城市供水管網(wǎng)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,、規(guī)模巨大的管線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是城市賴以生存的血脈,。近年來,，隨著技術(shù)進(jìn)步和改造資金投入，多數(shù)供水企業(yè)建立了供水?dāng)?shù)據(jù)監(jiān)測與控制系統(tǒng)(SCADA),，實現(xiàn)了水源和原水輸送系統(tǒng)監(jiān)測,、凈水構(gòu)筑物和工藝設(shè)備監(jiān)控以及供水管網(wǎng)測壓等功能，但閥門啟閉和調(diào)節(jié)還必須依靠操作工人到現(xiàn)場手動完成,。管網(wǎng)閥門是供水系統(tǒng)中的重要設(shè)施,，起到輸送,、關(guān)斷、調(diào)節(jié)供水流量,、壓力和改變流向等管網(wǎng)調(diào)控作用,，是供水系統(tǒng)暢通輸配和管網(wǎng)搶修、維護(hù),、改造的重要保證措施,。因此閥門作為管網(wǎng)中的一個重要設(shè)備，如何更好地管理,，對搞好管網(wǎng)建設(shè)及運行管理顯得越來越重要,。
1 供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)
通常供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)由四部分組成(如圖1所示)：管網(wǎng)參數(shù)測量，閥門智能控制系統(tǒng),，管網(wǎng)監(jiān)測中心,，閥門電動執(zhí)行機構(gòu)。其原理是通過傳感器遠(yuǎn)程采集管網(wǎng)系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù),，經(jīng)有線或無線等方式將信號傳遞到企業(yè)管網(wǎng)控制中心和閥門智能控制系統(tǒng),，閥門智能控制系統(tǒng)根據(jù)傳送來的適時反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)，控制電動執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行閥門調(diào)節(jié),。其中閥門智能控制系統(tǒng)是控制的核心部分,。
2 管網(wǎng)參數(shù)測量
供水管網(wǎng)監(jiān)測點一般要求測量壓力、流量,、流速,、流向四路數(shù)據(jù)。所以現(xiàn)場需要配置壓力,、流量,、流速、流向變送器,，然后通過有線或無線的方式把參數(shù)信號發(fā)送到閥門智能控制終端或管網(wǎng)監(jiān)測中心,。對主管道應(yīng)分段測量，如圖2所示,。
閥門V1的參數(shù)監(jiān)測模塊位于閥門V2前方,，閥門V2的參數(shù)監(jiān)測模塊位于閥門V3前方。如此類推,，這樣參數(shù)監(jiān)測模塊才能準(zhǔn)確地把主管道L1,，L2，…段的參數(shù),，反饋給閥門智能控制系統(tǒng)和管網(wǎng)監(jiān)測中心,。
3 閥門智能控制系統(tǒng)
閥門智能控制系統(tǒng)可獨立地對傳遞來的管網(wǎng)參數(shù)信號進(jìn)行處理，根據(jù)處理后的結(jié)果向閥門電動執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出執(zhí)行信號,，還可以把參數(shù)上傳到管網(wǎng)監(jiān)測中心,。閥門智能控制系統(tǒng)可由計算機系統(tǒng),、單片微型機系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)等來實現(xiàn),。本文以單片機為控制核心并給出了針對某一測量點的設(shè)計方案,。
3．1 硬件設(shè)計
閥門智能控制系統(tǒng)主要包括主控制器CPU、A／D,、D／A,、8255A、6264SRAM,、按鍵輸入電路,、LED顯示電路、報警電路,、時鐘和復(fù)位電路,，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。
系統(tǒng)以AT89C52單片機為核心,，配合相應(yīng)的傳感器將檢測到的壓力,、流量、流速,、流向四路數(shù)據(jù)經(jīng)變送器處理后,，轉(zhuǎn)換成0～5 V標(biāo)準(zhǔn)信號，送ADC0809芯片進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換,，單片機每隔500 ms循環(huán)采樣一次,，采樣5次后進(jìn)行中值濾波，經(jīng)數(shù)據(jù)變換后,，在LED上顯示各參數(shù)的實際值(工程量),，并將信息發(fā)送到管網(wǎng)監(jiān)測中心。同時檢測值與給定值進(jìn)行比較,，根據(jù)比較結(jié)果輸出控制信號經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后輸出控制電壓,，驅(qū)動閥門電動執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)對閥門的自動調(diào)節(jié),。
為了增加系統(tǒng)的靈活性,，設(shè)計了一個4×4的矩陣式鍵盤。鍵碼0～9為輸入的數(shù)字量,，按“A”鍵,，顯示壓力；按“B”鍵,，顯示流量,；按“C”鍵，顯示流速,；按“D”鍵,，顯示流向,；按“E”鍵，撤銷報警,；按“F”鍵,，投入報警。
3．2 軟件設(shè)計
系統(tǒng)應(yīng)用程序由主程序及中斷服務(wù)程序兩大部分組成,。
3．2．1 主程序
主程序程序框圖如圖4所示,。包括三個主要環(huán)節(jié)：一是實現(xiàn)各種初始化，包括設(shè)置堆棧指針,、8255A芯片初始化,、定時器／計數(shù)器0初始化、以及開中斷,、定時器／計數(shù)器啟動等,。二是實現(xiàn)顯示(按照人機對話功能顯示各種不同參數(shù))。三是不斷進(jìn)行鍵盤掃描,，判斷是否有鍵按下,，若無鍵按下，則返回顯示,；如有鍵按下,，則根據(jù)所按鍵實現(xiàn)相應(yīng)的人機對話功能。
3．2．2 中斷服務(wù)程序
中斷服務(wù)程序主要包括采樣,、數(shù)據(jù)處理,、報警、控制算法及控制值輸出等環(huán)節(jié),，均以調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn),，程序框圖如圖5所示。
4 管網(wǎng)監(jiān)測中心
管網(wǎng)監(jiān)測中心的信息處理系統(tǒng)可由計算機系統(tǒng)實現(xiàn),。通過RS 422／RS 485／Lonworks等不同的網(wǎng)絡(luò)接口,，使閥門終端接入網(wǎng)絡(luò)中。管網(wǎng)監(jiān)測中心根據(jù)傳遞來的管網(wǎng)參數(shù),，通過后臺監(jiān)控軟件可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的記錄,、分析處理、在控制中心的顯示屏上實時顯示出管網(wǎng)運行狀態(tài)及各種所需數(shù)據(jù),，并提供出解決方案,。如果數(shù)據(jù)異常，可發(fā)出報警提示職守人員,。管網(wǎng)監(jiān)測中心對閥門電動執(zhí)行機構(gòu)的控制權(quán)高于閥門智能控制系統(tǒng),。
5 閥門電動執(zhí)行機構(gòu)
閥門電動執(zhí)行機構(gòu)中的閥門采用電磁閥。電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備,，用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向,、流量,、速度和其他的參數(shù)。電磁閥里有密閉的腔,，在的不同位置開有通孔,，每個孔都通向不同的油管，腔中間是閥,，兩面是兩塊電磁鐵,，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊。通過控制閥體的移動來檔住或漏出不同的排油的孔,，然后通過油的壓力來推動油剛的活塞,，活塞又帶動活塞桿，活塞竿帶動機械裝置動,。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制了機械運動,。另外，閥門還需配置手動調(diào)節(jié)的手柄,，以備系統(tǒng)出現(xiàn)故障時以手動調(diào)節(jié)閥門,。
6 結(jié) 語
城市供水管網(wǎng)檢測及閥門智能控制系統(tǒng)的主要目的是解決自來水公司對供水管道中各監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控以及閥門開關(guān)的自動控制,。便于及時迅速地了解及控制管道及閥門,，降低了故障率和檢修時間，減少停水次數(shù),，提高了供水企業(yè)的服務(wù)水平,，從而實現(xiàn)了城市供水的信息化、現(xiàn)代化,。