浙江浙大中控信息技术有限公司 浙江杭州 310053
摘要：通过无线（4G/5G）或有线（VPN/专线）将城市管网的压力、瞬时流量等实时数据传输至SCADA软件，通过SCADA自有的编程环境将数据并按时间间隔连续的存入关系型数据库，然后根据某段时间里数据的突变率，计算出城市管网爆管出现的区域，锁定其位置。
关键词：SCADA；数据库；突变率；爆管
0、引言
城市管网爆管是指由于城市管路上管道结构性损坏或局部压力过大，造成水管破裂，一般有明漏和暗漏之分。明漏是指水管破裂，由于水管破裂，供水管管内的水冲到地面，所以容易发现；暗漏是指，由于水管破裂，供水管管内的水不能冲到地面，所以更难发现。目前一些小型水务公司、乡镇水厂受资金、环境等客观因素影响，智慧水务信息化建设滞后，导致相关的GIS、DMA分区、管网分析等系统缺乏，无法有效的对管网漏损、爆管进行有效的分析。本文利用水务公司或水厂现有的SCADA软件进行二次开发和分析能有效的解决爆管分析及定位问题。
1、实现方法
水务公司一般都建有基于管网数据采集的SCADA软件平台，旨在实时管控管网的压力、流量、水质的情况，主要依靠操作人员的经验来判断和分析管网状态。
SCADA软件不管是基于VB、VC自主开发的还是基于组态软件（IFIX、INTOUCH）进行组态的，都具有二次开发功能。利用SCADA软件的二次开发能力，能有效的解决和关系数据库的存取问题，通过二次开发存储城市管网的压力和流量历史数据，然后通过分析一段时间内的数据，计算出城市管网供水管爆管点，以便快速准确进行抢修，使损失减到最少，断水时间缩到最短，同时把城市管网爆管点附近将产生的危险系数降到最低。具体思路如下：
.png)
图1-1 实现思路
2、爆管分析原理
本文使用的SCADA软件是IFIX 组态软件，利用IFIX 的ModbusRTU驱动实时采集城市管网中的关键点的压力和流量，然后利用IFIX VBA的编程语言将采集的实时数据存入关系数据库并建立模型库。
如果管网某段发生爆管，爆管点后附近的管道的供水压力和流量会减小，产生突变，急剧下降。利用IFIX的事件VBA编程功能，进行检索、查询数据库中的压力和流量数据，通过计算、分析这段时间内的压力突变率△PT和流量突变率量△FT。
突变率△=（某段时间内最大值 - 某段时间内最小值）/ 某段时间内最小值
（1）流量突变率公式为：
.png)
（公式 3-1）
其中：
△FT -- 流量突变率，m3/h；
FTMax -- 某段时间内最大值，m3/h；
FTMin -- 某段时间内最小值，m3/h；
（2）压力突变率公式为：
.png)
（公式 3-2）
其中：
△PT -- 流量突变率，MPa；
PTMax -- 某段时间内最大值，MPa；
PTMin -- 某段时间内最小值，MPa；
根据爆管分析模型所需的时间段检索和查询的数据，按公式计算后，将突变率△从大到小排序，分析比较压力突变率△PT和流量突变率△FT关系，当压力突变率△PT和流量突变率△FT同时为最大点就是管网爆管点。
3、爆管实现过程
3.1 检测点布置
管网检测点必须同时包含压力数据和流量数据，确保压力传感器和流量计的正常运行，确保上传数据的稳定及准确。同时通过压力突变率△PT和流量突变率△FT的对比，提高计算模型的准确率。
通过SCADA软件采集个管网检测点的压力和流量，采样频率所需不低于1秒，如果数据出现失真和丢失，则进行过滤机制，防止异常分析。管网检测点的布置需根据管网布置、压力不利点等相关要求进行布置，确保的相邻点的间隔距离合适，原则上越密集越好。
SCADA软件数据库管理器中定义监测点、通讯方式、采集频率等。
3.2 模型库的创建
创建数据模型，SCADA软件通过二次开发实现数据实时存储，数据存储保存时间需大于一周，并可实现在SCADA软件中以按时间间隔进行数据检索和查询。在模型库中建立压力和流量点对应关系表，用于检索和存储采集的历史数据中一段时间内压力和流量的最大值和最小值。
模型数据库中创建表tblHistTags。如图3-2所示：
其中：
TagName -- SCADA软件中的标记名；
Comment -- 检测点信息描述；
nm_ps -- 某段时间内最大值；
chg_ps -- 某段时间内最小值；chged_ps --某段时间内变化值；chged_rate -- 某段时间内突变率；
.png)
图3-1 定义标记和配置通讯协议
.png)
图3-2 压力和流量点对应关系表tblHistTags
检索SCADA软件历史数据库文件，并计算出某段时间内检测点的压力和流量的最大值、最小值和突变率，并存入模型库的tblHistTags表中。
3.3.爆管分析实现
管网发生爆管时，通过压力、或流量变化事件执行分析程序（本文采用VBA脚本实现），从模型库中读出相应爆管时段的检测点的管网压力和流量数据，并分别计算出这段时间内压力△PT和流量△FT的突变率，并且按由大到小的顺序排列，通过EXCEL文件或控件方式展现。
通过自动对比各个点压力和流量的突变率，如果两者的突变率都大于70%（可根据管网状态调整），则可以认为管网爆管，根据SCADA系统上离线地图确定位置。
检索和查询模型库tblHistTags表的数据并计算、排序，按突变率从大到小排序如下图所示：
.png)
图3-3：历史曲线，计算结果
3.4 VBA程序
查询模型库
"SELECT Comment，nm_ps，chg_ps，chged_ps，chged_rate，tagname FROM tblHistTags where（TagName Like '%PRESS%'）order by chged_rate desc"
conn.ConnectionString = "DSN = pwt；UID = sa；PWD =；"
conn.Open "pwt"，"sa"，""
结果计算及分析
While（Not res.EOF）
''find max and min value in recordset
Call QueryDatabase（res.Fields（"tagname"）.Value，dtStart，dtEnd）
res!nm_ps = maxVal
res!chg_ps = minVal
res!chged_ps = Abs（res!nm_ps - res!chg_ps）
If res!nm_ps > 0 And res!chged_ps > 0 Then
res!chged_rate =res!chged_ps / res!nm_ps * 100
Else
res!chged_rate = 0
End If
res.Update
res.MoveNext
Wend
res.Requery
Set gdPress.DataSource = res
With gdPress
.TextMatrix（0，1）= "管网测点"
.TextMatrix（0，2）= "正常压力（MPa）"
.TextMatrix（0，3）= "突变压力（MPa）"
.TextMatrix（0，4）= "压力变化（MPa）"
.TextMatrix（0，5）= "突变率（%）"
4、结论
利用水务公司或水厂现有的管网SCADA软件平台进行二次开发实现管网爆管分析和模糊定位。能很好的解决小型水司、乡镇水厂对管网分析的需求。
（1）对管网检测点压力、流量数据实时采集和存储，利用SCADA软件的二次开发能力，对采集的实时数据、历史数据进行实时分析和计算模拟出适合本地管网的爆管动态模型，实现了管网爆管的实时预警和历史记录及查询。
（2）在水司资金不充足、信息化建设不完善的情况下，基于SCADA系统的爆管分析能有效的解决管网爆管的及时定位、抢修确保管网的健康运行。
参考文献：
[1] 何芳 刘遂庆.供水管网爆管事故分析与对策探讨[J].管道技术与设备．2004（05）
[2] 黄廷林 张卉.基于百度GIS的供水运营管理信息系统分析与设计.给水排水.1002-8471
[3] 陈俊涛 何伟清 晏先辉.供水管网爆漏抢修新技术探讨.给水排水.1002-8471
[4] 徐玉岩 基于GIS的城市供水管网爆管预警模型研究.浙江工业大学.TU991.38 P208