自動化測控系統在農村供水中的應用

李海斌

（新疆奇臺縣水利局農村供水站 新疆 奇臺 831800）

1 引言

奇臺縣共有6鎮9鄉，下轄102個行政村，388個村民小組，總面積1.93萬km2，總人口為23萬人，其中農業人口16.167萬人。從1995年至2005年國家實施改水防病人畜飲水工程建設，奇臺縣已陸續建成人畜飲水工程127處，由于點多線長，投資不足加上當時材料、設計、管理等種種條件限制，工程多數帶病運行，能正常運轉的只占29%，管徑小也造成供水不足。鑒于奇臺縣工程的以上現狀，“十一五”以來，奇臺縣把飲水安全工作作為維護最廣大人民根本利益、落實科學發展觀的基本要求，按照“重點突破，整體推進”的原則，科學制定規劃，按照奇臺縣安全飲水供水水源、流域分布位置，結合建成和在建工程現狀，本著整合資源和節約投資的原則，在反復論證的基礎上，選用奇臺縣南部山區五條河流河床潛流水作為供水水源，采用重力輸水的方式輸水，規劃為五大集中供水系統。從2006年至2010年，奇臺縣農村供水站先后建成了5座水廠及6座調節蓄水池，新建12個鄉鎮主、支及分支管道800km，利用老管網200km。新建成的三個供水系統管網長度從水源到管網末端高差在700m左右，管網分布3000km2范圍，原本分散的供水系統也逐步相連成了三大供水系統。集中供水工程的建成，使供水范圍的不斷擴大，供水量不斷增加，生產運行和管理不斷復雜化。為了加強水資源統一管理，實現管網統一調度，保證供水管網安全，科學調配水量，從2008年～2010年先后投資一百多萬元，逐步建立起一套適合奇臺縣農村實際發展需要的供水自動化測控系統，該系統的建成已經成為提高奇臺縣農村供水管理水平，實現管網優化調度，確保水廠安全供水的有效手段。

2 農村供水自動化測控系統工作原理

目前，農村自來水自動化測控系統中采用的數據通信可簡單分為有線和無線兩大類，在農村測控系統中，由于農村各管網測控點分布范圍廣、數量多、距離遠，又要向電信部門申請很多電話線，有些測控點線路還難以到達，況且電話撥號速度慢，運營成本較高，因而測控系統采用有線通信方式建設周期長、工作難度大、運行費用高，不便于大規模使用；與之相比，無線通信方式則顯得非常靈活，它具有投資較少、建設周期短、運行維護簡單、性價比高等優點。目前，隨著無線技術的發展，在農村供水中自動化測控系統中借助移動通信公司的GPRS業務平臺，構建農村自動化供水測控系統的通信網絡，實現農村自動化監測點數據的無線傳輸，成為一種高性價比的組網方式。該方式可充分利用現有網絡，具有縮短建設周期、降低建設成本等優點，而且設備安裝方便，維護簡單。

各測控子站通過GPRSMODEM接入到中國移動通信的GPRS網絡，中國移動的GPRS網絡與Internet網絡是互通的，都支持TCP/IP協議，這樣監測的數據就可以傳輸到監控中心。這種方式需要監控中心采用固定公網IP方式接入到Internet網絡，以實現各測控子站的尋址。奇臺縣農村供水自動化測控系統選用中國移動的GPRS系統作為系統傳輸信道。

3 自動化測控系統在奇臺縣農村供水工程中的應用

3.1 系統概述

奇臺縣農村供水自動化測控系統采用無線數據通訊方式或無線、有線相結合的方式，綜合運用電子技術、現代通訊技術、計算機軟件等技術。供水自動化測控系統由監控中心（供水調度SCADA系統）和各個測控子站組成，各個測控子站的數據采集終端采集水位、壓力、流量、水處理信號等各種數據，供供水站及有關部門分析和決策取用，以提高工作效率，保證供水質量，滿足日益增產的用水量的需求。

3.2 系統組成及功能

奇臺縣農村自動化測控系統由監控中心（供水調度SCADA系統）和各個測控子站（蓄水池自控系統、深水井機泵變頻恒壓自控系統、管網測壓測流系統、蓄水池安防視頻報警系統）組成。

3.2.1 監控中心（供水調度SCADA系統）

在奇臺縣農村供水站建立供水監控中心模擬屏顯示系統和供水中心調度室，模擬顯示各測控子站機組運行情況及監測參數。可實時顯示所有數據和圖像，使供水工程調度監測的數據和圖像一目了然、直觀清晰（如出水流量、供水壓力及水源井機泵運行參數、狀態等），完成視頻現場信號監視。

監控中心屏上顯示數據信息有5座水廠及6座調節蓄水池主要調度數據量：調節蓄水池液位，蓄水池瞬時流量和累計流量，濁度，用電量及主要設備的運行狀態，而且可以設定各監測點監測參數的上下限報警值，當越限時，顯示器彈出報警窗口，并伴有聲光報警，蓄水池區域實施安防報警、報警視頻上傳等。

25個壓力監測點主要調度數據量：管網壓力、瞬時流量和累計流量，對數據異常實行報警，調節閥根據管網壓力數據調節開啟度使管網上的壓力分布均勻。

監測畫面和模擬屏上所有數據信息都是從各個測控子站終端系統中采集，通過Internet網絡或者GPRS無線數據服務系統把每個水廠及管網采集的數據傳輸到監控中心的網絡數據服務器上，監控中心SCADA服務器通過通訊網絡實時監控各水廠、管道的有關參數，將現場數據經過處理后顯示在計算機屏幕上，并直觀地顯示各種必要的工況圖。

監控中心（供水調度SCADA系統）目前可以實現的功能有：①數據實時監測與處理功能。系統能把各檢測參數相應畫面和報表顯示出來，對數據進行諸如最大值、最小值、平均值、累加值、定時值等計算處理，并分類進行存儲，接受各種形式查詢。②圖形處理功能。能數據庫繪制實時曲線圖和歷史趨勢曲線圖。③自動報表生成功能。能需要按不同時間周期如日、周、月、年等自動生成各種報表。④具有遙控遙信功能。控制深井機泵的開關，遙信各控點的開關狀態，根據遙測的數據和狀態，實現對測控點的遙調功能。遙控命令及執行情況存檔備查，具有閉環和開環控制方式。⑤具有自動控制功能。深水機井作為補充水源，當主管網壓力不夠時，深井機泵自動啟動并恒壓補充供水。⑥具有選呼功能：令呼，即呼叫各執行終端；選呼，直接呼叫某個子站，進行通訊；屏蔽／開放呼叫功能。⑦具有事故、越限報警功能。⑧安防視頻幀信號報警功能。測控點異常下，報警處理，上傳視頻幀信號到監控中心。⑨參數狀態管理功能。狀態管理：查詢修改各執行端聯網／脫網狀態，各通道連接／末連接狀態；參數設置：設置修改各測量數據的基數和上、下限的數值；校時：修改年、月、日、時、分、秒等，完成系統時間同步；對測得的數據建庫，進行全面管理。⑩圖表顯示功能：能顯示測量的各種數據、遙信開關狀態、各種系統圖形等。

3.2.2 測控子站

（1）水廠蓄水池自控系統。東灣鎮水廠、東灣鎮中渠村調節蓄水池、吉布庫鎮水廠、吉布庫鎮漲壩村調節蓄水池、碧流河鄉水廠、古城鄉水廠、老奇臺鎮水廠、三個莊子鄉調節蓄水池、五馬場鄉調節蓄水池、西地鎮旱溝村調節蓄水池，上述5座水廠及管網中的5座調節蓄水池主要是調節管網的壓力及往下游管網輸水。檢測的數據主要為：進入蓄水池的累計流量和瞬時流量、水池水位，累計歷史曲線及報表，數據異常實行報警。

半截溝鎮設備凈化水廠：中葛根水庫水源進入凈水設備后，根據濁度自控控制反沖洗。檢測的數據主要為：進入蓄水池的累計流量和瞬時流量、水池水位，累計歷史曲線及報表，數據異常實行報警。濁度數據，反沖洗泵電機電流及泵工作狀態。

（2）深井機泵變頻恒壓自控系統。西北灣鄉小屯村備份水源井作為重力輸水壓力不足時的補充水源。檢測的數據主要為：機泵電參數（三相電流、三相電壓及電量、頻率）及運行狀態，管網供水時壓力、供水流量。

（3）管網監測系統。新建成的吉布庫鎮、碧流河鄉等四鄉鎮集中安全供水工程，東灣鎮、塔塔爾鄉等三鄉鎮集中安全供水工程、老奇臺鎮、七戶鄉等五鄉鎮集中安全供水工程，在供水管網中選擇了25個具有代表性的監測點進行監控。時時進行采集和傳輸管網壓力、流量，對數據異常實行報警，調節閥根據管網壓力數據調節開啟度使管網上的壓力分布均勻。檢測的數據主要為：管網時時壓力、供水累計流量、小時流量，調節閥開啟度。

（4）蓄水池安防視頻報警系統。在5座水廠及管網中的6座調節蓄水池安裝了紅外視頻監測預警系統，當有人闖入蓄水池區域，自動啟動報警系統。當現場出現異常情況時（紅外線感應、電子柵欄或門禁），抓拍現場情況，傳輸到中控室。同時完成與監控中心安防視頻幀信號的傳輸。

測控子站其主要功能是完成上述測控子站監測內容數據的采集，定時通過Internet網絡或者GPRS無線數據服務系統把每個水廠、管網、集中監測深井機泵變頻恒壓供水運行采集的數據傳輸到監控中心（供水調度SCADA系統）的網絡數據服務器上，以便對每個水廠、管網、集中監測深井機泵變頻恒壓供水運行時時監測。網絡數據服務器處理時時監測的數據后向Internet網絡發布，監測系統管理人員通過登錄網絡計算機就可以對農村供水工程的運行狀態進行監測和管理，極大地提高了管理的智能化和集中化，在提高管理的同時也節約了管理成本。

3.3 系統的作用

（1）監控中心調度室計算機通過有線寬帶（ADSL）／無線信道（GPRS）向測控子站智能數據終端自動時時收集供水管網、蓄水池及取水點、水源深井等生產運行情況，不斷積累，為合理調度，優化管網提供基礎數據，從而實現降耗的目的，同時對供水設備的控制，實現整體供水調度生產。

（2）監控中心調度室計算機能實時有效地對測控子站智能化終端自動連續監測，及時發現管網運行的異常情況和供水管網、蓄水池及取水點、水源深井等生產運行異常情況；并發出報警顯示信號，提高了預測供水設備和供水管網事故的準確性，提高了對事故的快速反應和處理能力，使事故損失和影響降低到最低限度，避免事故的發生，減少損失，提高服務質量，提高供水經濟效益和社會效益。

（3）對水廠蓄水池等生產關鍵部位進行連續視頻幀信號自動監控，進行異常情況上傳報警，保證供水安全，杜絕事故隱患，提高供水管理水平。

（4）為中心調度室與各監測點之間提供及時準確的通訊服務，使調度員能與各站保持聯系傳達調度信息，提高管理水平和效益。

（5）促進供水部門的現代化生產和現代化管理，為供水部門供水調度自動化控制和信息化管理創造條件。

4 結語

奇臺縣農村供水自動化測控系統投入運行以來，實現了對水廠、蓄水池、管網測控點的生產運行情況測控，對深井機泵和水處理設備等控制設備進行自動控制；更重要的是水廠管理員可以通過登錄網絡計算機手動控制閥門開啟度及水泵的啟停等；各測控子站現場檢測的數據能夠通過移動通訊網絡直接發送到相關管理人員的移動電話上，通過這種主動的方式實現隨時隨地撐握供水和設備管網運行情況，實現了對水廠生產和供水管網的統一監控、統一調度供水，提高了供水的穩定性和安全性，保障了供水系統的正常運行和管理，促進了奇臺縣農村供水管理的現代化的發展。

通過奇臺縣農村供水自動化測控系統的應用證明，農村供水自動化測控系統不僅在奇臺縣具有很好的應用前景，而且在其他地區也有很好的推廣價值，它將是加強農村水資源統一管理，實現供水管網統一調度，保證供水管網安全，實現農村供水管理現代化的重要手段。陜西水利