关状态、遥信开关状态；
参数状态管理功能：设置修改各测量数据上、下限值、量程、通讯参数（包括RTU端的站点号、IP地址等参数的设定）；
在线组态功能：新增RTU数据采集点等参数通过组态定义即可完成；
数据库管理功能：对测得的数据建库，对数据进行处理，查询历史数据，报表打印功能；
具有数据显示功能： 能显示测量的各种数据、遥信开关状态、各种系统图形等。
数据共享功能：在主机上运行组态王及WEB服务软件，使水务集团公司宽带内部网的工作站只通过WEB浏览器就可以登陆查看所有监控点的实时数据和存储的任意时间段的历史数据。通过用户身份认证授权方式控制该用户可访问那些监控点的数据。
3、典型功能详述
管网测点数据画面：本GPRS数据监控系统最主要的监控界面为“管网测点数据画面”，此画面中可以查看到所有管网测点数据的实时值，各测点GPRS信号在线情况，及含有手动采集、报表曲线、参数设置、各分类数据查看等功能。
如图3所示，该画面可以反映测定的实时数据，反映GPRS数据状态，并显示各数据是否发生越限报警，使工作人员一目了然，方便直观的掌握最及时的信息。另外，由画面可以跳转到详细数据监控画面，包括同安数据、杏林数据、集美数据、海沧数据，并对水质数据、流量数据、泵站数据进行分类监控，系统具有强大的报表功能作为数据分析的依据、以及报警自定义功能，方便可为客户提供定制服务，自定义报警上下限。
小区泵站数据监控画面：该画面包括泵站数据情况表以及各泵站的设备监控画面，如图4、图5所示。泵站数据情况表可以对各个泵站的数据实现数据一览的作用，并具有单条曲线或分组曲线显示数据的功能，这样可以方便的对数据进行监控和分析，另外通过画面的连接可以调出各个泵站的设备监控画面，即如图5所示，直观地对现场设备进行监控，画面美观形象，人机界面良好，能够清晰的反映出设备运行状况和报警信息，更方便工作人员的操作。
Web技术在系统中的应用：该监控系统除在调度中心两台可以直接操作监控的界面外，还向集团内部网络提供一个WEB网页访问功能，只要与调度中心的GPRS监控系统主机网络相连的计算机都能访问到，其实时数据视图如图6所示。在web页面中，提供了与调度中心同样的监控画面、提供显示实时管网及泵站监控数据及曲线功能，并且可以对管网及泵站监控数据任意时刻和任意时段的历史数据、历史曲线进行查询，具有用户权限管理功能。
五、结语
本系统采用组态软件结合GPRS构建供水调度监控系统系统，对于用户来说，由于通信费用较低，享受到了实惠。另外，由于接入设备可以移动，当管网监控点搬迁时设备可随之迁移并可继续使用，可以保护用户原有投资，适合于供水调度监控工作的特点，能很好地满足供水调监控的需求。对于组态王来说，可以实现用户对数据实时监控的目的，并且可以完成其他辅助功能，如强大的报表功能、数据曲线分析功能，都为供水管网系统提供了可靠的数据，大大提高了工作效率，保证供水质量，满足日益增产的用水量的需求。
综上所述，采用组态王软件结合GPRS网络的自来水供水管网GPRS远程测控系统具有显著的社会效益和经济效益，其先进性、实用性、扩充性、安全性、可靠性，使其必将在供水行业越来越广泛地推广应用，为供水行业的发展做出更大的贡献。
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