一.概述

作为保障居民生活、企业生产、公共服务和消防等各方面用水的地下供水管线是城市基础设施的重要组成部分，也是城市管理部门进行规划、建设、管理的基础信息之一，更是供水企业实现“优质供水，服务社会”的前提，因此供水管线的质量以及管理方式的现代化水平对城市和供水企业而言具有重要意义。不仅如此，管网主干线上的工商业大用户仪表计量的水费占据水司高达70%的供水收入。

对于供水管网的运行状态，水司通常利用节点水表、压力表、水质在线仪等仪表数据来进行监测。换言之，供水管网维护的重点就是对管网中水表、压力表及其他仪表的实时监测与管理。

管网计量仪表特别是大口径结算水表、压力变送器等仪表一般安装在水表井的底部（北方地区）或是较为偏远的地段，抄表人员到现场需要打开井盖进入水表井才能抄到所需要的数据，遇到雨雪天气及冬季井盖结冰时无法正常读取水表数据，只能根据以往的用水量估算当前表数，造成计量数据的不准确。这都增加了抄表人员的劳动强度，降低了抄表人员的工作效率，同时给抄表人员的人身安全造成隐患。随着水费的上涨，用户私自改动表具、水司内部人员“人情收费”的现象屡见不鲜。直接影响了水司的经营效益，并给企业管理带来隐患。

针对以上情况，青岛积成电子股份有限公司推出城市供水管网计量实时监测与管理系统方案。该系统对供水管网上的工业用户、商业大用户、居民小区总表、管网节点表的水量和水压等情况进行监测，分析管网节点的水压、水量等，对于异常情况实时报警。同时可辅助分析夜间最低流量变化，评估区域漏损状况。监测数据也可用于供水调度评估、管网水力模型校验，降低供水公司产销差，提高供水企业的管网特别是大用户水表用水管理水平。

二.系统结构

城市管网计量监测与管理系统分为三部分：

第一部分是提供管理服务的iES-D1000供水管网计量监测与管理平台软件，实现包括数据采集与管理、客户服务、数据分析与报表、系统管理等功能。

第二部分是远程数据监测终端iES-D10S可实现采集各类信号传感（RS485总线、脉量、4-20mA模拟量），具备多种上行通讯模式（SMS、GPRS/CDMA、蓝牙等）。

备注：模拟量采集可以由我司另一型号设备完成。

第三部分是现场安装的智能仪表设备包括流量计、远传大口径水表等。

系统结构图如下：

三.供水管网计量监测与管理平台软件

我司通过了欧标的集成能力成熟度CMMI3级认证。该平台软件遵照SOA设计理念，采用B/S与C/S架构相结合的方式，具有良好的扩展性和丰富的标准接口，有利于功能扩展及系统对接。

3.1软件主界面

系统主界面包含标题栏、菜单栏、监测点列表、仪表实时数据、状态栏等基础信息。

3.2支持云平台托管

“云平台”托管服务，是指系统服务接收端运行在积成中心机房，以网页访问的形式为客户提供展示服务。用户体验与自检计算机中心几乎一致，仅仅是将数据保存在积成服务器端。支持传统互联网和移动互联网访问。

减少客户前期对于服务器、运营网络的投资，仅仅安装现场仪表和采集设备后即可体验完整系统方案。

3.3数据采集功能

●数据采集：支持采集远程数据监测终端D10等设备的现场数据，也可支持透传方式直接采集智能仪表的数据。每个监测点的采集模式可自定义设置，如自定义采集周期、上传间隔等。

●数据补抄：支持在采集设备掉电恢复、通讯中断恢复等异常情况下进行数据补抄，保证系统数据的完整性，补抄时间跨度不低于一个月。

●通讯报文存储：具有对接收和发送的通讯报文进行监视、存储和调用功能，方便分析管理。

3.4数据查询与曲线 

支持列表、曲线、柱状图等多种数据查询方式。

运行状况管理管理图

3.5数据报表及打印

（1）可按照用户要求生成各种统计报表，如日报、月报、年报等。

（2）采用标准的Excel报表。

（3）可以直接打印各种报表。

报表统计图

3.6智能用水分析

3.6.1  区域漏失分析

通过在系统档案里设置分级计量仪表及对应关系，自动计算总分表的供水差。

结合户表远传系统和小区考核表可以实施小区漏失分析。

3.6.2  口径匹配分析

根据水表的流量分析，结合水表参数，分拣出大表小用、小表大用等情况，建议改用更加适合终端用户用水规律的水表型号规格，使水表处于最佳工作状态。

3.6.3  用水趋势分析及对比

根据实际情况，可以对单个仪表在不同时间段内，按照时、日、月并列比较流量、水量或者压力走势。

也对同一类型和性质的仪表，如同口径、同行业性质用户、相似用水习惯的仪表，比较它们在同一时间段内的流量、水量或者压力走势。

3.7报警信息及操作日志

3.7.1  通讯线断线报警

当信号线断开时，系统自动报警。

3.7.2  异常移动报警

当终端非法移动时，系统自动报警，防止非法破坏。

3.7.3  越限报警

自学习型报警算法，报警限值曲线支持伴随实测值曲线同时展示。

报警类型包括3大类：固定值报警、预测值报警，混合值报警。

1） 固定值报警

将量测报警上下限设置为固定值。

例如压力报警的上限为0.5Mpa（Pmax），下限为0.2MPa。

固定值报警不区分时间阶段，只要设备量测有数据传到主站软件平台上，软件平台判断数据是否超过报警上下限，如果超过报警上限或者下限，主站生成事项，存入数据库事项表中，并在人机会话界面提示。

2） 预测值报警

预测值报警是先根据前1-5天的历史数据生成当天的预测值，然后根据预测值上下浮动百分比计算得出的报警阈值。其中1-5可设置，百分比可设置。

3） 分时段混合报警

分时段混合报警是在固定值报警和预测值报警的基础上做分时段的设置，可支持到8个时段。时段可以交差。如可在夜间0点至3点时段设置固定值报警，在正常用气时段17点至21点设置预测值报警。

3.7.4  操作日志

记录所有登录人员的操作，可进行操作日志查看。日志不可删除。

3.8设备档案管理及合同管理

所有管网节点、工业用户、商业用户、居民用户等均作为监测点进行统一管理。支持分级管理、分类管理等多种管理方式，其中分级管理用于核算产销差、区域漏失分析等，分类管理用于供水结构分析、供水方案分析等。

客户档案：档案信息包括用户编号、客户姓名、手机号码、地址、小区名称、用户类型、仪表数量等详细信息； 

表具信息：表号、仪表品牌、型号、口径、参数（如大口径水表的Q1/Q2/Q3/Q4）、公称通径、量程（最大流量，Qmax）、最大压力（Pmax）、温度范围、表底数、表安装时间、安装位置等。可根据安装维护时间，设置下次周检提醒业务。

合同管理：系统支持合同管理。用户的用水价格策略可根据用户类型如可中断、不可中断，商业用户、工业用户、小区总表等进行分别设置。

四.远程数据监测终端iES-D10S

4.1技术性能与主要参数

4.2配置高灵敏度、高增益天线

远程数据监测终端采用自主设计的高灵敏度、高增益天线。天线浸没水下≤30cm时仍能保证数据的连续、可靠传输。

4.3数据采集功能

D10S远程数据监测终端具有丰富的通讯接口：

1路RS485总线(可带载5块表计)；

2路脉冲量；

2路4-20mA模拟量；

单台设备最多可同时挂接多达9块仪表。

4.4支持多种通讯协议

远传数据监测终端预置多种通讯协议。目前可以接入远传大口径水表（如申舒斯、真兰、连利、潍微、山科等）、流量计（西门子、ABB、大连海峰、开封青天、唐山汇中等）。

整体嵌入式软件采用模块化设计，支持定制协议，方便扩展。

4.5防护等级IP68

主要电路部分采用环氧树脂灌胶。

独立设计的接线端子盒。

防持续潜水影响，保证无灰尘进入。

符合GB 4208-2008，第三方权威认证，满足浸水环境使用

4.6大容量数据存储

远程数据监测终端的采集存储间隔最小可设置为1分钟。支持灵活设置数据采集存储周期（1-65535分钟可设置）。

配置8M存储器，按照10分钟采集存储间隔，D10终端至少可以存储所有仪表1年的历史数据。

保证数据的完整性和正确性。终端在断电情况下，iES-D10S远程数据监测终端保存的数据不会丢失。。

防止在网络通讯失败后，数据记录和报警记录不丢失。网络恢复后，终端可自行上报漏传记录、历史记录。

4.7数据上传灵活可靠

可兼容多种数据上传方式，上传数据支持GPRS/CDMA、SMS方式传输数据。

同时设备具有蓝牙通讯接口，方便对终端设备进行设置调试、批量导出数据、程序升级。

通讯稳定可靠，在数据链路中断后，设备能自动识别状态，数据链路正常后，设备能够自动建立链接，并将未上传的数据补充上传完整。

4.8抗干扰能力强

远程数据监测终端抗电磁干扰能力强，从外观设计角度就考虑了高频信号对主板等模块的干扰影响，科学合理的设计方案从源头控制了干扰因素的影响。从生产检测方面，通过严格的检测和高档的针对性检测设备的检测，保证了出厂产品抗干扰度高。

4.9防破坏性能力强

从设计和选材的角度决定了防破坏能力的好坏，从系统自检报警功能进一步完善了防破坏能力。

iES-D10S远程数据监测终端具备系统工作状态自检功能，包括：

●数据采集信号中断实时报警；

●异常移动实时报警；

●通讯模块检测异常情况报警；

●采集模块异常数据报警等

注：通讯部分检测异常报警，待问题排除并通讯稳定后，可自动恢复上传。

4.10 现场维护方便

配备液晶显示屏：iES-D10S远程数据监测终端数据采集准确可靠，并且数据可即时在显示窗口，显示流量、异常信息、电池信息等，方便数据现场校对。

嵌入式固件远程升级：远程数据监测终端支持固件远程升级程序，升级过程中支持断点续传。方便设备功能扩展和系统扩容，如有新接入仪表或是定制新功能时使用。

五.现场仪表

现场仪表主要包括流量计、光电直读式大口径水表、超声水表、液位仪等设备。

5.1普通机械式水表改造（脉冲远传）

根据水表基表厂家的不同，可以选配不同的磁针和脉冲传感器。

可在现场直接改造，充分保护原有投资。

可检测开关信号和断路、短路信号。

应注意根据水表指针轴的粗细不同，从而选择匹配合适的磁性指针（一般三位指针的水表与四位指针的水表指针轴粗细不同，三位指针的水表指针轴粗，四位指针的水表指针轴细；冷、热水表指针不同）。

脉冲常数可根据用户需要设置为100P/m³、10P/m³、1P/m³。（用户可根据水表的口径及配套系统选择合适的脉冲常数，1P/m³的意思为每立方1个脉冲，磁性指针安装在×0.1指针位上面）。

5.2RS-485型光电直读垂直螺翼大口径水表

垂直螺翼型直读式水表是一种采用光电直读抄表技术的可拆卸垂直螺翼式、磁传干式直读式智能水表，该表流通能力大、压力损失小、计量精度高、使用寿命长，可以测量水质较硬或含垢、含悬浮颗粒的水质。计数器真空密封，读数永久保持清晰。可拆式结构，使水表不必从管道拆下，机芯便可取出修理或更换，保养及维修方便。

作为标准智能仪表，与流量计兼容，采用RS-485接口方式和标准通讯规约。可以和第三方的RTU、PLC和抄表装置通讯。可配合各种智能终端使用，应用于城镇供水企业、水资源管理部门和其它需要水流量计量管理的自动化系统。

该系列水表配置有青岛积成电子有限公司的直读远传模块，采用光电直读抄表技术，直接读取当前表盘示数，抄表准确率100％。

5.2.1技术参数

●读表方式：光电直读技术，直接输出表盘数据，没有脉冲累计误差

●基表口径：可以适应从DN40—DN200的全部水表

●通讯规约：建设部标准规约或用户约定的其它规约

●通讯方式：RS-485

●工作电源：DC 12V，由抄表装置提供

●水温：冷水表：0～50℃，热水表：≤90℃。

●水压：不超过1.6Mpa

●可安装在室外(C类)，适用于住宅、商业及轻工业领域(E1)

●水表有防护装置，具有有效的封印和防拆环，封印标志不易被破坏，能够有效防止未经许可的改变读数显示行为。

●表壳材质为球墨铸铁，内外表面经静电喷塑处理，无气泡或漆块堆积。

5.2.2外形尺寸及重量

5.2.3技术性能

最大允许误差

●在从包括最小流量在内到不包括分界流量的低区中的最大允许误差为±5％。

●在从包括分界流量在内到包括过载流量的高区中的最大允许误差为±2％。

●电磁兼容性能

●静电放电抗干扰度――3级

●射频电磁场辐射抗干扰度――2级

●电快速瞬变脉冲群抗干扰度――2级

●浪涌冲击抗干扰度――2级

5.3流量计/电磁水表/超声水表

流量计主要包括各种电磁流量计、超声波流量计、电磁水表、超声水表等。

仅需仪表具备RS485总线接口远传接口即可

需要仪表厂家提供通讯规约协议。

六.供电

6.1电池供电

4节大容量可更换锂电池，天模式（1小时采集一次，1天上传一次）可使用3年。

6.2太阳能供电

终端同时可以使用太阳能24V外部供电。

系统由太阳能电池组件部分（包括支架）、控制箱 （内有控制器、蓄电池）和灯杆几部分构成；太阳能电池板光效达到127Wp/m2，效率较高，对系统的抗风设计非常有利；。 

控制箱箱体以不锈钢为材质，美观耐用；控制箱内放置免维护铅酸蓄电池和充放电控制器。本系统选用阀控密封式铅酸蓄电池，由于其维护很少，故又被称为“免维护电池”，有利于系统维护费用的降低；充放电控制器在设计上兼顾了功能齐备（具备光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等）与成本控制，实现很高的性价比。 

2.工作原理

系统工作原理简单，利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池白天电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚当照度逐渐降低至10lux左右、北京盛日科技太阳能电池板开路电压4.5V左右，充放电控制器侦测到这一电压值后动作，蓄电池对灯头放电。蓄电池放电8.5小时后，充放电控制器动作，蓄电池放电结束。充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。 

3.设计思想

1,太阳能电池组件选型 

设计要求：北京地区，负载输入电压24V功耗34.5W，每天工作时数8.5h，保证连续阴雨天数7天。 

⑴ 北京地区近二十年年均辐射量107.7Kcal/cm2，经简单计算北京地区峰值日照时数约为3.424h； 

⑵ 负载日耗电量 = = 12.2AH 

⑶ 所需太阳能组件的总充电电流= 1.05×12.2×÷（3.424×0.85）=5.9A 

在这里，两个连续阴雨天数之间的设计最短天数为20天，1.05为太阳能电池组件系统综合损失系数，0.85为蓄电池充电效率。 

⑷ 太阳能组件的最少总功率数 = 17.2×5.9 = 102W 

选用峰值输出功率110Wp、单块55Wp的标准电池组件，应该可以保证路灯系统在一年大多数情况下的正常运行。 

4.蓄电池选型

太阳能供电系统中，蓄电池的性能好坏直接影响系统的综合成本及运行好坏和使用寿命，本方案中选用我公司与中国科学院金属研究所联合研制的最新成果储能型胶体蓄电池， 与普通的铅酸电池相比，它在设计上和制造工艺上有以下突出特点： 

使用寿命超长，正常情况下使用寿命为五到十年。 

采用适合的正负极合金配方及活性物质配比，使电池更加适合储能电池循环充、放电的使用特点。 

胶体电解液的设计，有效的抑制活性物质的脱锈和极板的盐化现象，从而延缓了电池在使用过程中的性能衰降。大大改善了电池的深充放循环寿命。 

5.电池组件支架

1) 倾角设计

为了让太阳能电池组件在一年中接收到的太阳辐射能尽可能的多，我们要为太阳能电池组件选择一个最佳倾角。 

关于太阳能电池组件最佳倾角问题的探讨，近年来在一些学术刊物上出现得不少。本次路灯使用地区为长沙地区，依据本次设计参考相关文献中的资料[1]，选定太阳能电池组件支架倾角为16o。 

2)抗风设计

在太阳能路灯系统中，结构上一个需要非常重视的问题就是抗风设计。抗风设计主要分为两大块，一为电池组件支架的抗风设计，二为灯杆的抗风设计。下面按以上两块分别做分析。⑴ 太阳能电池组件支架的抗风设计 

依据电池组件厂家的技术参数资料，太阳能电池组件可以承受的迎风压强为2700Pa。若抗风系数选定为27m/s（相当于十级台风），根据非粘性流体力学，电池组件承受的风压只有365Pa。所以，组件本身是完全可以承受27m/s的风速而不至于损坏的。所以，设计中关键要考虑的是电池组件支架与灯杆的连接。 

在本套路灯系统的设计中电池组件支架与灯杆的连接设计使用螺栓杆固定连接。

6.控制器

太阳能充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。基本功能必须具备过充保护、过放保护、光控、时控与防反接等。 

蓄电池防过充、过放保护电压一般参数如表 

1)当蓄电池电压达到设定值后就改变电路的状态 

在选用器件上，目前有采用单片机的，也有采用比较器的，方案较多，各有特点和优点，应该根据客户群的需求特点选定相应的方案，在此不一一详述。 

2)表面处理 

该系列产品采用静电涂装新技术，以FP专业建材涂料为主，可以满足客户对产品表面色彩及环境协调一致的要求，同时产品自洁性高、抗蚀性强，耐老化，适用于任何气候环境。加工工艺设计为热浸锌的基础上涂装，使产品性能大大提高，达到了最严格的AAMA2605.2005的要求。