專利名稱：一種提供供水管網(wǎng)輔助調(diào)度數(shù)據(jù)的處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種提供輔助調(diào)度決策的處理裝置，尤其是涉及一種提供供水管 網(wǎng)輔助調(diào)度數(shù)據(jù)的處理裝置。
背景技術(shù)：
在城市供水管網(wǎng)的調(diào)度中，普遍使用數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)，該系統(tǒng)應(yīng) 用可編程控制器PLC、數(shù)據(jù)采集終端RTU等設(shè)備，實(shí)時(shí)采集供水管網(wǎng)中水廠的供水?dāng)?shù)據(jù)、管 網(wǎng)監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，使調(diào)度人員看到當(dāng)前供水管網(wǎng)的狀況。隨著供水管網(wǎng)理論和技術(shù)發(fā)展，供水管網(wǎng)的水力模型已經(jīng)應(yīng)用于供水管網(wǎng)的模擬 仿真計(jì)算，如城市供水管網(wǎng)的規(guī)劃、管網(wǎng)現(xiàn)狀的分析等，但是僅局限于在模型上作一些獨(dú) 立的分析。實(shí)際調(diào)度中，調(diào)度人員依據(jù)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)的實(shí)時(shí)信息參考， 確定下一步的調(diào)度方案。調(diào)度人員也可以在供水管網(wǎng)的水力模型上，根據(jù)自己的判斷經(jīng)驗(yàn)， 設(shè)置參數(shù)條件后作模型模擬，分析一些相關(guān)問題，沒有科學(xué)的調(diào)度決策系統(tǒng)，還不能做到動(dòng) 態(tài)地為調(diào)度人員提供參考性的調(diào)度方案。在目前的城市供水調(diào)度中很極少應(yīng)用水量預(yù)測模型，就是有，也只是單獨(dú)應(yīng)用，沒 有和SCADA系統(tǒng)、供水管網(wǎng)水力模擬模型處理器、補(bǔ)充測量壓力數(shù)據(jù)記錄儀、供水管網(wǎng)輔助 調(diào)度決策軟件組成一起作為一個(gè)系統(tǒng)型的應(yīng)用，沒有發(fā)揮水量預(yù)測模型的更多應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可以為城 市供水管網(wǎng)的安全可靠調(diào)度、節(jié)能優(yōu)化調(diào)度、智能化和信息化的科學(xué)調(diào)度、提供有效途徑的 提供供水管網(wǎng)輔助調(diào)度數(shù)據(jù)的處理裝置。本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種提供供水管網(wǎng)輔助調(diào)度數(shù)據(jù)的處理裝置，其特征在于，包括SCADA、供水管網(wǎng) 水力模擬模型處理器、供水管網(wǎng)水量預(yù)測模型處理器、補(bǔ)充測量壓力數(shù)據(jù)記錄儀、輔助調(diào)度 決策處理器，所述的輔助調(diào)度決策處理器分別與SCADA、供水管網(wǎng)水力模擬模型處理器、供 水管網(wǎng)水量預(yù)測模型處理器、補(bǔ)充測量壓力數(shù)據(jù)記錄儀連接。所述的SCADA包括可編程控制器PLC、數(shù)據(jù)采集終端RTU、主端服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù) 器；所述的數(shù)據(jù)采集終端RTU通過無線通訊與主端服務(wù)器連接；所述的主端服務(wù)器通過局 域網(wǎng)與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接。所述的補(bǔ)充測量壓力數(shù)據(jù)記錄儀包括微處理器、存儲(chǔ)模塊、系統(tǒng)時(shí)鐘模塊、液晶顯 示模塊、數(shù)據(jù)采集接口模塊、串行通信接口模塊、電源控制模塊、壓力傳感器；所述的微處理 器分別與存儲(chǔ)模塊、系統(tǒng)時(shí)鐘模塊、液晶顯示模塊、數(shù)據(jù)采集接口模塊、串行通信接口模塊、 電源控制模塊連接；所述的壓力傳感器與數(shù)據(jù)采集接口模塊連接。所述的微處理器采用MSP430FE427超低功耗芯片的微處理器。
3[0012]所述的存儲(chǔ)器模塊包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器；所述的存儲(chǔ)器由I2C存儲(chǔ)器組 成。所述的數(shù)據(jù)采集接口模塊采用數(shù)字式數(shù)據(jù)接口。所述的壓力傳感器為低功率的數(shù)字式壓力傳感器。所述的壓力數(shù)據(jù)記錄儀外部設(shè)有密封防水外殼，該外殼上設(shè)有與計(jì)算機(jī)通訊接口 連接的數(shù)據(jù)傳送接口，其正面設(shè)有液晶顯示屏。所述的壓力傳感器的感應(yīng)端伸出外殼。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有良好的實(shí)用性，為城市供水管網(wǎng)的安全可靠調(diào) 度、節(jié)能優(yōu)化調(diào)度、智能化和信息化的科學(xué)調(diào)度，提供了有效的途徑。

圖1為提供供水管網(wǎng)輔助調(diào)度數(shù)據(jù)的處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為壓力數(shù)據(jù)記錄儀硬件模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型的工作流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例如圖1所示，一種提供供水管網(wǎng)輔助調(diào)度數(shù)據(jù)的處理裝置，該裝置由數(shù)據(jù)采集和 監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA) 3、供水管網(wǎng)水力模擬模型處理器4、供水管網(wǎng)水量預(yù)測模型處理器 1、補(bǔ)充測量壓力數(shù)據(jù)記錄儀5、輔助調(diào)度決策處理器2組成；所述的輔助調(diào)度決策處理器2 分別與數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA) 3、供水管網(wǎng)水力模擬模型處理器4、供水管網(wǎng)水 量預(yù)測模型處理器1、補(bǔ)充測量壓力數(shù)據(jù)記錄儀5連接。所述的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA) 3包括可編程控制器PLC、數(shù)據(jù)采集終端 RTU、主端服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；所述的數(shù)據(jù)采集終端RTU通過無線通訊與主端服務(wù)器連 接；所述的主端服務(wù)器通過局域網(wǎng)與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接，采集數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，采集 數(shù)據(jù)包括供水管網(wǎng)中水廠泵站的供水?dāng)?shù)據(jù)、管網(wǎng)監(jiān)測點(diǎn)的各種數(shù)據(jù)。如圖2所示，所述的補(bǔ)充測量壓力數(shù)據(jù)記錄儀5是硬件和軟件相結(jié)合的機(jī)電一體 化的設(shè)備，具有體積小、低功耗、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大、液晶顯示特點(diǎn)，工作穩(wěn)定、使用方便，適合 供水管網(wǎng)的區(qū)域性、全管網(wǎng)的同步測壓、供水管網(wǎng)水力模型壓力數(shù)據(jù)采集，其硬件模塊由微 處理器、存儲(chǔ)模塊、系統(tǒng)時(shí)鐘模塊、液晶顯示模塊、數(shù)據(jù)采集接口模塊、串行通信接口模塊、 電源控制模塊、壓力傳感器組成；所述的微處理器分別與存儲(chǔ)模塊、系統(tǒng)時(shí)鐘模塊、液晶顯 示模塊、數(shù)據(jù)采集接口模塊、串行通信接口模塊、電源控制模塊相連；所述的壓力傳感器與 數(shù)據(jù)采集接口模塊相連。所述的補(bǔ)充測量壓力數(shù)據(jù)記錄儀的嵌入硬件的軟件程序功能包 括串行通訊、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、供電控制。在軟件程序的控制下，實(shí)現(xiàn)壓力數(shù) 據(jù)記錄儀的各項(xiàng)功能。所述的供水管網(wǎng)水量預(yù)測模型處理器1，是在實(shí)時(shí)采集和監(jiān)視系統(tǒng)(SCADA)、補(bǔ)充 測量壓力數(shù)據(jù)記錄儀采集的數(shù)據(jù)上，應(yīng)用時(shí)間序列法、回歸分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等多種 預(yù)測方法，通過大量數(shù)據(jù)的模擬仿真試驗(yàn)產(chǎn)生各自的權(quán)重比例結(jié)合在一起，建立的計(jì)算機(jī)
4水量預(yù)測數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用供水管網(wǎng)水量預(yù)測模型處理器對實(shí)際的城市供水管網(wǎng)進(jìn)行供水量 預(yù)測；所述的供水管網(wǎng)水力模擬模型處理器4，是根據(jù)供水管網(wǎng)微觀模型的理論，應(yīng)用供 水管網(wǎng)水力模擬軟件對城市供水管網(wǎng)建立起來的計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用供水管網(wǎng)的計(jì)算機(jī) 數(shù)學(xué)模型可以進(jìn)行模擬仿真計(jì)算現(xiàn)實(shí)管網(wǎng)的各種水力狀態(tài)，分析管網(wǎng)的各種運(yùn)行工況。所述的供水管網(wǎng)輔助調(diào)度決策處理器2，是實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)輔助調(diào)度決策方法的核 心，本處理器監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的各部分，包括供水管網(wǎng)的實(shí)時(shí)采集和監(jiān)視系統(tǒng)(SCADA) 3、補(bǔ)充 測量壓力數(shù)據(jù)記錄儀5、供水管網(wǎng)水量預(yù)測模型處理器1、供水管網(wǎng)水力模擬模型處理器4， 按照實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)輔助調(diào)度決策方法的流程，收集處理實(shí)時(shí)和測量的數(shù)據(jù)、調(diào)正系統(tǒng)的各 種參數(shù)，調(diào)用水量預(yù)測和水力模擬模型進(jìn)行模擬仿真計(jì)算，根據(jù)供水管網(wǎng)調(diào)度的約束和優(yōu) 化規(guī)則，分析計(jì)算結(jié)果的可行性和最佳排位，生成多種調(diào)度方案，供調(diào)度人員選擇。所述的微處理器采用MSP430FE427超低功耗芯片的微處理器；所述的存儲(chǔ)器模塊包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器；所述的存儲(chǔ)器由I2C存儲(chǔ)器組 成；所述的液晶顯示模塊由6位段碼數(shù)字和周邊一系列標(biāo)志位組成；所述的串行通信接口通過一個(gè)TTL-RS232電氣轉(zhuǎn)換接頭與PC機(jī)通訊接口相連；所述的數(shù)據(jù)采集接口與微處理器相連接；所述的數(shù)據(jù)采集接口采用數(shù)字式數(shù)據(jù)接 Π ；所述的壓力傳感器與數(shù)據(jù)數(shù)字采集接口相連接；所述的壓力傳感器為低功率的數(shù) 字式壓力傳感器；所述的補(bǔ)充測量壓力數(shù)據(jù)記錄儀5的外部設(shè)有密封防水外殼；所述的外殼上設(shè)有 與計(jì)算機(jī)通訊接口相連接的數(shù)據(jù)傳送接口，其正面設(shè)有液晶顯示屏；所述的壓力傳感器的 感應(yīng)端伸出外殼。如圖3所示，本實(shí)用新型的工作流程步驟如下步驟1) SCADA實(shí)時(shí)采集供水管網(wǎng)實(shí)時(shí)采集和監(jiān)視系統(tǒng)(SCADA)對供水管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集(包括 水力參數(shù)、水質(zhì)參數(shù)、耗能、設(shè)備狀態(tài)等)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反映當(dāng)前時(shí)刻供水管網(wǎng)的運(yùn)行情況。步驟2)判斷實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是否滿足要求對供水管網(wǎng)實(shí)時(shí)采集和監(jiān)視系統(tǒng)(SCADA)所采集的數(shù)據(jù)作分析判讀，如果數(shù)據(jù)不 足，則進(jìn)入步驟3)補(bǔ)充測量數(shù)據(jù)。步驟3):補(bǔ)充測量采用補(bǔ)充測量設(shè)備，補(bǔ)充測量供水管網(wǎng)實(shí)時(shí)采集和監(jiān)視系統(tǒng)(SCADA)固定采集的 不足，完善系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息。步驟4)水量預(yù)測運(yùn)用供水管網(wǎng)水量預(yù)測模型處理器，依據(jù)供水管網(wǎng)實(shí)時(shí)采集的供水量數(shù)據(jù)，進(jìn)行 水量預(yù)測計(jì)算，得到下一階段的總供水量，再經(jīng)過優(yōu)化處理，分配各個(gè)水廠的供水量。步驟5)預(yù)測水量是否滿足根據(jù)當(dāng)前供水管網(wǎng)和各水廠的供水條件約束，判斷預(yù)測水量是否可以滿足，確定 下一步驟。如果滿足，則進(jìn)入步驟7)管網(wǎng)水力模擬，否則進(jìn)入步驟6)預(yù)測修正。[0047]步驟6)預(yù)測修正根據(jù)當(dāng)前供水管網(wǎng)和各水廠的供水條件約束，修正水量預(yù)測模型、或預(yù)測因素，即 修正有關(guān)影響水量預(yù)測的因素如氣候因素、季節(jié)因素、節(jié)假日因素、人工經(jīng)驗(yàn)等，然后，返 回步驟4)水量預(yù)測再作預(yù)測。步驟7)管網(wǎng)水力模擬根據(jù)預(yù)測水量(總供水量、各個(gè)水廠供水量)，應(yīng)用供水管網(wǎng)模型進(jìn)行模擬仿真計(jì) 算，得到下一階段的供水管網(wǎng)的供水狀況。步驟8)水廠泵站水力模擬根據(jù)水量預(yù)測和供水管網(wǎng)水力模擬結(jié)果，確定了水廠出廠壓力和供水量、泵站的 進(jìn)出站壓力和水量，水廠泵站的壓力和水量作為邊界條件，進(jìn)行水廠泵站水力模擬，可以得 到多種水泵運(yùn)行的結(jié)果。步驟9)模擬結(jié)果是否滿足對供水管網(wǎng)、水廠泵站的水力模擬結(jié)果分析判斷，是否滿足供水管網(wǎng)水力條件，如 供水服務(wù)壓力、管道輸水能力等，如果不滿足，則進(jìn)入步驟10)修正模型。步驟10)修正模型對供水管網(wǎng)、水廠泵站的水力模型進(jìn)行修正，使其適應(yīng)當(dāng)前的實(shí)際。模型修正后， 轉(zhuǎn)到步驟7)管網(wǎng)水力模擬。步驟11):合理性判斷經(jīng)過供水管網(wǎng)和水廠泵站水力模型模擬計(jì)算后，產(chǎn)生供水設(shè)備運(yùn)行的多種方案， 根據(jù)各供水設(shè)備的可運(yùn)行約束條件進(jìn)行判斷，可以排除不合理的方案。步驟12)約束條件是否滿足各供水設(shè)備的可運(yùn)行約束條件是對供水設(shè)備運(yùn)行的方案合理性判斷的依據(jù)，對約 束條件需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正，如果需要修正，則進(jìn)入步驟13)修正約束條件。步驟13):修正約束條件對供水設(shè)備的可運(yùn)行約束條件作修正，如水泵故障或檢修狀態(tài)、閥門狀態(tài)等，修 正約束條件后，轉(zhuǎn)到步驟11)合理性判斷，對供水設(shè)備運(yùn)行的多種方案重新判斷。步驟14)方案優(yōu)化根據(jù)供水設(shè)備運(yùn)行方案優(yōu)化規(guī)則，對多種方案進(jìn)行優(yōu)化排位，優(yōu)選出最佳調(diào)度方 案，提供調(diào)度人員輔助決策。步驟15)優(yōu)化規(guī)則是否滿足供水設(shè)備運(yùn)行的優(yōu)化規(guī)則是對供水設(shè)備運(yùn)行方案優(yōu)化的依據(jù)，對優(yōu)化規(guī)則需要根 據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正，如果需要修正，則進(jìn)入步驟16)修正優(yōu)化規(guī)則。步驟16)修正優(yōu)化規(guī)則對供水設(shè)備運(yùn)行優(yōu)化規(guī)則作修正，如設(shè)備運(yùn)行效率、能耗等，以及優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)， 修正后轉(zhuǎn)到步驟14)方案優(yōu)化，對供水設(shè)備運(yùn)行方案重新優(yōu)化。步驟17)調(diào)度決策將合理的、優(yōu)化的調(diào)度方案提供給調(diào)度人員。步驟18):判斷是否繼續(xù)完成一個(gè)時(shí)刻的調(diào)度決策過程，確定是否進(jìn)行下一時(shí)刻的調(diào)度決策。[0073]步驟19)下一時(shí)刻決策進(jìn)入下一時(shí)刻的調(diào)度決策流程。
權(quán)利要求一種提供供水管網(wǎng)輔助調(diào)度數(shù)據(jù)的處理裝置，其特征在于，包括SCADA、供水管網(wǎng)水力模擬模型處理器、供水管網(wǎng)水量預(yù)測模型處理器、補(bǔ)充測量壓力數(shù)據(jù)記錄儀、輔助調(diào)度決策處理器，所述的輔助調(diào)度決策處理器分別與SCADA、供水管網(wǎng)水力模擬模型處理器、供水管網(wǎng)水量預(yù)測模型處理器、補(bǔ)充測量壓力數(shù)據(jù)記錄儀連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提供供水管網(wǎng)輔助調(diào)度數(shù)據(jù)的處理裝置，其特征在于， 所述的SCADA包括可編程控制器PLC、數(shù)據(jù)采集終端RTU、主端服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；所述 的數(shù)據(jù)采集終端RTU通過無線通訊與主端服務(wù)器連接；所述的主端服務(wù)器通過局域網(wǎng)與數(shù) 據(jù)庫服務(wù)器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提供供水管網(wǎng)輔助調(diào)度數(shù)據(jù)的處理裝置，其特征在于， 所述的補(bǔ)充測量壓力數(shù)據(jù)記錄儀包括微處理器、存儲(chǔ)模塊、系統(tǒng)時(shí)鐘模塊、液晶顯示模塊、 數(shù)據(jù)采集接口模塊、串行通信接口模塊、電源控制模塊、壓力傳感器；所述的微處理器分別 與存儲(chǔ)模塊、系統(tǒng)時(shí)鐘模塊、液晶顯示模塊、數(shù)據(jù)采集接口模塊、串行通信接口模塊、電源控 制模塊連接；所述的壓力傳感器與數(shù)據(jù)采集接口模塊連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種提供供水管網(wǎng)輔助調(diào)度數(shù)據(jù)的處理裝置，其特征在于， 所述的微處理器采用MSP430FE427超低功耗芯片的微處理器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種提供供水管網(wǎng)輔助調(diào)度數(shù)據(jù)的處理裝置，其特征在于， 所述的存儲(chǔ)器模塊包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器；所述的存儲(chǔ)器由I2C存儲(chǔ)器組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種提供供水管網(wǎng)輔助調(diào)度數(shù)據(jù)的處理裝置，其特征在于， 所述的數(shù)據(jù)采集接口模塊采用數(shù)字式數(shù)據(jù)接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種提供供水管網(wǎng)輔助調(diào)度數(shù)據(jù)的處理裝置，其特征在于， 所述的壓力傳感器為低功率的數(shù)字式壓力傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種提供供水管網(wǎng)輔助調(diào)度數(shù)據(jù)的處理裝置，其特征在于， 所述的壓力數(shù)據(jù)記錄儀外部設(shè)有密封防水外殼，該外殼上設(shè)有與計(jì)算機(jī)通訊接口連接的數(shù) 據(jù)傳送接口，其正面設(shè)有液晶顯示屏。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種提供供水管網(wǎng)輔助調(diào)度數(shù)據(jù)的處理裝置，其特征在于， 所述的壓力傳感器的感應(yīng)端伸出外殼。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種提供供水管網(wǎng)輔助調(diào)度數(shù)據(jù)的處理裝置，包括SCADA、供水管網(wǎng)水力模擬模型處理器、供水管網(wǎng)水量預(yù)測模型處理器、補(bǔ)充測量壓力數(shù)據(jù)記錄儀、輔助調(diào)度決策處理器，所述的輔助調(diào)度決策處理器分別與SCADA、供水管網(wǎng)水力模擬模型處理器、供水管網(wǎng)水量預(yù)測模型處理器、補(bǔ)充測量壓力數(shù)據(jù)記錄儀連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有可以為城市供水管網(wǎng)的安全可靠調(diào)度、節(jié)能優(yōu)化調(diào)度、智能化和信息化的科學(xué)調(diào)度，提供有效途徑等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號E03B7/02GK201730136SQ20102022253
公開日2011年2月2日 申請日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者何平, 奕銘瑤, 袁志清 申請人:上海三高計(jì)算機(jī)中心股份有限公司