自動化系統在XX應急水源地的應用

文/翁碩

隨著科技的發展，社會的進步，數字化、自動化被越來越多的人所了解，并將它應用于生產、生活中。人們正快樂地享受著自動化帶來的便捷與舒適。XX應急水源地作為XX地區建設的第一個大型地下水水源地，告別了原來所有水源井的機電設備控制和水位監測由人工進行控制和記錄的方式，利用先進的計算機控制技術、網絡通信技術和自動化監測技術，對水源地其下所有水源井等供水工程準確、可靠的進行群測、群控，從而在網絡的基礎上建立水情、水源井機電設備運行狀況的實時和歷史數據庫，供水源地管理機構的統計分析，為水資源的管理、合理調配、水利工程應用等提供各種信息，實現及時、準確、可靠的信息采集、管理和監控。

1 工程簡介

XX是一個資源型缺水的大城市，人均水資源年占有量不足300立方米，水資源供需矛盾尖銳。XX應急備用水源工程是采用水源群井抽取地下水，通過聯絡管線向XX市自來水集團第X水廠提供水源的應急供水工程。

工程建成了21對42眼深（250米）、淺（120米）結合的水源井，11眼觀測井。各水源井選配潛水機組，并安裝變頻器。輸水管道長約15公里，分為南支、北支、干支三支，呈“Y”字分布。管線上設井房42座，院落21處。輸水管線沿途安裝有排空閥、管路閥、排氣閥、退水閥、流量計等重要配套設施43臺（套）。

2 自動化系統概況

自動化系統以計算機、PLC為主要智能部件，結合水位、水壓、流量等檢測技術，實現在備用水源管理所對水源井泵站的遠程監控，實現工程的調度、管理自動化。

該系統以備用水源管理所為監控中心，所內設監控調度中心一個，下設21個水源井監控站、7個觀測井水位監測站、1個流量監測站。監控（測）站與監控調度中心之間通過GPRS進行通信，進而實現管理所對監控（測）站的遠程監控（測）。

3 系統總體結構

圖1：水源井監控站結構圖

監控系統采用星形拓撲結構，管理所設立監控調度中心，下設22個水源井監控站、7處水位監測站、1個流量監測站。

系統通過GPRS網絡建立監控調度中心與22個水源井監控站、7個水位監測站的通信鏈路，以計算機、可編程邏輯控制器（PLC）作為智能核心部件，結合水位、水壓、流量等的檢測技術，實現對機電設備遠程自動監測、控制及工程的調度、管理。

3.1 通信方式

該系統采用中國移動GPRS通信方式組建基于網絡IP的數據通信鏈路。即各監控站通過無線GPRS方式接入，監控調度中心通過APN專線接入網絡，從而建立管理所與各監控（測）站的網絡通信。

3.2 水源井監控站的組成與結構

水源井監控站由GPRS通信模塊、PLC組件、水位計、水位顯示儀表、壓力計、遠傳水表、智能電力儀表、水泵現地控制箱（其他標段提供）、紅外入侵探測器等硬件組成，并配備UPS電源，為監控設備提供濾除干擾、穩定的電壓，PLC中安裝有組態軟件。每站控制兩臺水泵。監控站結構如圖1所示。

3.2.1 水源井監控站功能

通信：與管理所建立穩定的通信聯絡，實現接收管理所的控制命令、反饋監測數據；與變頻器、電力儀表、水表實現數據通信。

監測：水源井的水位、輸水管壓力、輸水總流量（根據設計單位給出的固定時間段，計算出這一時間段內的瞬時流量）、供電電壓、電流、水泵變頻器工作電流、頻率以及泵房內是否有人進入等數據并上傳管理所。

控制：所有水源井水泵均采用兩種工作方式：現地電動控制和遠程中心控制。控制方式轉換開關設于配電柜（電氣一次專業設置）。

現地控制即由工作人員手工操作變頻器，控制水泵的啟動、停止、變頻調速。

圖2：監控中心網絡結構圖

遠程控制即由監控調度中心通過計算機發布指令，PLC接收后通過變頻的通信接口（或硬接線）控制水泵的啟動、停止、調速，或通過軟啟動器的硬接線控制水泵的啟動、停止。

3.3 管理所監控調度中心

3.3.1 監控調度中心的組成與網絡結構

監控調度中心主要由UPS電源、服務器、監控工作站（工控機）、打印機等硬件以及操作系統、數據庫、組態軟件、監控軟件開發、系統服務器等軟件組成。監控中心網絡結構如圖2所示。

3.3.2 監控調度中心功能

監控調度中心具有如下功能：

（1）控制。具有兩種工作方式，手動遠程控制、自動遠程控制。工作方式的轉換通過程序設定。

手動遠程控制指由工作人員通過操作計算機，單個控制水泵的啟動、停止、調速，單個控制閥門開閉。

自動遠程控制。根據管理單位或設計院提供的控制工藝流程、水源井調度配置方案，可以按照給定的流量，以及反饋的水壓、流量等的數據，自動控制投入泵站的數量，自動調節水泵轉速。

（2）數據采集、計算。通過服務器自動采集水源井泵站的設備運行狀態包括電氣參量、非電氣參量等數據。

水源井設置的遠傳水表，只能采集總輸水量，為獲取瞬時流量，可以根據設計單位給出的固定時間段，計算出這一時間段內的瞬時流量。

自動采集流量監測站的流量數據。

自動采集水位監測站的水位數據。

（3）數據存儲、查詢。所有采集的數據自動記錄至數據庫，系統提供數據查詢功能，并可由系統操作人員對數據進行維護。

（4）圖形顯示、報警處理。監控調度中心可以實時顯示供水系統示意圖形，顯示水泵、閥門運行狀態、流量、壓力、井水位、配電參量等數據，顯示各種參量的時間-數值曲線。

當采集和計算的各種數據出現異常時（過高或過低），提供相應的報警信息。

計算機可自動生成顯示各種參量的時間-數值曲線。

（5）打印工作報表。計算機可自動生成、打印輸出包括日、周、月、年的工作報表。還可自動生成、打印輸出各種參量的時間-數值曲線圖。

4 存在問題

4.1 關于GPRS無線網絡

由于該套自動化系統是后期進行改造增建的，所有輸水管線都已經建成，不便隨同輸水管線敷設光纜。考慮再三，選擇使用了中國移動GPRS通信連接，實現了管理所對監控（測）站的遠程監控（測）。經過使用發現，GPRS無線會發生包丟失現象，其表現為監控調度中心發送的指令幾次才能被監控（測）站收到。這就使得該套自動化系統有了先天性的不足。

分析：由于分組交換連接比電路交換連接要差一些，因此，使用GPRS會發生一些包丟失現象。GPRS可以對信道采取動態管理，并且能夠通過在GPRS信道上發送短信息來減少高峰時的信令信道數。

處理方案：

一方面，主動與網絡運營商——中國移動取得聯系，望其公司能夠加強對應急水源地所用的GPRS無線網絡覆蓋之處的建設，全力支持應急水源地的供水任務。另一方面，采用4G或5G無線網絡技術產品，提高通信傳輸保障。

5 結束語

在各個學科相互依存、協同發展的今天，自動化系統在應急水源地的應用得到了普遍認同。它改變了水源地老舊的面貌，和陳舊的工作方式，讓水務人與時俱進，跟上了現代化的腳步。水務與自動化的完美結合，為XX供水提供優質保障。新事物的產生，必定會有些不適應的反應，但經過磨合、改進，總會達到共同的目的地，我相信，自動化系統必將在應急水源地得到更好應用，給水務人帶來全新的工作方式和理念。