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供排水系统自动化监控技术的研究与应用

编辑: 来源: 发布时间:2019-10-10 16:40:42

    摘 要: 通过对自动化控制技术和视频监控技术的研究,探讨了基于无线传输网络和光纤网络的供排水一体化解决方案。主要研究了水源井、供排水泵的远程数据采集和控制,以及现场其他动、静设备的压力、温度、液位的参数采集;同时对关键部位进行了视频监视。

    1 概述
    水源井和供水泵站之间距离远,位置分散, 给管理工作带来一定难度, 并且现场设备自动化管理水平不高,无法远程监测设备的运行情况。现场常规仪表检测设备在功能和使用上也存在不足,操作员基本采用现场开关、现场监测的方式来完成日常的工作,日常设备的运行记录采用人工手写的方式。日常的工作汇报采用电话的方式。这样就使现场的设备运行情况无法及时准确地反应到上层管理部门,存在很大人为干扰因素。在环境敏感部位 没有安装有毒有害气体检测设备,没有有毒有害物质自动排放设备 如加药间、化学品储藏间的空气内有毒有害物质检测和通风排放。 网络覆盖率低。敏感部位缺乏视频监控设备。

    2 系统的结构组成和原理
    以公用事业企业调度室为调度指挥中心,以江南供排水大队,江北供排水大队, 新村外输泵站、二龙山外输泵站为分监控中心。各排水泵站通过通信企业主干光纤网进行互连,水源井等偏远地区采用无线网桥通信方式互连。市内无法接入通信企业光纤网的泵站可采用GPRS 的方式互连。在现场安装各类监控仪表 (如物位计、 液位计、 报警器、继电器等)和视频摄像机。 现场设备运行状况和视频数据分别通过通信企业一体化设备箱内各类功能模块传输到通信企业主干网络, 实现在监控中心和调度中心查看数据的可能,在监控中心可实现机泵的远程操作。 在公用事业企业机房建立两套管理服务器系统和数据存储系统用于仪表监控数据和视频数据的存储和管理。在调度指挥中心部署 《吉林油田供排水调度指挥系统》, 在监控中心部署《吉林油田供排水监控系统》。实现对现场设备的实时监控、 故障报警、 远程操作、 历史数据查询、 自动生产报表等功能。

    2.1 系统总体结构
    吉林油田供排水监控系统由 5 部分组成: 即控制监测设备及仪表部分、 网络传输部分、 监控中心部分、 视频监控部分、 App部分。 如图 1 所示。

 

1.jpg

    2.2 监测设备及仪表
    前端压力、 液位、 液位、 报警等采集设备集中到设备箱内, 通过控制器和电源模块进行采集和控制。 如图2 所示。

 

2.jpg

    2.3 视频监控制系统
    利用红外一体网络摄像机对水源井室内、 室外、 供排水泵房及机泵配电室、 水池、 加药间等重点要害关键部位实施定点监控, 可以实现 24 小时监控。

    2.4 网络传输系统
    网络传输系统是仪表监控数据和视频信号传输的通道, 整体设计思路是干线通过光纤传送, 分支利用单纤光收发器和传输光缆到对端进行光纤传送。 组建一个基于 IP 架构的数据网络用于仪表监控数据和视频信号的传输及汇聚。 从总监控中心至各分监控中心直至泵站、水源井架设光缆, 如现场存在不具备光缆架设条件的,则通过无线方式实现, 架设网桥。 前端水源井和泵站的各仪表监控设备则通过设备箱内的有线模块和交换机相连, 交换机和光缆相连汇聚到监控中心。 如果现场不具备架设光缆条件则通过交换机和室外无线网桥相连, 通过网桥汇聚到监控中心, 对在市区内障碍物多无法使用网桥且无法连入光纤网的则采用 GPRS 的 方式, 利用服务器和移动数据中心连接, 实现通信。 为节省系统投资, 在建设过程中充分利用通信企业现有的光缆网络资源。

    2.5 监控中心
    在公用事业企业调度室设置调度指挥中心, 在江南供排水大队、 江北供排水大队、 二龙山外输泵站、 新村外输泵站设置 4 个分监控中心。调度指挥中心: 在公用事业企业的中心机房安装一套针对前端仪表管理服务器, 包括 Web 服务器和数据存储服务器, 将分监控中心的控制站采集的前端数据进行二次存储, 对历史数据进行保存, 同时也为 Web 程序提供现场数据, 使管理人员在调度指挥中心能够浏览到现场设备的运行情况。 主体设备由两台终端计算机和两部大屏幕显示器组成, 一台安装供排水调度指挥系统App, 将现场数据以 Web 的形式发布。 另一台负责所有采油厂被监控目标的监控和录像。 调度指挥中心直接从各水源井和泵站的视频流媒体服务器获取相应的图像信息, 从存储服务器上获得现场监测数据。 大屏幕显示器根据监控中心的空间情况进行设计, 大屏幕显示器可在两主机间切换。分监控中心:在各个分监控中心安装两台监控终端, 直接通过交换机同光纤网连接,一台安装组态App并安装供排水监控系统, 实现对现场前端仪表设备的监控,另一台做为视频监控客户端, 用于现场视频浏览,回放和存储。

    2.6 App系统
    分别在监控中心安装 《吉林油田供排水监控系统》App, 该App依托力控工业组态App。 App功能齐全,开放性强, 便于维护, 可根据现场情况组态数据。 调度指挥中心服务器上安装 《吉林油田供排水调度指挥系统》 App。 App以.NET 的 C# 编程语言为核心, 建立和SQL 数据库之间的数据交换机制, 采用当今流行的 B/S架构, 安全性强, 功能齐全, 以 Web 形式浏览。 不用二次安装客户端App, 可通过 IE 网络浏览器进行使用,可通过 Internet 实现数据的异地远程浏览, 并能够和手机建立短信联系, 把现场数据发送到管理人员手机上。 3 系统主要功能

    3.1 仪表监控
    采集水源井耗电量、出水管线出水压力、电流、电压、水源井地下水位、砂面、开泵时间、停泵时间、出水管线瞬时水量累计水量等。泵出口压力、泵站出水管线出水压力、泵站耗电量电流、电压、频率、水池水位、沉砂池水位、开泵时间、停泵时间、来水管线瞬时水量、累计水量、出水管线瞬时水量、累计水量。加药间有毒有害气体报警。

     3.2 视频监控
    (1) 在单台终端可以实时提供单画面、 4 画面、 9画面、 16 画面视频实时显示, 在每个画面都有监控场所名称、 日期和时间, 焦距可以远程控制, 可制定显示方案多画面轮询监视。
    (2) 在主监控中心利用大屏幕显示器和监控终端对所有监控点图像进行实时轮循监控。 任一画面都可以在电视墙和监控终端之间进行调整。
    (3) 定点监控和小区域监控具有夜视功能, 在无任何灯光条件下实现监视。
    (4) 图像录像, 对所有图像可进行现场录像, 支撑手动和自动录像。
    (5) 图像回放及检索可以根据情况, 按照指定时间段或监控目标进行图像检索和回放, 并且播 放速度可调, 且能进行定格进行画面抓拍。
    (6) 图像备份, 根据需求, 可以对某一时间段某一场所或所有图像进行光盘转储, 用于有价值的资料保存。
    (7) 图像丢失告警, 当由于某种原因视频信号丢失时, 中心控制室及分控中心将有报警系统自动产生告警。 便于维护管理。
    (8) 电子地图, 系统具有电子地图功能, 所有监控点都可以在电子地图上显示。 支撑多级电子 地图下的监控。
    (9) 用户管理, 对管理人员及监控人员提供分级用户管理, 不同级别用户拥有不同权限, 确保系统安全可靠运行。
    (10) 日志功能, 系统拥有日志功能, 对所有操作人员的操作进行记录, 便于管理和操作查询。

    3.3 监控中心
   (1) 远程监测所辖水源井的工作情况、 安防情况、远程控制所辖水源井水泵的启停。
   (2) 在线监测水厂内水泵等设备的工作情况, 控制水泵等设备的启停。
   (3) 在线监测水厂内水池水位; 进厂水液位; 出厂水液位和压力。
   (4) 在线监视水厂大门、 制水车间等重要部位图像。
   (5) 生成各种报表, 显示各种数据曲线。
   (6) 调度中心可监测整个供水管网的压力及液位;监测所有水源井、 水厂、 泵站设备的工作情况; 存储、查询所有监测及操作信息; 指挥科学用水。

    3.4 App功能
    支撑现场数据的实时采集和设备的远程启停止, 能够储存历史数据, 绘制运行曲线, 具有日志管理功能、报警功能、 故障诊断功能、 自动生成报表功能。

    4 生产单元具体实施方案
    4.1 监控中心
    建立铁塔两座用于安装网桥设备, 分别位于新村外输泵站监控中心和二龙山外输泵站监控中心。 每个监控中心安装客户端计算机两套, 作为仪表监控设备的操作站, 和视频监控设备的客户端。 安装一部二层交换机用于通信。

    4.2 调度指挥中心
    在公用事业企业调度中心机房安装两套服务器机柜,并安装管理服务器和数据存储服务器两部,分别用于仪表监控数据的存储和发布,和视频数据的存储和发布。安装KVM 一体化切换器两套,安装交换机两台。在调度中心安装客户端计算机两套, 大屏幕显示器两套分别用于仪表见监控数据的显示和现场视频的浏览。

    4.3 制定技术方案
    泵站每座水池安装超声波物位计,用于测量水池内液位。在泵站的总出口和总入口以及相应的支线管网安装超声波液位计。泵的出入口安装压力传感器。 对水泵各类运行参数进行采集。以上参数通过信号线连接到室内设备箱内的各类模块的接线端子上(如控制器、电源模块、通信模块等)。安装两部摄像机, 分别用于泵房内和泵房配电室内,信号也将连入设备箱内的视频服务器上。

     4.4 排水单元 (总排水站、各区排水站)
    排水系统: 是指污水的收集、 输送、 处理和利用,以及排放等设施以一定方式组合成的总体。 吉林油田排水系统只对生活污水和雨水进行栅栏筛选处理后, 排到地方污水处理厂进行处理。

    4.5 排水泵站技术方案
    泵站每座沉淀池安装防腐超声波物位计一部, 用于测量水池内液位。 安超声波液位计一部, 位于泵站的总入口。 室内安装一体化设备箱两部, 一部用来集成仪表监控设备的各类功能模块 (如控制器、 电源模块、 通信模块等), 引入水泵各类运行参数。 一部用来安装视频监控制设备 (视频服务器、 电源模块、 通信设备等)。安装两部摄像机, 分别位于泵房内和泵房配电室内。

    5 结语
    通过以上方案的实施:有效监测水池水位、泵的各项参数、排水液位等。 各水源井取水合理,输水系统运行平稳,供水系统动力充足,排水系统畅通, 饮用水质达标和外排污水水质达标。从而全面提升管理水平、保障民用水安全。
 

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