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、城市規(guī)劃、生活設施每天都在發(fā)生著變化。各類用水需求、與供水相關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。集控中心側重的是整個水系的供水調度，同時還將優(yōu)化調度，降低資源及成本浪費等問題考慮在內，它的目標是“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，影響集控中心調度的精準。因此，在構建數(shù)據(jù)平臺的初期就應考慮到其隨需而變的要求。

-制定準確合理的供水計劃

      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，更容易受到個人經驗、情緒的影響，另外也沒有將供水設施供水能力變化考慮在內，因此越來越不適用于當前的供水現(xiàn)狀。為了充分發(fā)揮供水計劃的指導作用，計劃應精確到小時，在制定時需結合用水需求、供水設施供水能力、過去的供水經驗并兼容特殊情況。

-實現(xiàn)供水優(yōu)化調度

      目前的原水調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，原水集控中心的調度系統(tǒng)需要引入優(yōu)化算法，在安全、保質供水前提下，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)，下達調度指令。

-對通訊鏈路進行診斷，當網絡異常時實現(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)進行高效的存儲，為調度提供數(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。

-提供經驗庫，方便管理人員借鑒過去的供水經驗。

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

-結合各時段電價，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)調用數(shù)據(jù)，進行相關分析。

-在Internet網絡或局域網中將實時、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.應用軟件部署
圖2  軟件部署結構

圖3 原水調度系統(tǒng)的組成

-實時原水模型

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

-調度計劃系統(tǒng)

      調度計劃系統(tǒng)主要負責制定供水計劃，在輸出供水計劃之前，還將觸發(fā)供水設施供水能力的檢測、觸發(fā)經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。

-調度排程系統(tǒng)

      調度排程系統(tǒng)主要負責通過排程計算組合出切實可行的具體的調度計劃。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。

-調度追蹤系統(tǒng)

      調度追蹤系統(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、供水的質量如何、資源消耗如何，以便及時調整規(guī)劃。所以說調度追蹤系統(tǒng)最終的目標其實是確保供水計劃的有效執(zhí)行。

-調度計量系統(tǒng)

      調度計量系統(tǒng)是對一定周期內的供水進行精確計量以便供水企業(yè)進行統(tǒng)計的系統(tǒng)。調度計量系統(tǒng)的最終目標是增強供水單位對較長時間范圍內供水情況的了解，明確水的去向，也為日后的結算提供依據(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。供水計劃需要在當前狀態(tài)下發(fā)揮作用，換句話說如果不能充分了解當前的供水情況將會造成供水計劃的不準確，從而影響供水效果。原水調度系統(tǒng)可在1分鐘之內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。本方案中的原水調度系統(tǒng)制定的供水計劃可精確到小時（推薦以2個小時為單位），當計劃需要變更的時候，可以在原有計劃的基礎上，靈活的對未執(zhí)行的部分進行調整。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。

-檢測供水設施的供水能力

      供水設施如泵站、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，當供水計劃被制定出來后，由不同能力的供水設施來執(zhí)行，往往會有不同的執(zhí)行效果，有時甚至會影響到計劃執(zhí)行的成敗，因此，集控中心原水調度系統(tǒng)在確定供水計劃時會對供水設施進行供水能力監(jiān)測，以確保供水計劃是建立在實際供水能力之上的。

圖6 供水設施供水能力

-為調度人員提供經驗庫

      集控中心的原水調度系統(tǒng)為調度人員提供了一個經驗庫，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。經驗庫的最終目標是給調度人員提供過去的供水經驗，幫助其最終確定準確的供水計劃及應急措施。

圖7 經驗庫信息

-兼顧特殊情況

      在供水過程中經常會有無法提前預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實現(xiàn)，如果實現(xiàn)將給其他泵站或受水廠帶來多少影響等等，最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，并不是完全重新制定計劃，而是對計劃進行調整。由于供水計劃精確到小時，這也為計劃調整提供了保證。

圖9 供水計劃影響情況

-提供各類預警

      建立水泄漏預警模型、爆管預警模型，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，當發(fā)現(xiàn)有泄露或爆管的趨勢，立即發(fā)出預警，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

-密切結合電價

       一天中的不同時段電價是不同的，原水調度系統(tǒng)結合電價進行優(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系的若干段，在每一段中，供水量與成本都成正比，目標是各個時段成本消耗總和最小。

圖12 不同時段的電價

-實現(xiàn)供水追蹤與計量

      原水調度系統(tǒng)為調度人員提供供水追蹤與供水計量的功能，供水追蹤的目標是對供水水量、供水水質、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