一、引言
與國(guó)外一些城市相比，我國(guó)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(wú)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(shuō)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(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(kù)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(kù)，方便管理人員借鑒過(guò)去的供水經(jīng)驗(yàn)。
-建立以實(shí)測(cè)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(cè)，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(chǎng)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(guò)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(cè)、觸發(fā)經(jīng)驗(yàn)庫(kù)提供提供過(guò)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(guò)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(shuō)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(zhǎng)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(shuō)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(jiǎn)單的說(shuō)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(cè)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(zhǎng)，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(lái)后，由不同能力的供水設(shè)施來(lái)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(cè)，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(kù)
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(kù)，包括過(guò)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(kù)的最終目標(biāo)是給調(diào)度人員提供過(guò)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。
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