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1、第七章 村镇水厂的信息化管理第一节 村镇水厂信息化管理的基本概念一、 概述村镇供水工程是农村与乡镇重要的基础设施，其质量直接关系到村镇居民的饮水安全。采用集中式供水是保障村镇居民饮水安全的一项有效工程措施，对保障人民身体健康和促进农村经济社会的发展具有重要意义。村镇水厂具有分散、工程规模小、数量多等特点，通过信息化管理是保证供水安全和提高水厂供水效益的有效途径。以省为单位的农村供水信息化管理分为三级：省级管理中心、县级管理分中心和村镇水厂信息化。各级之间通过专用通信通道连接，每级内部采用局域有线网络进行通讯连接。整个系统组成一个统一的通信网络，实现信息的传输和共享。省级管理中心承担着对全省城乡
2、供水系统安全状况的检查、管理、调度、指导和信息查询功能；县级管理分中心的功能与省级中心一致，只是所辖范围不同，负责对所辖乡镇的安全供水状况进行监督管理和指导；村镇水厂信息化是整个信息化管理的基础单元，除了承担控制、信息分析与处理、查询的任务，还要完成水厂监控系统的基础数据采集、处理、传输、控制任务。二、村镇水厂信息化管理的基本概念村镇水厂的信息化是将水利工程技术、计算机信息处理技术、自动控制技术、通信技术、传感技术、控制及优化理论和图像处理技术等充分融合，具有生产运行智能化的决策分析功能、实时优化决策控制功能、生产运行自动监控功能、生产运行管理功能以及全厂信息管理功能。主要包括全厂生产自动化监
3、控系统、生产运行智能分析系统、信息管理系统三大部分。其中自动化监控系统是整个系统的基础，生产运行智能化分析系统是整个系统的核心，而由信息管理系统实现生产、管理、控制的统一。自动化监控系统实现了全厂生产自动化，生产运行的智能化分析系统并为自动监控系统提供控制决策信息；信息管理系统除了实现常规信息系统的任务，还可从决策系统中得到重要决策信息，也可把其重要的决策任务施加到自动化监控系统。数据流程如图7-1所示。图7-1 数据流程图三、村镇水厂信息化的关键技术1. 生产自动化监控系统水厂自动化系统从早期的监控电脑通过采集卡控制设备，发展到以PLC为控制主体的全厂分布式控制系统。但要完成信息化还必须达到
4、以下要求：（1）较高的自动化程度。除了各种阀门、泵实现自动控制，变送配电控制外，水质仪表参数、电量功率的采集也很重要，它们是自动实现实时智能化分析的条件。水厂的各种生产要素都要包含在这个自动化系统中，才能算真正意义上的全厂监控自动化。（2）数据集中。必须构建统一的数据中心，它可以集中全厂各种生产要素的实时生产数据，这才能为生产智能化打下坚实的基础。2. 信息管理系统信息管理系统对生产调度、水质监测、信息查询等进行微机联网，实现资源共享。信息管理系统不仅完成传统的信息管理任务，还需要在其平台上实现对生产界面的监控、决策分析以及下达控制命令。在监控现场，操作者通过监控客户端，运行人机界面客户端软件
5、，对整个水厂的生产进行监控、同时完成报表、决策分析的任务。3. 智能化的分析系统水厂的智能化分析系统，其核心是针对水厂生产运行管理的一种专家系统。分析系统采用“基于数据库的知识学习原理”建立专家知识规则库，并用生产数据与专家知识规则库进行比较，应用层次化结构推理技术得出分析结果。基于数据库的知识学习原理是将多年累计的历史数据或对实时产生的生产数据进行过滤、聚合、平滑处理，回归分析等，再加上专家经验标准，对每一个分析对象，形成：If-Then-Else方式的大量数据规则库，即知识库。在专家知识规则库里有大量这样的知识规则库。特点是随着使用时间增长，数据规则数据库是变化的，稳定及明显按正态频率分布
6、的特点，规则及数据知识的准确度及可信度都会提高。根据专家知识规则库即可对在线采集的实时参数或历史数据进行分析判断，运行方案进行比较，提出优化方案、决策信息。4. 集成技术自动化监控系统、智能化分析系统、管理信息系统之间有大量的数据交换，充分应用现有可靠的数据库管理技术，对三个系统进行无缝连接。四、供水管理信息系统的发展趋势目前供水管理信息系统的发展趋势是:(l)不断采用新的网络手段，如各种无线网络、基于VPN的公用网络等，进行水资源与供水信息采集、检测与控制。(2)应用新型软件技术，如组件技术、网格技术、WEB服务技术实现大规模异构信息系统集成，消除信息孤岛现象。(3)采用分布式与并行数据库实
7、现分布式海量水资源信息存储与处理。(4)开发综合水务信息系统，实现水质检测、供水管理与调度、区域水厂生产过程监控、面向公众的信息分布与交互等功能。第二节 村镇水厂信息化管理的设备及系统一、村镇水厂信息化管理的设备配置及描述1. 工况监测设备在工况监测系统中常用到的设备有：PLC；标准机柜；电力专用UPS；超声波液位计或投入式液位计；压力变送器；流量传感器等。PLC：PLC（Programmable Logic Controller）是指以计算机技术为基础的新型工业装置，实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：电源、中央处理器、输出接口电路、功能模块、通信
8、模块。液位计：常用的液位计有超声波液位计或投入式液位计。投入式液位计是一种测量液位的压力传感器。静压投入式液位变送器（液位计）是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用先进的隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号（一般为420mA）。它具有安装方便的特点，但如果水中杂质颗粒较大，则无法使用。超声波液位计的原理是测量一个超声波脉冲从发出到返回整个过程所需的时间。超声波液位计需垂直安装在液体的表面。压力变送器：一般意义上的压力变送器主要由测压元件传感器（也称作压力传感器）、测量电路和过程连接件三部分组成。它能将测压元件传
9、感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号(如420mADC等)， 以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。各类传感器：国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。水厂信息化中用到的传感器主要有流量传感器、浊度传感器、PH/T传感器、电导率传感器、余氯
10、传感器。UPS：UPS（Uniterruptible Power Supply）是指不断电电源供应器，能够提供持续稳定、不间断的电源供应。保证在常用电源突然中断时，使重要设备能够继续运行，留有充分的时间启动备用电源，标准机柜：标准机柜广泛应用于计算机网络设备、有/无线通讯器材、电子等设备的叠放。机柜具有增强电磁屏蔽、削弱设备工作噪音、减少设备占用地面面积的优点。2. 水质安全监测设备对于水质监测，一般配置浊度传感器、PHT传感器、电导率传感器等。浊度传感器用于检测水的浓度和浊度，典型应用于初级和二级澄清池。余氯传感器用于实时监测含氯胺的饮用水中的余氯。PH/T传感器主要用于检测水处理各环节的水
11、的PH值和水温。3. 中控室设备中控室配置主要有主机（一般不少于两台分别为：通讯和数据采集工作站、视频工作站）、打印机、网络交换机、路由器、大屏幕显示系统等。主机指计算机用于放置主板及其他主要部件的容器（mainframe）。通常包括 CPU、内存、硬盘、光驱、电源、以及其他输入输出控制器和接口，如 USB 控制器、显卡、网卡、声卡等等。位于主机箱内的通常称为内设，而位于主机箱之外的通常称为外设（如显示器、键盘、鼠标、外接硬盘、外接光驱等）。网络交换机（又称“网络交换器”），是一个扩大网络的器材，能为子网络中提供更多的连接端口，以便连接更多的计算机。路由器的一个作用是连通不同的网络，另一个作用
12、是选择信息传送的线路。选择通畅快捷的近路，能大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，提高网络系统畅通率，从而让网络系统发挥出更大的效益来。大屏幕显示系统为信息发布和会商决策提供支持。4. 视频安保设备利用摄像设备对厂区进行全覆盖视频监控，包括水厂人员活动状态和厂区安全、水泵工作状态和室内情况以及水源地安全。基于网络的数字视频监控系统的水厂典型视频监控结构如图7-2 所示，实现数字化的图像远程传输和处理。用到的主要设备如下：图7-2 水厂视频监控系统图摄像机：视频监控系统用到的设备主要为智能快球摄像机和红外一体化摄像机。红外一体化摄像机，是指半球型红外一体机、快速球型红外一体机
13、、结合云台的红外一体化摄像机和镜头内建的红外一体机。智能球型摄像机是现代电视监控发展的代表，它集彩色一体化摄像机、云台、解码器、防护罩等多功能与一体，安装方便、使用简单但功能强大，广泛应用于开阔区域的监控，不同的场合都可以使用。视频编码器:智能视频编码，根据图像运动情况，可以自动调整图像分辨率、图像帧率以及图像质量。视频管理主机：视频管理主机由硬件与软件组成，是整个系统的控制管理中心。它负责所有系统设备，如视频编/解码器、管理员控制台、远程用户、逻辑连接、工作状态监视管理并负责响应相关设备的命令请求，发出控制指令到指定设备动作等。同时它还负责整个系统中的用户认证及权限管理。工作站：工作站是整个
14、图像处理系统的操作界面，也是整个系统的核心控制的用户接口部分，用户通过对它的操作来实现系统管理和图像管理。可完成用户管理、控制数字显示终端、实时图像显示、历史图像播放等功能。5. 通讯设备水厂内部采用有线局域LAN，对于远方监测点根据距离远近、现场情况等采用有线、无线电台或GPRS通讯方式。其他设备：点对点无线传输设备、投影机、安装支架、硬盘、同轴视频线、电源线、控制线等、视频管理/存储服务器等。二、 村镇水厂信息化管理系统1.水厂信息化管理系统结构信息管理系统建设是以提高业务的效率和质量为目标，采用先进成熟的计算机、通讯网络、自动控制和传感器技术，通过现地监测、控制等自动化设施建设，实现对水
15、厂设备运行状态和各种信息的自动远程监测和控制。系统可分为三层结构：监控管理层、过程控制层、现地数据采集与控制层。（1）水厂监控管理层系统监控管理层集成整个水厂的数据信息。整个系统内所监控的设备都在这里进行集中管理和显示，为操作人员提供图形界面，通过实时动态流程图、符号、曲线、棒图、闪烁等多种形式显示系统状态，并能对数据进行统计、分析汇总和制作生产报表并可报表打印。界面友好、简单易学，通过鼠标和键盘操作管理整个系统。（2）过程控制层过程控制层由现地控制单元组成，采用有线通讯方式与监控管理层组成局域网络，使各系统现地控制单元与监控管理层进行高速信息通讯，并实现对现场被控设备的控制和参数数据采集。（
16、3）末端设备层（现地数据采集与控制层）末端设备层由现地采集设备、现场控制回路设备等末端设备组成。一般由现场仪表和控制执行机构组成，输入输出信号为模拟信号（010Vdc或420mA）或开关量信号，这类设备包括压力、流量等各种变送器，以及低压配电产品（开关、接触器等）、控制回路（接触器、断路器、软启或变频）等。水厂监控与信息化管理系统的结构如图7-3所示。图7-3 水厂自动化监控与管理系统结构图2. 系统功能2.1 现地控制单元（LCU）功能 每台LCU均是一套完整的计算机控制系统。与系统联网时，作为监控系统的一部分，实现系统指定的功能。而当与系统脱离时，则能独立运行，实现LCU的现地监控功能。 LCU的数据处理与厂站级的数据处理分工不同，LCU负责数据采集与预
