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城市智能化供水調度系統的研究和應用的論文
在供水企業的平時生產過程中,應該對供水生產的所有項經濟運行指標完成觀測,比如說原水質量和管網壓力以及出廠水的水質狀況等方面,其是供水生產安全運行的主要內容。城市供水作為城市公用設備的主要構成部分,其不僅關系到城市居民的日常生活與生產,還承擔著消防與綠化等多項供水任務。同時城市供水系統主要由給水水源和取水構筑物及原水管道等多項構成,具備集取與輸送原水及改善水質作用。另外,準確、及時掌握所有的運行參數及運行狀況,合理對水場站的工藝完成調整,進而保證水廠與管網連接安全、可靠運行。
1 供水調度系統特征
在城市供水監控調度系統中,所要監測的信號為各個監測點壓力和水位以及流量等,而監控的信號主要指各個加壓泵站中的閥門開閉狀態和泵開停狀態及變頻機組頻率。依據歷史數據,選擇預測與分析計算模型,然后形成優化調度方案,進而更為精確的發布調度指令,科學、及時調整所有水廠供水量。這樣就可以在確保合理水壓的基礎上,實現水能源的最大程度節約,實現降低城市供水成本目標。城市自來水的管網檢測以及調度系統特征,就是在城市區域內的供水管網中設置一定數量監測點,然后利用現場傳感器與就地監控裝置把監測點的相應信號進行收集整理,經過有線或是無線通訊途徑把數據定時輸送至監控中心,這時監控中心會對所有監測點的數據完成分析,針對城市管網的具體運行狀況完成科學、合理調度,從而確保城市供水管網系統穩定、安全及經濟運行。部分調度系統能夠發出指令,針對監測點的相應就地控制單元進行科學遙控,針對加壓泵相應開啟臺數或是變頻恒壓供水相應頻率范圍進行控制,合理、科學調配水資源的應用量。為了能夠全方面反應出管網中資源具體分布與變化,更為準確和及時的掌握城市供水具體狀況,應該在管網中建立合理的監測點,其也是供水調度系統的關鍵。從自來水管網方面而言,一定要依據地形與管網分布現實需求,針對主干道和流量相對較大的位置,各個供應位置的代表點和加壓泵站等,要合理選取適宜數量的監測點。
2 系統架構
2.1 系統硬件研究
SCADA系統可以完成供水生產所有范圍內的數據采集,也就是源水輸水系統和凈水系統及配水系統相關數據的全方面和及時與準確采集。其中源水輸水系統主要針對各個水源水量和水質等相關信息數據進行自動采集,而凈水系統一般針對各個凈水廠進水和沉淀劑過濾等多項工藝環節相關參數和水質及壓力等信息數據完成自動采集。另外,配水系統主要指針對各個加壓泵站和高位水池及管網監測點等信息數據實現自動采集。針對難以完成自動采集的信息數據,比如說各個水源水庫的水情等方面,可以利用手工進行采集。智能化系統會依據生產分析與報表的需求,在所有數據采集子系統中采集信息數據,然后存儲于實時數據庫當中。創建在實時數據庫中具備商業智能化生產信息管理平臺,主要負責從生產調度至生產分析及最后的報表與業務智能功能。另外,水源和凈水廠及管網等主要由各個子系統的前置數據設備,完成所有部分的供水數據采集。經過微軟中的Web服務技術,把生產管理需求的分析與報告信息及現場生產狀況畫面發布至基于瀏覽器的相關管理客戶。并且依據系統相關功能需求,要在中央控制室創建2臺工程師站。經過工程師站,客戶能夠對系統完成組態修改和管理以及擴展功能等相關工作。
2.2 系統軟件架構
系統整合各個生產單位信息,需要從層次上涵蓋現場級生產監控SCADA層和調度管理級別數據庫的應用層等。軟件系統的底層主要利用組態軟件與實時數據庫,該上部為信息集成與管理應用平臺。其而信息集成與管理應用平臺經過該應用服務,可以在生產管理和計劃調度以及指標計算發布等許多方面提供應用。而最上層的為信息門戶功能區,全部的信息可以在標準形式IE瀏覽器中進行展示,該集成所展示的信息包含下述幾個方面,源自SCADA的相關實時流程畫面,還有源自實時數據庫有關趨勢及報警信息,另外還有生產報告與績效儀表盤等。信息門戶可以集成上述全部的類型數據與信息,同時集成顯示于標準的IE瀏覽器里。除此之外,系統軟件的架構通常要以MES架構作為基礎,并且充分應用新微軟。NET技術與SOA架構,可是使系統功能在平臺化與開放性及技術先進性等許多方面滿足現場與日后功能有效擴展的要求。
3 底層數據接口技術
在底層控制PLC的網中采集信息數據應該設置接口卡,并且在數據采集子站和底層控制PLC網絡連接實現同通信。該方法存在許多缺點,因為需要購置許多種接口卡,同時各種卡相對較為昂貴,成本比較高,而在數據采集子站和底層的控制PLC網絡進行連接時,應該吧接口卡有效接入至現有網絡,從而就會在一定程度上加大網絡負荷。但是已有的凈水廠網絡負荷相對比較嚴重,該種方法對于已有的PLC網絡造成了嚴重的影響。經過對上述的兩個方法進行綜合比較,應該利用OPC接口的模式來完成凈水廠現場信息數據的有效采集。而在信息數據采集系統的結構中,主要利用中心機房和水廠的數據采集中心相應二級分布式的網絡結構。該種結構主要存在兩個方面的有點,一方面,相比較集中形式的數據采集與發布,采用分布形式的數據采集發布能夠有效防止數據出現過度集中。應用二級分布形式的網絡結構能夠有效降低系統網絡的負載,同時二級式的分布形式結構體系能夠有效對內網與外網進行隔離,在一定程度上提升系統的安全性與可靠性。另外一方面是分布式體系的機構把系統各種功能模塊有效分布于各個服務器中,降低系統單故障節點,促進系統的進一步擴展。
4 智能化供水調度模型分析
系統能夠實現和其他相關業務系統的綜合和集成。在應用SCADA技術的前提下,系統中的集成數據管理與管網水利計算以及優化調度等諸多方面功能,同時系統還完成了和地理信息系統與水利模型等相關系統數據與應用的協作,在一定程度上提升信息應用價值,對各個系統的應用功能進行擴展。而系統中供水生產數據相應分析平臺利用對象-關系數據庫當作系統數據倉庫,充分應用多維度的數據分析及數據挖掘管理城市相關供水生產信息。源自城市水源和凈水廠及管網相關實
時數據的慢慢積累,大量的生產數據會從許多測量展現出城市的具體供水調度狀況,能夠快速查找城市供水調度所存在的故障,對調度過程進行優化,進而為城市的提供更為健康、安全及穩定的供水。另外,系統還可以依據城市供水特性,針對海量城市的供水數據完成深入分析,從而提供供水調度相關決策支持。而用戶能夠充分應用SCADA系統和GIS系統及水利模型系統等及時掌握相應的實時數據,然后經過在線相應數據挖掘手段抽取與轉換和集成數據等,進而為調度決策提供更為全方面的現場環境。同時供水管網中的相應壓力與流量及加壓站中的流量與壓力間等都存在相關數學關系。把SCADA系統采集許多實時數據與歷史數據,有效轉換利用在供水系統的結構模型化的相關水利模型系統中,創建表達供水系統所有變量間存在的關系動態模型,也就是供水系統相應宏觀調度模型。該系統具備多種特點,首先是利用比以往統計方式更為有效和更為先進的信息數據挖掘手段,經過合理、科學配置數據維度及挖掘深度針對歷史數據完成充分整理,把數據轉換成信息,然后把信息變成知識,從而使宏觀模型的創建過程更為智能化與科學化及快捷化。其次是利用人工智能手段,在管網工作狀況系統信息數據出現一定變化時,實現智能分析與處理,在一定程度上強化宏觀模型相關自適應能力。
5 結語
城市的供水調度系統主要以供水生產的數據采集相應監控系統作為重要模式,但是供水生產數據采集并不齊全,難以對供水生產信息完成有效整理,對此應該開發和研制一套相對完善的智能化城市供水調度系統。城市智能化供水調度系統對底層的生產數據相關接口標準進行了統一,同時設置了智能化水利模型相關分析功能,從而使大量的供水生產數據可以為供水調度決策提供依據。而在智能化供水調度系統在應用過后,可以為供水調度決策提供更為合理、科學的依據,完成了城市的智能化供水目的。
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