一、引言

與國外一些城市相比，我國的城市普遍處在日新月異的發(fā)展階段，工業(yè)生產(chǎn)、城市規(guī)劃、生活設(shè)施每天都在發(fā)生著變化。各類用水需求、與供水相關(guān)的邊界因素也隨之快速變化，傳統(tǒng)的泵站間相互獨立的管理模式已無法滿足日益復(fù)雜的供水要求，迫切需要建立水系或城市的集控中心，實現(xiàn)統(tǒng)一供水管理。

如果說大型供水泵站是供水系統(tǒng)的心臟，那么集控中心就是供水系統(tǒng)的大腦。集控中心側(cè)重的是整個水系的供水調(diào)度，同時還將優(yōu)化調(diào)度，降低資源及成本浪費等問題考慮在內(nèi)，它的目標(biāo)是“安全供水、節(jié)能降耗”。

二、系統(tǒng)需求

-建立隨需而變的數(shù)據(jù)平臺

原水供水系統(tǒng)在實施過程中的特點是階段性強，集控中心需要待各泵站陸續(xù)實施完以后陸續(xù)將其數(shù)據(jù)納入。集控中心的建設(shè)過程中如果忽略這一點，將使得在納入新建成泵站數(shù)據(jù)的時候影響原有泵站正常的數(shù)據(jù)傳輸與匯總，影響集控中心調(diào)度的。因此，在構(gòu)建數(shù)據(jù)平臺的初期就應(yīng)考慮到其隨需而變的要求。

-制定準(zhǔn)確合理的供水計劃

過去的供水計劃主要是工作人員根據(jù)預(yù)計的用水量進行推算并制定的。由于這項工作是人為完成的，更容易受到個人經(jīng)驗、情緒的影響，另外也沒有將供水設(shè)施供水能力變化考慮在內(nèi)，因此越來越不適用于當(dāng)前的供水現(xiàn)狀。為了充分發(fā)揮供水計劃的指導(dǎo)作用，計劃應(yīng)到小時，在制定時需結(jié)合用水需求、供水設(shè)施供水能力、過去的供水經(jīng)驗并兼容特殊情況。

-實現(xiàn)供水優(yōu)化調(diào)度

目前的原水調(diào)度偏重于對水源地取水、對各泵站水廠的輸水，以滿足全市對水資源的需求。在優(yōu)化調(diào)度、減少成本方面考慮較少，雖然滿足了用水需要但也造成了資源及成本的浪費。因此，原水集控中心的調(diào)度系統(tǒng)需要引入優(yōu)化算法，在安全、保質(zhì)供水前提下，盡可能的降低能耗及成本浪費。

三、系統(tǒng)解決要點

-與各泵站進行數(shù)據(jù)交互，匯總各種有價值數(shù)據(jù)，下達調(diào)度指令。

-對通訊鏈路進行診斷，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)異常時實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存與斷點續(xù)傳的功能。

-對大量高密度的過程數(shù)據(jù)進行的存儲，為調(diào)度提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

-對數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)冗余，確保數(shù)據(jù)安全。

-制定小時級的泵站供水計劃及水泵機組開停計劃。

-提供經(jīng)驗庫，方便管理人員借鑒過去的供水經(jīng)驗。

-建立以實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的實時原水模型，實現(xiàn)供水設(shè)施能力檢測，供水泄漏、爆管等多種預(yù)警。

-結(jié)合各時段電價，實現(xiàn)優(yōu)化排程，降低能耗，節(jié)約成本。

-與各泵站的監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場控制系統(tǒng)間劃分明確的控制優(yōu)先級，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

-提供多種開放性接口，便于其它第三方系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)，進行相關(guān)分析。

-在Internet網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)中將實時、歷史、報警等數(shù)據(jù)以集成的方式進行發(fā)布，使用戶可在IE中實現(xiàn)瀏覽。

四、系統(tǒng)方案

1.系統(tǒng)配置

圖1  系統(tǒng)配置圖

2.應(yīng)用軟件部署
圖2  軟件部署結(jié)構(gòu)

圖3 原水調(diào)度系統(tǒng)的組成

-實時原水模型

實時原水模型包括各個物理設(shè)備靜態(tài)信息（如原水信息、水泵等）和動態(tài)信息（如設(shè)備供水能力等），對原水供水系統(tǒng)中的各種設(shè)備進行建模和維護，通過排程求解，zui終輸出各種輸水任務(wù)的可選路徑、各種路徑可選的設(shè)備、可行的供水計劃以及操作步驟等。

-調(diào)度計劃系統(tǒng)

調(diào)度計劃系統(tǒng)主要負責(zé)制定供水計劃，在輸出供水計劃之前，還將觸發(fā)供水設(shè)施供水能力的檢測、觸發(fā)經(jīng)驗庫提供提供過去任意一天的供水計劃、水文、節(jié)日、重大事件信息、觸發(fā)集控中心與用水單位之間的交互。

-調(diào)度排程系統(tǒng)

調(diào)度排程系統(tǒng)主要負責(zé)通過排程計算組合出切實可行的具體的調(diào)度計劃。排出各個泵站分時段分方向的供水量以及泵組組合方式和啟停時間。

-調(diào)度追蹤系統(tǒng)

調(diào)度追蹤系統(tǒng)的目的是使供水企業(yè)充分了解目前的供水情況，如供水計劃是否達成、供水的質(zhì)量如何、資源消耗如何，以便及時調(diào)整規(guī)劃。所以說調(diào)度追蹤系統(tǒng)zui終的目標(biāo)其實是確保供水計劃的有效執(zhí)行。

-調(diào)度計量系統(tǒng)

調(diào)度計量系統(tǒng)是對一定周期內(nèi)的供水進行計量以便供水企業(yè)進行統(tǒng)計的系統(tǒng)。調(diào)度計量系統(tǒng)的zui終目標(biāo)是增強供水單位對較長時間范圍內(nèi)供水情況的了解，明確水的去向，也為日后的結(jié)算提供依據(jù)。

3.方案特點

-可充分了解供水情況

制定出切實可行的供水計劃的前提是對供水情況充分了解。供水計劃需要在當(dāng)前狀態(tài)下發(fā)揮作用，換句話說如果不能充分了解當(dāng)前的供水情況將會造成供水計劃的不準(zhǔn)確，從而影響供水效果。原水調(diào)度系統(tǒng)可在1分鐘之內(nèi)顯示供水計劃的達成情況。

圖4 所有泵站計劃達成縱向進度

圖5 各泵站計劃達成橫向進度

-制定小時級的供水計劃

一天中的不同時間段，需水量是不同的，用水單位希望實現(xiàn)的是“平衡供水”，簡單的說就是供水不能時大時小，這就要求供水計劃必須細致周到。本方案中的原水調(diào)度系統(tǒng)制定的供水計劃可到小時（推薦以2個小時為單位），當(dāng)計劃需要變更的時候，可以在原有計劃的基礎(chǔ)上，靈活的對未執(zhí)行的部分進行調(diào)整。供水計劃不僅包括泵站的供水量計劃，還包括水泵機組開停計劃，提高水泵機組利用率、避免水泵機組不必要使用。

-檢測供水設(shè)施的供水能力

供水設(shè)施如泵站、水泵機組、供水管道等，隨著投入使用的時間不斷增長，其供水能力也在悄然的發(fā)生變化，當(dāng)供水計劃被制定出來后，由不同能力的供水設(shè)施來執(zhí)行，往往會有不同的執(zhí)行效果，有時甚至?xí)绊懙接媱潏?zhí)行的成敗，因此，集控中心原水調(diào)度系統(tǒng)在確定供水計劃時會對供水設(shè)施進行供水能力監(jiān)測，以確保供水計劃是建立在實際供水能力之上的。

圖6 供水設(shè)施供水能力

-為調(diào)度人員提供經(jīng)驗庫

集控中心的原水調(diào)度系統(tǒng)為調(diào)度人員提供了一個經(jīng)驗庫，包括過去任意一天的供水計劃、實際供水情況以及氣候、水文、重大事件等信息。經(jīng)驗庫的zui終目標(biāo)是給調(diào)度人員提供過去的供水經(jīng)驗，幫助其zui終確定準(zhǔn)確的供水計劃及應(yīng)急措施。

圖7 經(jīng)驗庫信息

-兼顧特殊情況

在供水過程中經(jīng)常會有無法提前預(yù)見的特殊情況影響供水，集控中心會與各下游泵站或受水廠之間增加互動，各下游泵站或受水廠能看到供水計劃計劃，并可及時向集控中心給出反饋意見。集控中心收到反饋信息之后，可分析該新需求是否能夠?qū)崿F(xiàn)，如果實現(xiàn)將給其他泵站或受水廠帶來多少影響等等，zui后及時變更供水計劃，真正實現(xiàn)“按需供水”。

圖8互動示意圖

-突發(fā)事故時的計劃變更

無論是何種突發(fā)事故造成的供水計劃變更，系統(tǒng)首先需要做的是評估原來的供水計劃將會受到多少影響。在確定計劃需要變更后，并不是*重新制定計劃，而是對計劃進行調(diào)整。由于供水計劃到小時，這也為計劃調(diào)整提供了保證。

圖9 供水計劃影響情況

-提供各類預(yù)警

建立水泄漏預(yù)警模型、爆管預(yù)警模型，以測點能夠測量到的實時數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析水泄漏、爆管趨勢，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有泄露或爆管的趨勢，立即發(fā)出預(yù)警，防患于未然，減少水資源的消耗。

圖10管道供水示意圖

圖11 管道漏損率趨勢圖

-密切結(jié)合電價

一天中的不同時段電價是不同的，原水調(diào)度系統(tǒng)結(jié)合電價進行優(yōu)化排程，優(yōu)化排程的原理是將泵站的整個輸水過程分成與成本成線性關(guān)系的若干段，在每一段中，供水量與成本都成正比，目標(biāo)是各個時段成本消耗總和zui小。

圖12 不同時段的電價

-實現(xiàn)供水追蹤與計量

原水調(diào)度系統(tǒng)為調(diào)度人員提供供水追蹤與供水計量的功能，供水追蹤的目標(biāo)是對供水水量、供水水質(zhì)、供水損耗以及成本進行追蹤，確保每天的供水的順利執(zhí)行。供水計量更傾向于分析原水去向，使用戶對供水情況一目了然，另一方面，供水企業(yè)也會涉及到結(jié)算等等問題，供水計量是其必然的選擇。

五、案例

-青草沙集控中心