宜川農(nóng)村飲水泵站工程智能化技術(shù)改造探析

閆曉娟

(陜西省延安市宜川縣水利工作隊，陜西 延安 716200)

宜川在脫貧攻堅階段建設(shè)的農(nóng)村飲水泵站工程，因在用的蓄水池浮球開關(guān)啟停水泵產(chǎn)品無法應(yīng)對遠(yuǎn)距離通訊、冬季管道結(jié)冰、實時監(jiān)測水源水位的問題。水泵工作狀態(tài)等方面也難以達(dá)到丘陵溝壑地帶所需的穩(wěn)定性、可靠性，并且維護(hù)量較大。惡劣的天氣甚至導(dǎo)致水管員作業(yè)時的安全難以保障。

針對實際運(yùn)行管理中存在的問題，探索應(yīng)用融合物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、云服務(wù)、人工智能、移動互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)的人工智能蓄水機(jī)器人智能裝備，實現(xiàn)無人值守、實時保護(hù)設(shè)備并且監(jiān)控運(yùn)行參數(shù)，更好地滿足了農(nóng)村居民改廁、洗滌、環(huán)境衛(wèi)生等用水需求，并且年齡偏大的水管員也能操作自如。

1 宜川農(nóng)村飲水工程基本情況

至十三五末，宜川共建成農(nóng)村飲水工程401處，其中重力自流工程131處，泵站提水工程270處，解決了8.68萬農(nóng)業(yè)人口的飲水問題。自來水普及率98.3%，平均水價5元/m3。促進(jìn)了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，改善了農(nóng)村生活生產(chǎn)環(huán)境。隨著群眾生活水平日益提高，用水量加大，結(jié)合宜川農(nóng)村飲水泵站工程運(yùn)行實際情況，提出一些合理性技改建議。

2 農(nóng)村飲水泵站工程存在的問題

宜川地處渭北高原、黃河沿岸，屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)，境內(nèi)溝壑縱橫、川原相間，在宜川農(nóng)村飲水發(fā)展過程中，泵站工程發(fā)揮著重要作用，但由于農(nóng)村飲水泵站工程大都建于深溝，水源道路狹窄，距村莊較遠(yuǎn)，且設(shè)備工作時間比較長，管理人員年齡偏大，實際操作費時費力，泵站工程在運(yùn)行過程中會發(fā)生各種問題，已經(jīng)無法滿足服務(wù)需求。此外，由于工程資金限制和管理人員自身文化素質(zhì)的關(guān)系，在更換泵站設(shè)備過程中，一般不選擇新型技術(shù)，從而降低了農(nóng)村飲水泵站工程效率，不利于發(fā)揮農(nóng)村飲水泵站工程的作用。管理人員在檢查維修設(shè)備過程中，只是采取常規(guī)性維護(hù)，沒有針對性地進(jìn)行維護(hù)，導(dǎo)致供水設(shè)備運(yùn)行階段發(fā)生各種問題。

在農(nóng)村飲水工程管理工作中“重建設(shè)，輕管理”現(xiàn)象普遍存在，雖然宜川農(nóng)村飲水工程長效機(jī)制不斷地完善，但由于管理人員大都是老年人，根據(jù)自己多年對設(shè)備管理的經(jīng)驗，對設(shè)備進(jìn)行維修，但是因為維修經(jīng)費有限，一味地更換設(shè)備無法滿足管理需求，甚至還會選擇質(zhì)量低劣的泵站設(shè)備，無法顯著提高飲水工程運(yùn)行效率，也不利于發(fā)揮出管理人員的作用。

在農(nóng)村飲水工作方面，各運(yùn)行管理單位制定了管理人員工作制度，但是因為制定的規(guī)章制度在飲水工程運(yùn)行過程中不斷地完善，在日常運(yùn)行中經(jīng)常會發(fā)生各種問題，無法保障管理效果。管理人員在日常工作中缺乏參考依據(jù)，同時缺乏執(zhí)行力，影響到農(nóng)村飲水泵站工程運(yùn)行效果。

3 農(nóng)村飲水泵站工程智能化更新改造措施

3.1 在蓄水池端安裝水位智能控制柜

3.1.1 配置物聯(lián)網(wǎng)智能控制器實現(xiàn)無線距離數(shù)據(jù)傳輸

該技術(shù)可實現(xiàn)水位數(shù)據(jù)向云端、手機(jī)端和水泵端的無線距離傳輸，相比有線傳輸，壽命更長，維護(hù)更方便，成本更低。器件選用中國移動標(biāo)準(zhǔn)13位物聯(lián)卡，支持GSM+GPRS2G/4G通訊環(huán)境，尤其是2G通訊很好的滿足了大部分丘陵溝壑地區(qū)只有2G信號的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸頻率為每60 s傳輸一次水位數(shù)據(jù)到云端系統(tǒng)和用戶手機(jī)，可精確檢測水位和智能執(zhí)行水泵啟停個性化策略。

3.1.2 配置投入式擴(kuò)散硅水位傳感器

投入式水位傳感器是將水位壓力信號，轉(zhuǎn)換為水位高度信號，擴(kuò)散硅傳感芯片選型0.5級精度，水位測量精度達(dá)±3 cm，為避免池底沉淀泥沙掩埋投入式水位傳感探頭，安裝規(guī)范為傳感探頭懸吊與距離池底60 cm高度，調(diào)整偏差由云服務(wù)端程序處理，確保精確測量水池水位高度。同時，為避免夏季居民用水在水池中存儲時間過長，滋生微生物，影響健康，水管員在手機(jī)上可輕松設(shè)置水泵啟停合適的水位，類似汽車的無級變速系統(tǒng)，相比浮球式開關(guān)方便很多。

3.1.3 配置太陽能發(fā)電和三元鋰供電系統(tǒng)

針對陜北地區(qū)年度光照數(shù)據(jù)，配置80 w太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)(壽命20年)，和35 AH三元鋰耐低溫儲能電池(壽命5 a)，滿足7天雨雪天氣的水位監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)供電需求。

3.2 在水泵端安裝水泵智能控制柜

3.2.1 在水泵出口安裝水壓傳感器

默認(rèn)水泵啟動后的120 s后，開始檢測水泵出口壓力，當(dāng)開泵120 s后水泵出口壓力<設(shè)定值，則判斷井干或者泵壞，及時停機(jī)；當(dāng)水泵工作過程中，出口壓力小于本次開機(jī)最大壓力的30%(默認(rèn)值)，則判斷水泵開機(jī)后，水源水位逐步降低，將會發(fā)生干抽，損壞水泵事故，及時下發(fā)停機(jī)指令，并推送故障消息到用戶手機(jī)，提醒到現(xiàn)場檢查實際情況，據(jù)了解，很多水泵的損壞是因為干抽。

3.2.2 實時檢測處理網(wǎng)電電壓與相序錯誤

網(wǎng)電電壓在開泵時過低和水泵運(yùn)行中過低都會導(dǎo)致水泵電機(jī)損壞，為此特別設(shè)計保護(hù)程序邏輯為：水泵啟動之前，若檢測網(wǎng)電電壓低于額定電壓的10%，則等待電壓正常滯后啟動，同時推送消息給相應(yīng)用戶；水泵運(yùn)行過程中，若檢測網(wǎng)電電壓低于額定電壓的10%，則及時停泵，同時推送消息給相應(yīng)用戶，完全避免網(wǎng)電電壓導(dǎo)致的水泵損壞事件。

3.2.3 安裝智能泄水電動閥，避免冬季管道結(jié)冰

如遇極寒天氣，水泵停止后管道結(jié)冰，會導(dǎo)致整個冬季農(nóng)村無法飲水，為此設(shè)計智能電動泄水閥控制邏輯為：停泵后自動打開泄水閥，確保管道存水全部回流到井里，杜絕管道存水結(jié)冰；在下次開泵前先執(zhí)行關(guān)閉泄水閥指令，確保供水直達(dá)高位水池。此智控程序適用于宜川農(nóng)村飲水泵站的離心泵和三聯(lián)泵供水方案。

3.3 大數(shù)據(jù)在農(nóng)村飲水泵站的有效應(yīng)用

3.3.1 判斷供水管道破裂的大數(shù)據(jù)應(yīng)用

由泵站到供水池的供水管道，距離從幾百米到5公里不等，若發(fā)生施工、泥石流等導(dǎo)致管道破裂，及時發(fā)現(xiàn)情況并推送消息給用戶的程序設(shè)計，根據(jù)服務(wù)端程序記錄水泵開啟后，水池水位升高的幅度，比如：水泵開啟后，水池水位每半小時升高約30 cm，若實時上送的水池水位與歷史數(shù)據(jù)相差超過50%，則及時推送消息至用戶手機(jī)，提醒到現(xiàn)場勘查供水管道情況，據(jù)實處理。

3.3.2 惡劣天氣的氣象大數(shù)據(jù)應(yīng)用

人工智能蓄水機(jī)器人智能云服務(wù)程序?qū)拥闹袊鴼庀缶W(wǎng)實時天氣預(yù)警大數(shù)據(jù)，每一次設(shè)備通電，能自動檢測所處的經(jīng)緯度，上送服務(wù)器，云服務(wù)檢索中國氣象網(wǎng)本地區(qū)天氣大數(shù)據(jù)，并提前2小時推送預(yù)警信息至用戶手機(jī)；惡劣天氣發(fā)生時，及時推送消息，提醒用戶合理安排惡劣天氣發(fā)生前后相關(guān)工作方案。

4 農(nóng)村飲水泵站工程運(yùn)行管理和維護(hù)措施

4.1 運(yùn)行管理措施

為保障農(nóng)村飲水泵站工程運(yùn)行管理效果，嚴(yán)格落實宜川農(nóng)村飲水長效機(jī)制，履行“三個責(zé)任”，完善農(nóng)村飲水泵站工程管理體制，明確農(nóng)村飲水工程運(yùn)行管理業(yè)務(wù)培訓(xùn)：使水管員用手機(jī)可及時掌握水池端的水池水位、電壓、信號強(qiáng)度等狀態(tài)參數(shù)，以及水泵端的水泵是否啟動、網(wǎng)電電壓、工作電流、電壓，以及管道壓力等狀態(tài)參數(shù)，增強(qiáng)了及時監(jiān)測、預(yù)報、預(yù)警能力，并且參數(shù)超閾值，會及時停泵，并在手機(jī)上及時知曉。大幅提高確定問題的速度和準(zhǔn)確度，提高了問題解決效率，避免供水工程停運(yùn)情況。更好地落實了安全控制和質(zhì)量管理工作。

4.2 設(shè)備日常運(yùn)維

人工智能蓄水機(jī)器人的終端電器元件、傳感器、供電系統(tǒng)、及電力和通信線路等工作狀態(tài)，采用5 a期托管式服務(wù)模式，由供應(yīng)商通過云服務(wù)遠(yuǎn)程升級維護(hù)和及時發(fā)現(xiàn)問題，并主動聯(lián)系水管員指導(dǎo)和配合處理異常情況，很好地解決了因水管員缺乏相關(guān)知識體系和技能不會操作使用高科技產(chǎn)品的大問題。根據(jù)試點使用水管員的體會，該系統(tǒng)不需要安裝APP和專業(yè)的培訓(xùn)，只在手機(jī)的微信里操作即可，延續(xù)之前已掌握的微信應(yīng)用操作技能，年齡偏大的水管員也可以輕松上手。通過微信接收設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息、故障信息、提醒信息等，相當(dāng)于隨時巡檢設(shè)備，了解狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題，可及時到問題點進(jìn)行準(zhǔn)確處理，省心省力，高效智能。

5 結(jié)語

宜川農(nóng)村飲水泵站工程通過技術(shù)改造，使用人工智能蓄水機(jī)器人新科技、新服務(wù)模式的實踐探索，有效提升了泵站供水工程建設(shè)、管理水平與供水長效低成本運(yùn)行保障能力，更好地滿足農(nóng)村居民改廁、洗滌、環(huán)境衛(wèi)生等用水需求。為山區(qū)丘陵地帶小型泵站供水工程標(biāo)準(zhǔn)化改造提供了實踐論證，同時為鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中供水泵站工程提供了思路和借鑒，希望通過拓展應(yīng)用，進(jìn)一步提升工作效率，降低供水成本，推進(jìn)不同層級系統(tǒng)之間的信息共享，促進(jìn)互聯(lián)互通。