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二次供水智慧泵房和云平台的工作原理
发布时间:2018-11-04 09:32    分享到:

随着城市现代化建设步伐的加快,高层建筑越来越多,城市对水量的需求不断增大,对供水能力的要求越来越高。针对城市的分区分压供水,二次供水设施较多。城市的二次供水设施大部分由物业公司负责管理,其余部分由居委会、产权单位或房地产开发公司等负责管理。部分二次供水设施由于管理单位专业水平较低,管理效率低下,管理成本较高,个别二次供水设施甚至无人管理,直接影响居民正常用水和安全用水。


我国目前有几十万的大小泵站在运行,广泛的应用在供水、供热、洗浴等行业。当前二次供水分散管理模式已难以满足居民对二次供水管理、水质水压、服务质量的要求,已不能适应当前高速发展的社会经济形势需要。因此,为进一步提高城市供水水质,改善居民生活质量,对管理不到位、不能保证居民正常用水的陈旧老化二次供水设施进行彻底改造,对居民二次供水设施实行统一管理,确保二次供水设施安全可靠运行,已显得尤为重要。


系统概述及组成
1、 设计原则
鉴于当今信息化的迅猛发展,建议对该项目采取“统筹考虑、全局规划、分步实施”的形式,稳步实现该项目的规划目标。设计的基本原则为:

(1) 合理性:
采用运行安全可靠、经济合理的工艺流程。

(2) 节约性:
积极稳妥地采用先进技术和设备,合理利用资金,提高自动化程度和管理水平。

(3)易用性:
通过优化界面的配置过程,充分考虑人机交互性,产品简单易用,适合更层面人员的操作使用。

(4)可靠性:
采用国内稳定的组态软件,采用主流的操作系统、数据库及网络架构模式,充分发挥组态软件的稳定性能。

(5) 安全性:
从软硬件二个层面实现对安全性的控制;
① 在与公共网的接入界面上,采用专用防火墙系统,防止非法用户的恶意入侵,提供系统总体闭环检测及网管方案。
 系统将提供运营管理监视功能,当系统中关键模块出现工作异常,监视软件都能够及时提示系统维护人员,指明故障原因,及时排除隐患。
 在网络断开阶段缓存在本地的数据是可信赖的。

(6) 扩展性:
 在系统方案中按照系统分析、统筹规划的观点对系统终期容量及网络发展设想进行方案设计,中心系统采用叠加式模块升级方式,逐步实现平滑扩容;
② 采用三层体系结构设计思想,通讯层、业务层、应用层相互独立,降低系统维护升级的复杂程度,提高系统的更新、维护和升级的效率;
 软件系统使用先进的网络开发平台,结合模块化和结构化的设计思想,既考虑到当前使用的易用性,更具有适当的超前性。
 

2、 系统概述
整体系统可分为集中运管平台和个性化站点维护平台两部分。个性化站点维护平台分散于各个辖区或压力采集点; 集中运管平台统揽全局,其主要对各站点采集的数据进行集中、处理、规划、分析等。

该系统主要包括三个层次:监控中心、网络层、二次泵站监控层。由数据服务器、上位机等计算机构成,和现场的供水设备或管网压力采集设备进行实时数据交换。初步拟定集中运管平台局域网、个性化站点维护平台与二次供水泵房或管网测压点之间通过GPRS无线网络构成广域网。


3、 系统组成
3.1 系统架构
系统功能模块图如下:


 

系统整体功能模块图


 

 

整体系统内容结构图


整体网络拓扑结构图
系统通过工业以太网、GPRS 网络实现了对整个取水、制水、供水过程中控制设备集中管理,统一调度控制,提高了现有设备的利用效率,减轻了操作人员的劳动强度。同时系统还通过视频监控模块实时监控厂区、泵站的安全状况保障了制水、供水安全。
系统的设计是基于 GPRS 数据传输技术和网络技术之上的,软件开发采用 B/S 和 C/S 两种结构相结合的方式设计:
1)数据汇集处理和前端控制程序等应用系统采用 C/S 体系结构。
2)监控调度人员使用客户端软件访问系统完成所有操作,采用 C/S 体系结构。其他非监控类人员使用浏览器访问系统完成所有操作,采用 B/S 体系结构。

C/S 与 B/S 系统结构模式介绍:
软件开发采用目前比较流行和成熟的应用集成体系结构模式主要有客户/服务器(Client/Server,简称 C/S)两层体系结构模式以及浏览器/服务器(Browser/Server,简称 B/S)三层体系结构模式。

B/S 结构具有良好的扩充性,对客户端没有任何特殊要求,对用户数也没有限制,只需支持网络并具有浏览器功能即可。B/S 模式只在服务器安装应用程序,客户端不须安装程序,直接使用 IE 或其他浏览器即可使用,修改应用程序只与服务器有关,客户端不作任何改动,操作简单,维护方便。

C/S 结构具有较强的互动性,特别有利于系统的维护和复杂功能的实现,可以对信息进行各种操作,在高速网络环境下可以满足不同用户的需要。
 

3.2 系统组成
该系统充分利用了移动网络和互联网系统的优势,将现场设备的运行情况通过网络实时传输到管理平台。实现了数据的实时交互,确保现场设备安全稳定的运行。
中央总控制室为系统数据展示、数据处理和数据分析等,由数据服务器、WEB服务器、操作终端、上位机、交换机、UPS、防火墙等一系列硬件以及组态软件、数据集中处理、视频处理、权限管理、可视化展示、动态交互展示等一系列配套软件组成。
供水设备终端站点主要由压力、温度、流量、水质等数据采集器、传感器、变送器、视频系统、远程控制模块、门禁系统、防雷装置等组成。
 

3.2 可视化展示
3.2.1 供水设备分布图
地图图表展示供水设备分布情况,区域性颜色展示设备数目情况,城市地图展示各管辖区域供水设备位置及分布情况,同时颜色展示各设备状态情况,如运行、停止、故障、离线。
 

全国城市设备数目分布
3.2.2 设备基本信息图表

图表展示设备基本信息,以示意图形式展示设备信息,并在图上标注设备各基本参数。

 

设备示意图展示
3.2.3 设备运行信息图表

可视化展示设备的运行信息,例如:无水故障、变频故障、软件超压保护、出口电接点超压保护、相序保护、手动超压保护、手动变频、报警确认、门禁信号、积水坑液位开关、漏水监测开关、进线三相电压、进线三相电流、进线有功电量(如采用电量变送器)、变频器工作频率、出水累计流量、出水瞬时流量、1#泵空开跳闸、1#热继过载、1#泵投入/脱机(随泵台数的增加而增加)、各台水泵的状态(脱机/投入、变频、工频、停止、故障),设定压力,供水压力及其波动曲线,水箱的液位,电动阀的状态(开阀、关阀),设置参数(定时轮换、定点轮换、轮换时间、水泵机组所用参数设定),水质在线监测参数如PH值、电导率、温度、溶解氧、浊度、余氯等。
 

对实时数据采用分类统计展示效果:

a. 实时数据分类型监控:
可选择显示一类或多种类型的监测数据,如可以选择显示压力数据,也可选择既显示压力数据又显示流量数据,或选择显示所有监测值,每种不同的监测类型都有相应的配置界面,可配置显示顺序、显示的点和不显示的点。

b. 实时数据分区域监控:
按通信服务程序中的区域配置,可选择显示某个区域,或全部区域的监测数据,区域选择与按类型选择可同时使用,即可以选择显示某个区域某种类型的监测数据,也可以显示某个区域全部类型的监测数据。


3.2.4 设备维修信息图表
对所有设备的维修、保养情况进行记录记录与统计。通过图表展示维保次数等信息。


设备历史维护情况统计图
3.2.5 设备数据历史曲线图表
对设备所有历史数据整合展示,通过图表,直观展示信息,并可结合相应算法,对数据进行预测分析。


各水泵使用年限及预测
(1)历史监测曲线:设定任一时间段及某一监测数据(或多个监测数据),配置数据选取间隔,形成一条或多条历史监测曲线。
(2)实时监测曲线:显示当天为止选定的在线监测曲线。
(3)以上曲线可设置颜色,以便多条曲线共同显示时进行区分,曲线可支持缩小、放大、移动等操作,鼠标移至曲线上时显示监测值。

3.3 高性能数据算法分析
通过结合算法,如神经网络、聚类、分类、支持向量机等,对数据做分析研究,并提出相应的优化方案。处理内容包括但不局限于:
 设备能耗分析
● 设备启停时间及启停次数数据分析
 流量数据分析
● 管道压力数据分析
● 使用寿命数据分析
● 故障次数、时间、原因分析
● 水质数据分析
● 人员出入情况分析
● 实地环境数据分析

例如:采用采用预测模型和算法,实现泵站数据的有效跟踪,并在此基础上,提出基于历史数据分析的城市区域泵设备维护使用预测管理调度策略。

采用数据挖掘方法,通过对泵站设备历史数据综合分析,设计一种决策模型,通过形式化方法进行验证,从而有效的预测不同区域泵站设备的使用寿命及维护时间。

基于最短路径算法,研究泵站流量、功率等,针对泵站设备独有硬件特点,提出水泵站的能量分析模型,分析模型中各参数和各种效率之间的关系,针对不同场景提出不同功率设备选用方案(如大小泵混合输出),同时针对泵站中几个变频调速的关键技术进行分析比较,为老水泵站的节能改造以及新泵站的优化提供方法。

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