供水管网监测系统分析及探索
【摘要】随着科学技术的发展和生产力水平的提高，远程监控系统被越来越多的应用于各个领域。
本文介绍了供水管网远程监控的开发背景，阐述了监测系统的远程传输、管网监测系统功能和系统终端的安装与使用，分析了投入使用后能给企业带来的良好的经济效益与社会效益。
【关键词】管网供水系统监测；自动化；无线通讯；远程监测；终端
1.供水管网监测系统开发背景
随着全球水资源日益不足、供水生产成本日渐高涨以及能源紧缺不断加剧，世界各国都把供水管网的漏失问题作为一项重要的课题来研究，这已成为全世界供水科学技术的重要组成部分。
沈阳市城区供水管网总长度为5958公里，其中市街管网2884公里，小区内网3074公里。
沈阳是东北的老工业基地，有部分地区管线为上个世纪50年代铺设的，管线早已老化，部分居民小区供水内网存在使用淘汰管材、同沟铺设、管网年久失修等问题。
再加上当时管路铺设接口技术落后和道路荷载的变化等诸多因素导致爆管频繁、破损漏失日益严重，跑、冒、漏、滴现象严重。
虽然近几年水务集团逐步对年久的地下管网进行有计划的更新改造，但是每年供水管网漏失率仍然达到20%以上。
自来水漏失问题不仅严重浪费经过净化的优质水资源，也浪费了电能等重要能源，而且使管网水质通过漏失点受到外源污染，导致饮用水卫生安全隐患。
管网漏损检测与控制是一项系统工程，仅靠测漏仪器设备难以解决，因此必须运用系统工程方法，利用先进的理念和技术，先进的管理制度，全方位的开展城市供水管网系统监测控制。
2.管网系统监测控制
管网系统监测控制采用两级控制，一级为系统中心控制室，二级为各管网监测站点远程站点。
中心控制室负责监视、管理和控制等工作。
终端管网监测站点负责数据采集，数据包括管网测点压力、水流量等的实时数据，再通过无线传输的方式将信息传输到自来水公司的中心控制室。
调度中心工作人员可通过对传输回来的异常数据进行分析，便可以找出管网漏水的故障地点，再组织人力在最短的时间内修复管道漏水点，从而减少水量的流失，将管网爆管等故事消灭在萌芽状态，保证城市的正常供水。
在未来，也可以将各区分公司的控制中心的数据统一上传至上一级的水务集团，实现全市范围内的供水信息资源的全面共享，达到全市范围内全面供水系统的智能化管理的目标。
2.1 无线通信的实现。
管网监测系统采用GPRS方式通讯，通过公网专线组网，借助移动公司GPRS 网络平台传输数据，只要有GPRS信号的地方就可以进行无线传输，对于GPRS 信号不强的地方可以采用短消息方式通讯。
在中心控制室配置服务器，申请Internet网络上的固定IP，安装监测系统软件。
在各管网监测点安装监测终端，内部配置一张开通GPRS数据业务和SMS短消息业务功能的SIM卡，通过无线网络将各监测点的监测数据传输至中心控制室，并通过系统软件显示出来，实现供水管网的远程监测。
2.2 控制中心的软件。
中心控制室的设计开发主要集中在应用软件上，一般是基于Windows和Unix等常用操作系统的。
就软件的实现形式而言，一般除了界面模块外，其余各个功能模块均可设计成动态连接库文件。
人机接口界面模块可以根据该无线远程监控系统的实际应用需求进行定制，以满足工作人员在界面美观、操作方便等方面的特殊要求。
采用C/C++语言在VC++开发环境下设计这样的系统软件涉及到的技术较多，包括内存管理、网络通信、多线程管理和数据库编程，甚至ActiveX 等。
3.监测系统功能
系统建成后，可实现下列功能：一是工作人员可以在调度中心远程监测整个供水管网的压力及流量等数据情况，为供水调度工作提供数据依据，保障供水稳定，减少地下管网漏失。
具体功能如下所述：
3.1 实时监视。
调度中心的工作人员可以通过中心控制室的管网监控系统对主管网设备的运行状态进行实时监视。
所有要监视的内容包括当前采集管网压力、流量、流向、水质等数据的运行及停运情况，并对各数据参数进行实时显示。
3.2 故障报警显示功能。
计算机监控系统定时扫描检查各故障状态信号，一旦发生状态变化将在屏幕上及时显示出来，同时记录故障及其发生时间，并用语音报警。
3.3 事故追忆及相关量记录。
在供水管网发生事故时，由各现场控制单元采集继电保护、自动装置及各设备的状态量传送到控制中心，完成数据的采集与传输。
每个事件应能记录事故发生前后一定时间内重要实时参数的变化情况。
追忆量包括管线电流、电压，水质、电压，温度、供水压力等。
事故追忆由自动控制系统完成，计算机将这些追忆数据保存与磁盘中变成历史数据，运行人员可以召唤、显示或打印这些数据。
4.供水监测终端组成
供水设备维护人员通过简单的培训就可以安装、设置、维护微功耗测控终端。
监测终端采用三种设置方式：现场按键设置、现场计算机设置、中心控制室远程设置。
普通设备维护人员可以使用终端按键设置或修改测点编号、采集时间间隔、发送时间间隔、压力变送器量程、水表流量等参数。
供水管网的监测终端主要由四部分组成：测控单元、通信单元、显示与操作单元、电源单元。
4.1 测控单元是终端设备的核心，负责采集现场压力变送器的电流或电压信号、采集流量仪表的脉冲信号或数字信号、采集水质监测设备的模拟信号或数字信号，提供继电器信号输出，为现场变送器等设备提供直流供电电源，控制通信单元和供电单元。
4.2 通信单元主要负责现场与调度中心之间的通信。
采用GPRS无线通信方式，兼容短信通信方式。
工作模式分三种：普通模式、待机模式、休眠模式，不同供电模式选用不同的工作模式。
4.3 显示与操作单元，主要负责现场监测数据及现场参数的显示，使用按键操作可查询监测数据和设置参数，采用中文液晶显示和防水磁感应按键。
4.4 供电单元主要为终端设备提供工作电源，支持三种供电模式：市电供电、太阳能供电、电池组供电。
不同的现场环境选用不同的供电模式。
5.系统的经济效益与社会效益
供水企业担负着保障城市生活、生产用水和其他各项建设用水供水工作，树立“供水胜于救火，责任重于泰山”的服务理念。
管网监测系统的应用可以实时控制管网信息，及时发现漏失，最小化爆管事故的损失，保证城市供水工作的良好运行具有十分重要的意义。
5.1 创建“节约型社会”的需要。
水是世界上最宝贵的资源，因此，作为供水企业，管网监测系统可以实现主动智能检测工作，尤其是针对地下暗漏，不仅是为了降低管网漏失率衡量企业管理水平的需要，而且应把此项工作看成是节约水资源、推进经济的可持续发展、创建“节约型社会”的需要。
5.2 提高企业社会效益的需要。
城市供水是社会公用事业，供水企业的服务质量不仅是衡量企业管理水平的一个标志，一定程度上也代表着党和政府在群众中的形象。
随着社会的发展和城市居民维权意识的提高，用户对供水企业的要求越来越高，由于供水管网漏水造成的水质、水压、水量、供水的连续性和安全性等问题成为市民投诉的热点。
同时，管网漏水也给环境带来了一定的影响。
如：路面塌陷，影响交通安全；长期漏水造成建筑物出现质量问题，干扰市民的正常生产和生活，往往也被政府和新闻媒体所关注。
供水企业如果处理不好，会对企业产生严重的负面影响。
因此，
供水管网漏水点的及早发现、准确定位、快速抢修、迅速恢复供水也为企业创造了良好的社会效益。
5.3 提高企业经济效益的需要。
地下管网漏水由于不易发现，潜伏时间长，使宝贵的成品水白白流失，是造成供水企业产销差率增加的主要原因，给供水企业带来较大的经济损失。
与传统的投资大量资金进行老化管网改造相比，管网监测系统可以加强管网智能查找到管网暗漏点，及时修复，具有投资少、见效快、效益明显等优点。
对快速降低管网漏失，降低企业的产销差率起到积极的作用，同时也提高供水效率和企业的经济效益。
目前，我国管网漏失的控制与发达国家相比还有相当大的差距。
普遍存在着投入资金偏低、检漏技术人员较少、专业技术素质差、对先进设备的使用方法理解不深、激励机制不活等，这些因素影响了管网智能化系统工作的进一步开展。
由此可见，我国供水管网漏失控制工作任重道远，要达到发达国家内漏控目标还有相当长的一段路要走。
因此，管网监测系统的监控和数据采集功能，取代了传统烦琐的人工管网巡线工作，克服了管网地下暗漏时间长不易发现的不利影响，充分发挥了供水设施的作用，以取得较好的社会效益和经济效。
对国内供水企业来说，加强漏水检测工作，降低管网漏失，合理控制管网漏失，可极大地提高有效供水能力，提高企业的社会效益和经济效益。
再结合水厂的智能监测系统、二次加压智能监测系统，最终实现整个供水系统的优化调度，即：充分合理地调配利用水资源，调配原水泵站、清水泵站的流量和压力；充分合理地分配不同区域的供水量，保证用户对水量、水压、水质的要求，保证供水系统安全可靠运行。
参考文献
[1]黄良沛.城市供水系统的优化调度与智能控制研究[D].中南大学，2005.
[2]郭泽辰.基于GPRS的远程自动水文监测网络[J].电力系统通信，2004.
[3]王志平，胡战虎，李华.供水管网监控系统的设计与实现[J].工业控制计算机，2011.
[4]戴雄奇.供水管网重大漏损事故模拟、定位与控制技术[D].天津大学，2010.。
