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图一 标准DMA设计以及水计量层级布设[1]
智能计量系统(Smart Metering System)
由于传统的水表没有通信能力,我们所熟知的抄表流程是需要抄表员定期挨家挨户的走到水表面前并记录读数。在某些情况下由于水表量数目多且地理分布不集中,大量的物理读表工作会消耗巨大的人力。不仅如此,通常一年的抄表次数一般不会超过四次,这种频率的数据收集对于帮助供水企业改善其营运效率是远远不够的。因此,便出现了SMS智能计量系统,一个由遥测技术演变出来的一个特定概念:通过远程方式自动收集用户水表中的数据并记录用水量。在这个概念下包含了一个当今行业内比较热点的技术:AMR智能读表技术(Automated Meter Reading)。Automated meter reading,或AMR,是一项自动收集能源计量设备(水表)用量和状态数据,并将数据传输到中心数据库以便收费、排除设备故障和分析数据的技术[2]。数据的传输方式包括手持设备接收、移动电话、网络技术平台(有线和无线)、射频(RF)以及电缆传输,使管网可以更广泛的布施智能通信设备和高级软件。这项技术主要帮助供水企业节省抄表人员去挨家挨户抄表收费的人工成本。对于用户的收费可以基于实时用量数据,而不再需要供水企业通过预估用量或是依靠历史用量来决定收费。这种数据分析+时间+信息的组合可以同时帮助用户和共数据企业更好的控制水用量和水压力。现如今,随着DMA概念的应用和不断上升的用水问题,SMS体系在给水系统中成为一个越发明显的趋势,供水企业是时候考虑对远程计量设备进行长远合理的投资了。
数据采集与监视控制系统
(Supervisory Control And Data Acquisition)
SCADA是由监督、控制和数据采集集成一体的技术。它可以远程监控和控制整个或部分系统,通过对信息的处理及时生成警报、报告、图表或其他对操作和维护有重要意义的相关信息[3]。在供水系统中,SCADA可以监视和控制各种设备和流程,从水源到用户的水龙头,包括传输管道、处理厂、水槽和供水管网。在城市水循环体系中,SCADA系统还可以用于监视和控制废水和雨水系统。应用SCADA体系其中一个明显的进步就是水司对供水体系中错误事件的预防和探查效果。管网的工作状态数据会实时通过SCADA系统远程传输给水司以便当问题确实发生时迅速采取行动,快速定位和修复,如管道破裂或机械故障。这种方式可以减少管网异常的持续时间从而避免之而来的服务中断。通过实时监控若干个管网参数,SCADA系统同时还提高了管网的水质、流量和压力水平。通过对水质的监测可以优化所使用的化学物质并在某些情况下尽可能减少这些添加剂的使用。不仅如此,SCADA系统提供的信息也有助于提高管网系统操作,即更好地管理水库容量、优化泵站运行模式和水压管理。通过远程控制阀门的水泵,SCADA系统可以更快的对紧急情况(比如火灾和爆管事件)做出反应。系统监控结合远程控制还大大减少了人力和交通需要,尤其是与有关机电设备操作的工作。SCADA系统提供的信息使水司减少了供水系统的实际漏失。这个技术使主动漏失控制(Active Leakage Control)效率得到了提高。举例,通过对水箱的水位监测来判断水泄漏和溢出,夜间流量监测结合逐级测试(关闭阀门)使漏水定位更加容易。因为未被发现的任何小漏点在未来都存在着大规模爆管的风险。
结论
智能管网未来会在可持续用水、缓解环境压力以及二氧化碳减排方面做出巨大的贡献。通过DMA、SMS和SCADA系统的结合应用,供水企业会节省大量的水资源;用户可以视觉上直接接收用水信息和数据,从而增加用户的节水意识,提高用水效率;远程读表(计量设备)和控制(阀门和泵等)有助于减少水司员工曾经例行的必要物理出行;远程操作这些工作可提高环境的可持续性,减少温室气体排放(不需要工人开车外出),同时降低所需的经济开支。尽管水司在应用这些智能技术时也同样要面对一些特殊的挑战,比如无法安置的管段、缺乏可用的电力设施还有管网本身的物理条件都是可能重要的限制因素,同时在融资、常规运作模式的改变、政府对新技术的怀疑程度上都存在着风险。但笔者依然相信,预计在未来十年对于智能管网体系的应用还是会逐步稳定的增加。这个过程将会是一场进化而非革命。
参考文献
1. Leakage Management and Control - A Best Practice Training Manual
2. Erica Löfströma, 2014, Smart meters and people using the grid: exploring the potential benefits of AMR-technology, Energy Procedia 58 ( 2014 ) 65 – 72
3. 张孟涛,刘彦辉,北京市市区供水管网的分区域管理模式研究
4. J. Teoa, J. Sousab, R. Malheiroa*, 2014, SCADA and Smart Metering systems in water companies. A perspective based on the value creation analysis
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