国内给水行业自动化与信息化技术发展现状与存在问题

1．概述

　　城市给水自动化, 传统的概念是指利用机器设备去监测给水过程的参数，并（或）连续地操作执行机构的过程。这一过程既可能与水量有关（如流量、水位、机泵状态等），也可能与水质有关（如浊度、投加等）。随着技术的发展，企业经营活动中的自动管理系统也逐渐纳入自动化的范畴里。给水系统信息化则是指将信息技术与企业的生产经营活动相结合，建立完善的信息采集和处理机制、管理机构和手段，以提高企业的效率和效益。

　　给水行业的信息化和自动化涉及企业的生产、经营管理和客户服务等领域。对于给水企业的信息系统和自控系统，尽管有各种不同的分类、命名和组织方法，但通常可以表述为以下系统：

　　　　¨ ——给水企业计算机网络系统（Intranet和Internet）；

　　　　¨ ——给水计算机辅助调度系统（SCADA系统）；

　　　　¨ ——净水厂集散型控制系统（DCS系统）；

　　　　¨ ——供水管网信息管理系统（GIS系统）；

　　　　¨ ——自来水客户服务系统；

　　　　¨ ——查表和营业收费系统；

　　　　¨ ——给水管理信息系统（MIS系统）,含水质信息管理系统（LIMS）；

　　　　¨ ——给水动态数学模型系统；

　　　　¨ ——计算机辅助决策系统。

　　保证水量，提高水质，保障安全，优质服务，和降低成本是城市给水行业当前的中心任务，而自动化和信息化则是完成该任务的重要的技术手段。城市给水系统有下面特点：按静态负载进行设计和建设（按最大能力），按动态负载运行（通常不是工作在最大能力情况）。这就会导致以下结果：有时生产能力过大，有时生产能力不足，造成浪费或缺水。给水系统中自控系统和信息系统的作用，就是要将给水系统的工作状态保持在较好的水平上。从不监测或人工监测变为在线监测；从人工操作到半自动或全自动操作；从药剂和能源的定量或不受控制的使用到实时优化使用；从药剂和能源购买的被动状态到主动状态。从而提高生产的效率和企业的效益。显然，上述的两种负载的“差距”越大，自控化和信息化的效益越明显。

2．国内的发展现状与问题

　　在20世纪70年代，我国的城市供水企业就开始应用自动化技术。改革开放的政策使自来水行业获得了大量的发展资金，各水司纷纷建设自动化的新水厂及给老厂配备自控系统。到90年代，国家建设部制定了“城市供水行业2000年技术进步发展规划”（以下简称“规划2000”）,指导整个行业的技术进步。在“规划2000”的指导下，自动化在自来水行业受到了普遍的重视。大型的新建水厂几乎都装备了PLC系统，在供水调度自动化方面，许多水司也建立了可靠性高、开放性好、实用性强的SCADA系统。在管网建模方面，许多水司也作了有益的探索，有些也取得了良好的效果。为了指导我国城市供水事业的发展，国家建设部和中国城镇供水协会目前正在制订“供水行业2010技术进步发展规划和 2020远景目标”，其中将自动化和信息化作为一个专项课题进行研究。我们相信，这个即将出台的规划会大大地促进水行业自动化应用的发展。

　　在2003年7月至11月期间，我们进行了一次自来水行业自动化应用情况的调查。调查范围涉及近100个自来水公司，281个水厂。其中，实地考察了6个水司，发了数百份调查问卷，召开了20个自来水公司100多人参加的座谈会。调查内容包括：自动化和信息化建设和应用的九个主要方面（生产过程自动化系统；管理自动化系统；高级控制技术探索）的情况；以及有关的观点和建议。调查的对象分布在中国的北京、广东、浙江、江苏、山西、海南、黑龙江、辽宁、四川、青海等省市，既有发达地区，也有欠发达地区，既有大城市，也有小城镇，其中一类水司6个，二类水司8个，三类水司39个，四类水司45个（注：一类：最高日供水量超100万吨；二类：最高日供水量50-100万吨；三类：最高日供水量10-50万吨；四类：最高日供水量低于己于10万吨）。

　　调查结果综合汇总于表2-1、图2-1、图2-2和图2-3。

　　从调查数据可以得到以下几点结论：

一，自动化和信息化建设得到了很大的发展。

　　表2-1列举的调查数据说明，自动化和信息技术受到了普遍的重视。各地新建了一大批现代化水厂；老水厂和老系统得到了改造；净水厂从手动控制向自动控制方向发展；信息化和自动化技术得到普遍应用；各水司的计算机应用已普及到营业、管网管理、材料、计划、财务、劳资、设计与施工的各个领域。特别是生产监控系统和营业收费管理系统，其应用比例高于其他信息系统。此类系统是信息化的基础，相对其他系统来说比较容易实现，也能直接地体现效益。比如，水厂自控系统的应用就大大节省了人力，如：广州西洲水厂（50万立方米/日）、绵阳第三水厂（10万立方米/日）的生产过程由PLC系统自动控制，每班只需3-4人值班。许多自来水公司不同程度上采用了信息化技术，每年因此而在降低能耗、药耗、漏耗上的节省的费用十分巨大可观。同时自动化和信息化技术的应用极大地提高了自来水公司的供水水质、提高了供水的安全可靠性，提高了公司的管理水平。大量确切的数据证明，各地水司都创造了良好的经济和社会效益。

二，整体发展水平尚需提高。

　　自动化和信息化技术应用发展的差别包括两个方面：各类水司之间的差别，以及企业内各类系统应用的不平衡。如图2-1所示，一、二类水司自动化和信息化的程度远远高于三、四类水司。数量占绝大部分的第三、四类水司，水厂装备DCS 系统的比例不到50%，调度SCADA系统的比例略高，但由于可用性等方面的原因，相当一部分未能发挥应有的作用。在管理信息化方面，存在的问题更多些，从整体上说是：硬件设备安装的多，软件应用的少。在应用方面，是简单的单项应用多，而能支持管理和决策的应用少。

　　对供水现代化的观念缺乏整体认识，发展中存在一定的盲目性。不同类型的水司的信息化技术分别应该达到什么程度？如何的配置才是科学的和合理的？调查显示，在有限的资金的条件下，自动化和信息化系统配置的合理性和可用性仍需要探索和改进。

　　此外，决策支持系统尚没有应用。也就是说，尚没有一个水司全面实现了生产和管理的自动化。

三，系统的可靠性问题依然存在。

　　通过自控系统，人们可以对给水设施进行操作、管理和维护。自控系统的可靠性是非常重要的。但由于受到资金和技术的限制，一些水司采用了一些可靠性较差的系统，以至经常发生故障而未能发挥应有的作用。针对此情况，“规划2000” 对自动化系统的可靠性和可用性作出了明确的要求。经过几年的努力，情况有了很大的改善。在48个有效的调查数据中，有62%认为首先应关注可靠性，如图 2-2所示。

四，信息孤岛现象普遍

信息孤岛是指已经建成的各个子系统之间的数据不能互相利用，造成信息资源浪费；已经利用的数据则仅用在显示，缺乏深度处理用于管理和决策。

出现信息孤岛这种现象的原因是各个子系统之间缺乏集成和整合，软件开发水平不高。可喜的是，越来越多的水司认识到自控系统之间、以及自控系统与其他信息系统（如GIS,MIS,Modeling）之间集成的重要性。系统间的集成和数据共享能提高企业的运作效率和效益。调查结果显示，38%的水司认为系统集成是他们首要解决的问题，如图2-2。

五，自动化技术应用的重点，逐步转向水处理和配送过程的模拟及优化。

　　一些水司已开始探索知识库（KBS）、管网水力模型和专家系统的应用。例如，成都水司在2001年，采用SyneerGEE3.3软件，建立了供水管网的动态水力模型。成功地将模型模拟运用于三环路输水管投产运行模拟、六厂输水管线与三环路碰管实施方案模拟、调度方案模拟、大型管网维修方案模拟以及重要输水管管径优化模拟等。广州水司也应用专家系统，进行水量预测。表2-1数据显示，11.9%的水司进行水力模型的探索。

六，调查还发现，有53%的水司自动化专业人才不足，导致系统维护困难。平均来说，自动化专业人员数量仅占所有技术人员的13%，如图2-3所示。

七，另外，有一些水司提出需要相关的标准和规范。这些问题是自来水行业自动化应用发展的障碍。

　　我国是发展中国家，幅员广大，人口众多，各地区的经济发展不平衡。在发达地区的水厂应用先进的控制技术和设备的时候，落后地区的水厂也许只是手工操作生产。尽管作出了许多的努力，也取得了许多进步。但总体来看，我国给水行业自动化和信息化的水平与发达国家相比较尚存在着一定的差距，需要补的课很多，面对国际信息革命的汹涌潮流，迎头赶上的任务非常繁重。

序号	实施项目	1～4类水司			第1类水司供水量超100万m³/d			第2类水司供水量超50万m³/d			第3类水司供水量超10万m³/d			第4类水司供水量小于10 m³/d
序号	实施项目	已建	总数	比例	已建	总数	比例	已建	总数	比例	已建	总数	比例	已建	总数	比例
1	给水计算机辅助调度系统（SCADA系统）	70	98	71％	6	6	100％	7	8	88％	32	39	82％	25	45	55％
2	水厂自动控制系统（DCS系统）	134	281	48％	20	47	43％	25	36	69％	54	125	43％	35	73	48％
3	供水管网信息管理系统（GIS系统）	36	97	37％	5	6	83％	4	8	50％	15	39	38％	12	44	27％
4	自来水客户服务系统	25	88	28％	3	6	50％	4	8	50％	13	34	38％	5	40	13％
5	抄表和营业收费系统	81	98	83％	6	6	100％	8	8	100％	36	39	92％	31	45	69％
6	给水企业计算机网络系统（Intranet和Internet）	37	97	38％	6	6	100％	5	8	63％	18	39	46％	8	44	18％
7	给水管理信息系统（MIS系统）	12	87	14％	4	6	67％	1	7	14％	7	35	20％	0	39	0％
8	给水动态数学模型系统	10	89	11.2％	3	6	50％	1	8	13％	3	35	9％	3	40	8％
9	计算机辅助决策系统	0	98	0％	0	6	0％	0	8	0％	0	39	0％	0	45	0％