陳　熙　　俞國(guó)平　　

　　提要　簡(jiǎn)要介紹福州自來(lái)水公司SCADA系統(tǒng)的建立以及發(fā)展過(guò)程，在此基礎(chǔ)上闡述了“三遙”系統(tǒng)和優(yōu)化調(diào)度的關(guān)系，并總結(jié)了優(yōu)化調(diào)度工作中的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)。
　　關(guān)鍵詞　供水系統(tǒng)　優(yōu)化調(diào)度　SCADA系統(tǒng)　調(diào)度模型

　　前言

　　福州市自來(lái)水總公司現(xiàn)有6個(gè)水廠(chǎng)，目前設(shè)計(jì)能力為83.5萬(wàn)m³/d，至1998年底將達(dá)98.5萬(wàn)m³/d。1998年最高日供水量為89.74萬(wàn)萬(wàn)m³。基本上從供不應(yīng)求的嚴(yán)重缺水局面轉(zhuǎn)到適度超前狀態(tài)。供水工作的重點(diǎn)也從多方集資建設(shè)水廠(chǎng)、水廠(chǎng)超負(fù)荷運(yùn)行挖潛改造應(yīng)付市區(qū)供水，轉(zhuǎn)到按照《2000年供水行業(yè)技術(shù)進(jìn)步規(guī)劃》，保質(zhì)保量、安全優(yōu)質(zhì)供水上來(lái)?！斑M(jìn)步規(guī)劃”中“兩提高，三降低”工作之一的合理降低能耗工作，是供水企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行中影響制水成本的重要項(xiàng)目。以福州市1998年二季度成本為例，供水總成本中：動(dòng)力費(fèi)用占40.4%；制造成本費(fèi)用占48.5%，工資費(fèi)用占5.55%；材料費(fèi)用占5.55%（其中氯耗為1.1%，藥耗為2.3%）。因此，隨著供水工作重點(diǎn)的轉(zhuǎn)移，原有經(jīng)驗(yàn)性的調(diào)度工作水平急需在科學(xué)理論的指導(dǎo)下得到提高。1995年本公司和上海同濟(jì)大學(xué)共同制定了福州公司優(yōu)化調(diào)度項(xiàng)目工作大綱。規(guī)劃在2000前分階段完成優(yōu)化調(diào)度的課題研究工作，建立宏觀(guān)調(diào)度模型，在供水生產(chǎn)調(diào)度上直接應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，規(guī)劃在2005年前，逐步建立管網(wǎng)數(shù)學(xué)模型，根據(jù)管網(wǎng)測(cè)壓點(diǎn)返回的數(shù)據(jù)調(diào)整管網(wǎng)模型節(jié)點(diǎn)流量，模型校正正確后用該模型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度計(jì)算，求出各水廠(chǎng)的供水量和供水揚(yáng)程。

　　1　SCADA系統(tǒng)現(xiàn)狀

　　福州公司的“三遙”系統(tǒng)始建于1986年，當(dāng)時(shí)由電子部第七研究所提供全部國(guó)產(chǎn)化的端機(jī)、電臺(tái)和Z-80計(jì)算機(jī)，定時(shí)巡測(cè)管網(wǎng)壓力和水廠(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集、存貯和管網(wǎng)測(cè)壓報(bào)表打印。由于受?chē)?guó)產(chǎn)設(shè)備當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平的限制，系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性均較差，特別是配套儀表的性能、品質(zhì)較差，始終未達(dá)到預(yù)期目的。1992年公司利用國(guó)外政府貸款建設(shè)新水廠(chǎng)的資金，對(duì)管網(wǎng)測(cè)壓系統(tǒng)進(jìn)行了改造更新，基本能滿(mǎn)足管網(wǎng)測(cè)壓巡測(cè)、巡檢和數(shù)據(jù)采集、存貯的要求，但因進(jìn)口設(shè)備基本上是80年代末產(chǎn)品，配件供應(yīng)困難，運(yùn)行程序完全封閉，使用功能少，無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表打印、壓力合格率計(jì)算等工作。隨著電子元器件的逐年老化損壞，系統(tǒng)故障率升高，部分設(shè)備退出運(yùn)行，測(cè)壓系統(tǒng)難以適應(yīng)生產(chǎn)需要。公司于1996年委托電子部七所對(duì)“三遙”系統(tǒng)進(jìn)行全面改造；重新建立8個(gè)水廠(chǎng)端站（配1035端機(jī)）和10個(gè)管網(wǎng)測(cè)壓端站（配1039端機(jī)），系統(tǒng)在Windows95操作平臺(tái)上工作，各項(xiàng)生產(chǎn)報(bào)表、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、存貯等功能由福州水公司設(shè)計(jì)，七所提供技術(shù)保障，初步形成了一級(jí)調(diào)度的SCADA系統(tǒng)。

　　2　優(yōu)化調(diào)度和SCADA的關(guān)系

　　福州水公司在一級(jí)調(diào)度SCADA系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中，在電子部七所提供的原程序上，增加了管網(wǎng)最低壓力點(diǎn)紅色報(bào)警、水廠(chǎng)二泵機(jī)組效率、二泵壓力合格率計(jì)算、1000m³水電單耗計(jì)算、單位配水電耗計(jì)算、水泵工況點(diǎn)顯示記錄、二泵動(dòng)辦電耗、雜項(xiàng)電耗、總電耗計(jì)算和顯示、報(bào)表打印等多項(xiàng)功能。由于運(yùn)行程序及自由組態(tài)的完全開(kāi)放，生產(chǎn)運(yùn)行人員可以在使用過(guò)程中通過(guò)自由組合來(lái)完成各項(xiàng)數(shù)據(jù)顯示，自行進(jìn)行報(bào)表設(shè)計(jì)，顯示圖幅設(shè)計(jì)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比計(jì)算，在部分儀表未安裝時(shí)采用調(diào)度日?qǐng)?bào)表的數(shù)據(jù)自動(dòng)填充，為生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)代化的科學(xué)管理，提供了良好的軟件和硬件條件，并為優(yōu)化調(diào)度奠定了良好的信息源基礎(chǔ)。
　　總結(jié)國(guó)內(nèi)水廠(chǎng)計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，經(jīng)過(guò)近年的技術(shù)引進(jìn)和生產(chǎn)實(shí)踐，供水企業(yè)的計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)和控制以建立集散型(DCS)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為宜。該系統(tǒng)基本以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)PC+PLC(RTU)為主體，把實(shí)時(shí)監(jiān)控管理擴(kuò)展成聯(lián)網(wǎng)控制及信息管理，成為分散型綜合信息自控管理系統(tǒng)。具有功能完善、分散自治、靈活可靠、操作容易、維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。特點(diǎn)是軟件工程的發(fā)展，使軟件的維護(hù)和變更工作已無(wú)需軟件工程師來(lái)做，而由水廠(chǎng)工藝運(yùn)行工程師自已就能完成，可滿(mǎn)足現(xiàn)代化水廠(chǎng)過(guò)程控制、優(yōu)化調(diào)度、管理的需要。
　　遙測(cè)、遙信、遙控系統(tǒng)作為水廠(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的延伸，將各水廠(chǎng)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)的形式送到總公司的生產(chǎn)調(diào)度中心，有較好的實(shí)時(shí)性，數(shù)據(jù)采集更為集中，通過(guò)調(diào)度中心分析比較，在經(jīng)驗(yàn)調(diào)度階段通過(guò)人工判斷，作出整個(gè)供水系統(tǒng)的最佳調(diào)度方案安排供水生產(chǎn)；在宏觀(guān)調(diào)度階段，則可通過(guò)計(jì)算機(jī)采集“三遙”系統(tǒng)傳送來(lái)的管網(wǎng)壓力數(shù)據(jù)和水廠(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)，以及通過(guò)實(shí)測(cè)鄧得的管網(wǎng)工況，給出最高時(shí)、平均時(shí)、最小時(shí)供水分界線(xiàn)，實(shí)際供水分界線(xiàn)范圍。選取若干管網(wǎng)分界線(xiàn)上的點(diǎn)和管網(wǎng)末稍作為控制點(diǎn)，由管網(wǎng)宏觀(guān)調(diào)度程序給出最佳調(diào)度方案組織供水生產(chǎn)。當(dāng)然宏觀(guān)簡(jiǎn)單調(diào)度受多方面因素的影響，特別是通知經(jīng)驗(yàn)所得到的管網(wǎng)工況參數(shù)與管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)之間的差距，在很大程度上影響到宏觀(guān)高度所提出的調(diào)度方案的準(zhǔn)確性和精度。因此，提出簡(jiǎn)單宏觀(guān)調(diào)度是希望通過(guò)測(cè)壓點(diǎn)和各水廠(chǎng)二泵流量Ｑ和揚(yáng)程Ｈ以及運(yùn)行費(fèi)用建立起來(lái)的函數(shù)關(guān)系，在總供不量一定及滿(mǎn)足管網(wǎng)服務(wù)壓力的情況下，力求運(yùn)行費(fèi)用最小。此時(shí)由“三遙”系統(tǒng)已建立聯(lián)系的各廠(chǎng)二泵Ｈ、Ｑ與測(cè)壓點(diǎn)壓力的函數(shù)關(guān)系，就可以求出各廠(chǎng)的Ｈ、Ｑ的調(diào)度值。受各廠(chǎng)實(shí)際情況的影響，必要時(shí)各廠(chǎng)的Ｈ、Ｑ調(diào)度值需作適當(dāng)調(diào)整。這一類(lèi)簡(jiǎn)單宏觀(guān)調(diào)度模型能隨用水條件的變化，自動(dòng)地不斷生成。優(yōu)化調(diào)節(jié)器度的最終目標(biāo)是建立微觀(guān)調(diào)度模型，微觀(guān)調(diào)度模型必須在“三遙”系統(tǒng)及建立管網(wǎng)正確有數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)管網(wǎng)測(cè)壓點(diǎn)送回的壓力參數(shù)，調(diào)整模型節(jié)點(diǎn)流量，使理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)壓點(diǎn)接近。模型校正正確后用該模型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度計(jì)算，求各廠(chǎng)的供水量Ｑ和供水揚(yáng)程Ｈ。

　　3　工作目標(biāo)及努力方向

　　綜上所述，供水生產(chǎn)調(diào)度的目標(biāo)是：在保證管網(wǎng)所需壓力以及在各供水廠(chǎng)現(xiàn)有設(shè)備的前提下，通過(guò)采集生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)使得運(yùn)行費(fèi)用最小。由于供水生產(chǎn)成本中電耗占有舉足輕重的份量，供水生產(chǎn)調(diào)節(jié)器度的經(jīng)濟(jì)與否潛藏著巨大的潛力和經(jīng)濟(jì)效益，而“三遙”系統(tǒng)的建立和穩(wěn)定工作，又是優(yōu)化調(diào)度必不可少的重要條件之一。所以，建立“三遙”系統(tǒng)使其真實(shí)反映水廠(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行情況和管網(wǎng)壓力，在供水生產(chǎn)和保障工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中有著重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
　　福州水公司至1998年8月已完成了一級(jí)調(diào)度的SCADA系統(tǒng)，至1998年底全面建立二級(jí)調(diào)度的SCADA系統(tǒng)。將6個(gè)相對(duì)獨(dú)立的水廠(chǎng)數(shù)據(jù)采集予站劃歸水廠(chǎng)管理，水廠(chǎng)調(diào)度可監(jiān)控本廠(chǎng)的生產(chǎn)運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)問(wèn)題，加強(qiáng)一次儀表的生產(chǎn)運(yùn)行、維護(hù)。實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，有助于供水生產(chǎn)管理，調(diào)動(dòng)水廠(chǎng)的工作積極性。
　　通過(guò)一級(jí)調(diào)度SCADA系統(tǒng)一年多的試運(yùn)行，我們體會(huì)到：一次儀表的日常維護(hù)及一次儀表的選型是SCADA系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵。在一級(jí)調(diào)度運(yùn)行階級(jí)，由于水廠(chǎng)本身未顯示運(yùn)行參數(shù)，調(diào)度中心需負(fù)責(zé)各廠(chǎng)的一次儀表維護(hù)工作，工作量大面廣，特別是電參量的變送器的維修工作必須由水廠(chǎng)電工配合才能完成，增加了工作環(huán)節(jié)。因此，SCADA系統(tǒng)的運(yùn)行，必需得到各水廠(chǎng)的全力支持，否則將很難做到長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。在生產(chǎn)考核指標(biāo)上，也應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整。我們采取的措施是：將原有考核重點(diǎn)從水量考核改為出廠(chǎng)壓力考核，逐步加大電單耗和配水單位電耗的考核，重新修訂供水調(diào)度管理?xiàng)l例，并將優(yōu)化調(diào)度的有關(guān)要求分解到調(diào)度管理?xiàng)l例中去，從生產(chǎn)管理上首先明確目標(biāo)和工作重點(diǎn)，從水廠(chǎng)調(diào)度員、水廠(chǎng)廠(chǎng)長(zhǎng)到公司調(diào)度中心的調(diào)度員在日常工作中，都能從優(yōu)化調(diào)度的角度出發(fā)，安排供水生產(chǎn)。
　　總結(jié)前階段的工作，我們認(rèn)為優(yōu)化調(diào)度是長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略目標(biāo)，是努力方向。無(wú)論是一級(jí)調(diào)度還是二級(jí)調(diào)度的SCADA系統(tǒng)的建立，僅僅是提供了數(shù)據(jù)采集、存貯和報(bào)表制作的工具。為能適應(yīng)本企業(yè)實(shí)際應(yīng)用的調(diào)度系統(tǒng)，還必須依靠自己的力量，依托科研單位、大專(zhuān)院校，結(jié)合本企業(yè)情況，制作適應(yīng)本企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行報(bào)表，充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，最終取得最佳的生產(chǎn)運(yùn)行方案。