“三遥”系统应用于供水优化调度的探讨

陈　熙　　俞国平　　

　　提要　简要介绍福州自来水公司SCADA系统的建立以及发展过程，在此基础上阐述了“三遥”系统和优化调度的关系，并总结了优化调度工作中的经验和体会。
　　关键词　供水系统　优化调度　SCADA系统　调度模型

　　前言

　　福州市自来水总公司现有6个水厂，目前设计能力为83.5万m³/d，至1998年底将达98.5万m³/d。1998年最高日供水量为89.74万万m³。基本上从供不应求的严重缺水局面转到适度超前状态。供水工作的重点也从多方集资建设水厂、水厂超负荷运行挖潜改造应付市区供水，转到按照《2000年供水行业技术进步规划》，保质保量、安全优质供水上来。“进步规划”中“两提高，三降低”工作之一的合理降低能耗工作，是供水企业生产运行中影响制水成本的重要项目。以福州市1998年二季度成本为例，供水总成本中：动力费用占40.4%；制造成本费用占48.5%，工资费用占5.55%；材料费用占5.55%（其中氯耗为1.1%，药耗为2.3%）。因此，随着供水工作重点的转移，原有经验性的调度工作水平急需在科学理论的指导下得到提高。1995年本公司和上海同济大学共同制定了福州公司优化调度项目工作大纲。规划在2000前分阶段完成优化调度的课题研究工作，建立宏观调度模型，在供水生产调度上直接应用。在此基础上，规划在2005年前，逐步建立管网数学模型，根据管网测压点返回的数据调整管网模型节点流量，模型校正正确后用该模型进行优化调度计算，求出各水厂的供水量和供水扬程。

　　1　SCADA系统现状

　　福州公司的“三遥”系统始建于1986年，当时由电子部第七研究所提供全部国产化的端机、电台和Z-80计算机，定时巡测管网压力和水厂生产数据，进行简单的数据采集、存贮和管网测压报表打印。由于受国产设备当时的技术水平的限制，系统可靠性、稳定性均较差，特别是配套仪表的性能、品质较差，始终未达到预期目的。1992年公司利用国外政府贷款建设新水厂的资金，对管网测压系统进行了改造更新，基本能满足管网测压巡测、巡检和数据采集、存贮的要求，但因进口设备基本上是80年代末产品，配件供应困难，运行程序完全封闭，使用功能少，无法进行数据统计、报表打印、压力合格率计算等工作。随着电子元器件的逐年老化损坏，系统故障率升高，部分设备退出运行，测压系统难以适应生产需要。公司于1996年委托电子部七所对“三遥”系统进行全面改造；重新建立8个水厂端站（配1035端机）和10个管网测压端站（配1039端机），系统在Windows95操作平台上工作，各项生产报表、数据统计、存贮等功能由福州水公司设计，七所提供技术保障，初步形成了一级调度的SCADA系统。

　　2　优化调度和SCADA的关系

　　福州水公司在一级调度SCADA系统的建设过程中，在电子部七所提供的原程序上，增加了管网最低压力点红色报警、水厂二泵机组效率、二泵压力合格率计算、1000m³水电单耗计算、单位配水电耗计算、水泵工况点显示记录、二泵动办电耗、杂项电耗、总电耗计算和显示、报表打印等多项功能。由于运行程序及自由组态的完全开放，生产运行人员可以在使用过程中通过自由组合来完成各项数据显示，自行进行报表设计，显示图幅设计，生产数据对比计算，在部分仪表未安装时采用调度日报表的数据自动填充，为生产调度系统应用计算机技术进行现代化的科学管理，提供了良好的软件和硬件条件，并为优化调度奠定了良好的信息源基础。
　　总结国内水厂计算机监测技术的发展和应用，经过近年的技术引进和生产实践，供水企业的计算机监测和控制以建立集散型(DCS)计算机监控系统为宜。该系统基本以计算机网络，工业PC+PLC(RTU)为主体，把实时监控管理扩展成联网控制及信息管理，成为分散型综合信息自控管理系统。具有功能完善、分散自治、灵活可靠、操作容易、维护简便等优点。特点是软件工程的发展，使软件的维护和变更工作已无需软件工程师来做，而由水厂工艺运行工程师自已就能完成，可满足现代化水厂过程控制、优化调度、管理的需要。
　　遥测、遥信、遥控系统作为水厂监控系统的延伸，将各水厂的实时生产运行参数通过有线或无线的形式送到总公司的生产调度中心，有较好的实时性，数据采集更为集中，通过调度中心分析比较，在经验调度阶段通过人工判断，作出整个供水系统的最佳调度方案安排供水生产；在宏观调度阶段，则可通过计算机采集“三遥”系统传送来的管网压力数据和水厂生产运行参数，以及通过实测邓得的管网工况，给出最高时、平均时、最小时供水分界线，实际供水分界线范围。选取若干管网分界线上的点和管网末稍作为控制点，由管网宏观调度程序给出最佳调度方案组织供水生产。当然宏观简单调度受多方面因素的影响，特别是通知经验所得到的管网工况参数与管网实际运行状态之间的差距，在很大程度上影响到宏观高度所提出的调度方案的准确性和精度。因此，提出简单宏观调度是希望通过测压点和各水厂二泵流量Ｑ和扬程Ｈ以及运行费用建立起来的函数关系，在总供不量一定及满足管网服务压力的情况下，力求运行费用最小。此时由“三遥”系统已建立联系的各厂二泵Ｈ、Ｑ与测压点压力的函数关系，就可以求出各厂的Ｈ、Ｑ的调度值。受各厂实际情况的影响，必要时各厂的Ｈ、Ｑ调度值需作适当调整。这一类简单宏观调度模型能随用水条件的变化，自动地不断生成。优化调节器度的最终目标是建立微观调度模型，微观调度模型必须在“三遥”系统及建立管网正确有数学模型的基础上，通过管网测压点送回的压力参数，调整模型节点流量，使理论计算和实际测压点接近。模型校正正确后用该模型进行优化调度计算，求各厂的供水量Ｑ和供水扬程Ｈ。

　　3　工作目标及努力方向

　　综上所述，供水生产调度的目标是：在保证管网所需压力以及在各供水厂现有设备的前提下，通过采集生产运行参数，应用计算机技术使得运行费用最小。由于供水生产成本中电耗占有举足轻重的份量，供水生产调节器度的经济与否潜藏着巨大的潜力和经济效益，而“三遥”系统的建立和稳定工作，又是优化调度必不可少的重要条件之一。所以，建立“三遥”系统使其真实反映水厂生产运行情况和管网压力，在供水生产和保障工农业生产的安全经济运行中有着重要的社会经济效益和经济效益。
　　福州水公司至1998年8月已完成了一级调度的SCADA系统，至1998年底全面建立二级调度的SCADA系统。将6个相对独立的水厂数据采集予站划归水厂管理，水厂调度可监控本厂的生产运行情况，及时发现生产问题，加强一次仪表的生产运行、维护。实时性更强，有助于供水生产管理，调动水厂的工作积极性。
　　通过一级调度SCADA系统一年多的试运行，我们体会到：一次仪表的日常维护及一次仪表的选型是SCADA系统能否正常运行的关键。在一级调度运行阶级，由于水厂本身未显示运行参数，调度中心需负责各厂的一次仪表维护工作，工作量大面广，特别是电参量的变送器的维修工作必须由水厂电工配合才能完成，增加了工作环节。因此，SCADA系统的运行，必需得到各水厂的全力支持，否则将很难做到长时间稳定运行。在生产考核指标上，也应做相应调整。我们采取的措施是：将原有考核重点从水量考核改为出厂压力考核，逐步加大电单耗和配水单位电耗的考核，重新修订供水调度管理条例，并将优化调度的有关要求分解到调度管理条例中去，从生产管理上首先明确目标和工作重点，从水厂调度员、水厂厂长到公司调度中心的调度员在日常工作中，都能从优化调度的角度出发，安排供水生产。
　　总结前阶段的工作，我们认为优化调度是长远的战略目标，是努力方向。无论是一级调度还是二级调度的SCADA系统的建立，仅仅是提供了数据采集、存贮和报表制作的工具。为能适应本企业实际应用的调度系统，还必须依靠自己的力量，依托科研单位、大专院校，结合本企业情况，制作适应本企业的生产运行报表，充分利用计算机技术，进行数据统计分析，最终取得最佳的生产运行方案。