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(dú)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(shí)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(gè)水系的供水調(diào)度，同時(shí)還將優(yōu)化調(diào)度，降低資源及成本浪費(fèi)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(tái)

      原水供水系統(tǒng)在實(shí)施過程中的特點(diǎn)是階段性強(qiáng)，集控中心需要待各泵站陸續(xù)實(shí)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(diǎn)，將使得在納入新建成泵站數(shù)據(jù)的時(shí)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)度的精準(zhǔn)。因此，在構(gòu)建數(shù)據(jù)平臺(tái)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(jì)劃

      過去的供水計(jì)劃主要是工作人員根據(jù)預(yù)計(jì)的用水量進(jìn)行推算并制定的。由于這項(xiàng)工作是人為完成的，更容易受到個(gè)人經(jīng)驗(yàn)、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(jì)劃的指導(dǎo)作用，計(jì)劃應(yīng)精確到小時(shí)，在制定時(shí)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(yàn)并兼容特殊情況。

-實(shí)現(xiàn)供水優(yōu)化調(diào)度

      目前的原水調(diào)度偏重于對(duì)水源地取水、對(duì)各泵站水廠的輸水，以滿足全市對(duì)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(fèi)。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(fèi)。

三、系統(tǒng)解決要點(diǎn)

-與各泵站進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，匯總各種有價(jià)值數(shù)據(jù)，下達(dá)調(diào)度指令。

-對(duì)通訊鏈路進(jìn)行診斷，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存與斷點(diǎn)續(xù)傳的功能。

-對(duì)大量高密度的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的存儲(chǔ)，為調(diào)度提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

-對(duì)數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)冗余，確保數(shù)據(jù)安全。

-制定小時(shí)級(jí)的泵站供水計(jì)劃及水泵機(jī)組開停計(jì)劃。

-提供經(jīng)驗(yàn)庫，方便管理人員借鑒過去的供水經(jīng)驗(yàn)。

-建立以實(shí)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)原水模型，實(shí)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(shí)段電價(jià)，實(shí)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(jí)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)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(jìn)行相關(guān)分析。

-在Internet網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)中將實(shí)時(shí)、歷史、報(bào)警等數(shù)據(jù)以集成的方式進(jìn)行發(fā)布，使用戶可在IE中實(shí)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(shí)時(shí)原水模型

      實(shí)時(shí)原水模型包括各個(gè)物理設(shè)備靜態(tài)信息（如原水信息、水泵等）和動(dòng)態(tài)信息（如設(shè)備供水能力等），對(duì)原水供水系統(tǒng)中的各種設(shè)備進(jìn)行建模和維護(hù)，通過排程求解，最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(jì)劃以及操作步驟等。

-調(diào)度計(jì)劃系統(tǒng)

      調(diào)度計(jì)劃系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)制定供水計(jì)劃，在輸出供水計(jì)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(yàn)庫提供提供過去任意一天的供水計(jì)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(fù)責(zé)通過排程計(jì)算組合出切實(shí)可行的具體的調(diào)度計(jì)劃。排出各個(gè)泵站分時(shí)段分方向的供水量以及泵組組合方式和啟停時(shí)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(jì)劃是否達(dá)成、供水的質(zhì)量如何、資源消耗如何，以便及時(shí)調(diào)整規(guī)劃。所以說調(diào)度追蹤系統(tǒng)最終的目標(biāo)其實(shí)是確保供水計(jì)劃的有效執(zhí)行。

-調(diào)度計(jì)量系統(tǒng)

      調(diào)度計(jì)量系統(tǒng)是對(duì)一定周期內(nèi)的供水進(jìn)行精確計(jì)量以便供水企業(yè)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的系統(tǒng)。調(diào)度計(jì)量系統(tǒng)的最終目標(biāo)是增強(qiáng)供水單位對(duì)較長時(shí)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(diǎn)

-可充分了解供水情況

      制定出切實(shí)可行的供水計(jì)劃的前提是對(duì)供水情況充分了解。供水計(jì)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(huì)造成供水計(jì)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(jì)劃的達(dá)成情況。

圖4 所有泵站計(jì)劃達(dá)成縱向進(jìn)度

圖5 各泵站計(jì)劃達(dá)成橫向進(jìn)度

-制定小時(shí)級(jí)的供水計(jì)劃

      一天中的不同時(shí)間段，需水量是不同的，用水單位希望實(shí)現(xiàn)的是“平衡供水”，簡單的說就是供水不能時(shí)大時(shí)小，這就要求供水計(jì)劃必須細(xì)致周到。本方案中的原水調(diào)度系統(tǒng)制定的供水計(jì)劃可精確到小時(shí)（推薦以2個(gè)小時(shí)為單位），當(dāng)計(jì)劃需要變更的時(shí)候，可以在原有計(jì)劃的基礎(chǔ)上，靈活的對(duì)未執(zhí)行的部分進(jìn)行調(diào)整。供水計(jì)劃不僅包括泵站的供水量計(jì)劃，還包括水泵機(jī)組開停計(jì)劃，提高水泵機(jī)組利用率、避免水泵機(jī)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(jī)組、供水管道等，隨著投入使用的時(shí)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(jì)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(huì)有不同的執(zhí)行效果，有時(shí)甚至?xí)绊懙接?jì)劃執(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(jì)劃時(shí)會(huì)對(duì)供水設(shè)施進(jìn)行供水能力監(jiān)測，以確保供水計(jì)劃是建立在實(shí)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(yàn)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(gè)經(jīng)驗(yàn)庫，包括過去任意一天的供水計(jì)劃、實(shí)際供水情況以及氣候、水文、重大事件等信息。經(jīng)驗(yàn)庫的最終目標(biāo)是給調(diào)度人員提供過去的供水經(jīng)驗(yàn)，幫助其最終確定準(zhǔn)確的供水計(jì)劃及應(yīng)急措施。

圖7 經(jīng)驗(yàn)庫信息

-兼顧特殊情況

      在供水過程中經(jīng)常會(huì)有無法提前預(yù)見的特殊情況影響供水，集控中心會(huì)與各下游泵站或受水廠之間增加互動(dòng)，各下游泵站或受水廠能看到供水計(jì)劃計(jì)劃，并可及時(shí)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(shí)現(xiàn)將給其他泵站或受水廠帶來多少影響等等，最后及時(shí)變更供水計(jì)劃，真正實(shí)現(xiàn)“按需供水”。

圖8互動(dòng)示意圖

-突發(fā)事故時(shí)的計(jì)劃變更

      無論是何種突發(fā)事故造成的供水計(jì)劃變更，系統(tǒng)首先需要做的是評(píng)估原來的供水計(jì)劃將會(huì)受到多少影響。在確定計(jì)劃需要變更后，并不是完全重新制定計(jì)劃，而是對(duì)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整。由于供水計(jì)劃精確到小時(shí)，這也為計(jì)劃調(diào)整提供了保證。

圖9 供水計(jì)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(diǎn)能夠測量到的實(shí)時(shí)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(jià)

       一天中的不同時(shí)段電價(jià)是不同的，原水調(diào)度系統(tǒng)結(jié)合電價(jià)進(jìn)行優(yōu)化排程，優(yōu)化排程的原理是將泵站的整個(gè)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(gè)時(shí)段成本消耗總和最小。

圖12 不同時(shí)段的電價(jià)

-實(shí)現(xiàn)供水追蹤與計(jì)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(jì)量的功能，供水追蹤的目標(biāo)是對(duì)供水水量、供水水質(zhì)、供水損耗以及成本進(jìn)行追蹤，確保每天的供水的順利執(zhí)行。供水計(jì)量更傾向于分析原水去向，使用戶對(duì)供水情況一目了然，另一方面，供水企業(yè)也會(huì)涉及到結(jié)算等等問題，供水計(jì)量是其必然的選擇。

五、案例

-青草沙集控中心