城鄉(xiāng)一體化供水工程信息與自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)

范婉麗

（羅定市瀧江水利水電勘測設(shè)計(jì)院,廣東 羅定 527200）

0 引言

基于此,本文論述了日供水量不少于6000 m3的城鄉(xiāng)一體化供水工程的信息與自動(dòng)化控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。

1 城鄉(xiāng)一體化供水工程概況

在本研究中,城鄉(xiāng)一體化供水工程項(xiàng)目分兩個(gè)階段實(shí)施：

第一階段修建4 口供水井,安裝4臺(tái)水泵,修建3個(gè)容量為600 m3的水庫,修建23.7 km的水管,修建27口供水井,供水區(qū)域包括35個(gè)自然村,人口44748,面積73.4 km2。從水庫到4 km長的調(diào)節(jié)水庫修建了一條23.7 km長的主管道,從那里用管道將水從27口管理水井輸送到用水村莊,然后再分配到各個(gè)家庭。

在第二階段,將建設(shè)3口配水井以及4個(gè)水庫,建設(shè)9.32 km的主水管道,建設(shè)37個(gè)有生活用水井的房屋,37個(gè)村莊將得到水,50984人將得到水,9.32 km的主水管道將覆蓋69.9 km2。

2 城鄉(xiāng)一體化供水工程信息與自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)的技術(shù)路線

2.1 城鄉(xiāng)一體化供水工程信息與自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)的必要性

由于一體化供水點(diǎn)相對(duì)分散,且地處偏遠(yuǎn)山區(qū),水庫取水路途遙遠(yuǎn),輸水范圍廣,輸水管道長,輸水管道多（多達(dá)50條）,因此水井的監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作繁瑣。以每個(gè)月或每個(gè)季度的抄表和補(bǔ)充狀況為依據(jù),要想迅速地完成一項(xiàng)補(bǔ)充工作,至少要花6天～20天時(shí)間,這樣既費(fèi)時(shí)又不夠準(zhǔn)確,還不能及時(shí)地將所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納和整理,不能及時(shí)地提供給客戶。智能技術(shù)利用自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制,能夠解決節(jié)省勞動(dòng)力、減少錯(cuò)誤、高生產(chǎn)率、及時(shí)評(píng)估、攝像監(jiān)控以及實(shí)時(shí)故障排除等需求。因此,構(gòu)建供水自動(dòng)化監(jiān)測體系,是實(shí)現(xiàn)供水科學(xué)、合理以及高效的供水管理體系的關(guān)鍵。

2.2 城鄉(xiāng)一體化供水工程信息與自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)的技術(shù)基準(zhǔn)

2.2.1 信息與自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)

供水工程的自動(dòng)化管理技術(shù)主要有：控制中心的軟件技術(shù)、水源泵的電源管理技術(shù)、水庫的水位管理技術(shù)、管網(wǎng)的壓力監(jiān)測技術(shù)以及水鄉(xiāng)閘門的流量控制技術(shù)。每一個(gè)子技術(shù)由控制器、被控對(duì)象、操作技術(shù)以及變送器5個(gè)樞紐組成,它們各自完成所需要的功能,實(shí)現(xiàn)相互協(xié)調(diào)、互聯(lián)互通,最終利用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸,將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心的匯總屏幕。

（六）仔豬合理補(bǔ)飼 仔豬出生后，應(yīng)讓其及早(15 min內(nèi))吃上初乳，獲得被動(dòng)免疫保護(hù)。及時(shí)補(bǔ)鐵，則可有效防治仔豬營養(yǎng)性貧血，增強(qiáng)仔豬抵抗力。在7日齡左右，仔豬即開始補(bǔ)喂全價(jià)飼料，在保證仔豬生長發(fā)育所需的必需氨基酸條件下，飼料中粗蛋白質(zhì)含量應(yīng)控制在19%以下。在斷奶前后，避免突然變換飼料引起應(yīng)激性腹瀉。仔豬飼料中適當(dāng)補(bǔ)充礦物質(zhì)、微量元素、維生素、有機(jī)酸、復(fù)合酶制劑和微生態(tài)制劑等，可提高飼料蛋白質(zhì)的消化率，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，加快仔豬生長發(fā)育，有效地預(yù)防和降低仔豬腹瀉。

2.2.2 信息與自動(dòng)化控制技術(shù)的主要功能

1）遠(yuǎn)距離傳送。利用西門子7ES8323型可編程邏輯控制器（PLC）,可以在計(jì)算機(jī)屏幕上對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行遙控,無需工作人員到場,就能對(duì)有關(guān)設(shè)備和設(shè)施的操作狀況了如指掌。2）失效警告。數(shù)字控制儀表,實(shí)現(xiàn)了對(duì)測量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳送,在壓力大于或小于規(guī)定的數(shù)值時(shí),報(bào)警并指出故障點(diǎn)。通過在顯示屏上的指示,操作者能夠及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場,對(duì)其進(jìn)行處置。3）數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。可以利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析技術(shù),通過分析水泵開機(jī)小時(shí)數(shù)、耗電量、產(chǎn)水量、供水效率以及水費(fèi)回收率等參數(shù),分析高峰期以及非高峰期用水量的變化,分析管網(wǎng)漏水的數(shù)量,為決策管理提供信息。

3 城鄉(xiāng)一體化供水工程信息與自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 城鄉(xiāng)一體化供水工程信息與自動(dòng)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

供水系統(tǒng)取水、輸送功能的啟動(dòng)過程,對(duì)旋流沉淀池或貯水池（清水池以及高位貯水池）進(jìn)行水位監(jiān)測,使用超聲波水位計(jì)以及輸入水位計(jì),以提升水位監(jiān)測的準(zhǔn)確性,并自動(dòng)控制水廠調(diào)整水泵的起止壓力以及水泵的臺(tái)數(shù),為用戶提供可靠的參考數(shù)據(jù)。為確保供水工程的穩(wěn)定,水務(wù)企業(yè)的自動(dòng)化計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采取的是分散式結(jié)構(gòu),整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要包括了水務(wù)企業(yè)的主控層和現(xiàn)有的硬件層兩部分。前者是以配置軟件作為平臺(tái)和基礎(chǔ),來完成對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的控制和調(diào)節(jié)；后者是以以太網(wǎng)作為基礎(chǔ),來確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省?/p>

3.2 城鄉(xiāng)一體化供水工程信息與自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)成與規(guī)劃

3.2.1 水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)

在水廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)中,主控層是最基本的部分,主要包括了對(duì)主控室進(jìn)行控制的服務(wù)器、路由器等。通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)來完成與這一層的通訊,并把硬件的操作參數(shù)傳送到PLC,對(duì)進(jìn)入的控制命令下達(dá)并對(duì)命令的執(zhí)行進(jìn)行監(jiān)督,見圖1。

圖1 自動(dòng)化控制系統(tǒng)構(gòu)成

自動(dòng)化控制系統(tǒng)由硬件以及軟件聯(lián)鎖控制,每個(gè)控制點(diǎn)都配備了一個(gè)LocalConrtol單元（LCU）,LCU內(nèi)部設(shè)計(jì)有“本地/遠(yuǎn)程”開關(guān)手柄。每個(gè)變電站的LCU主顯示屏都位于主控室,以實(shí)現(xiàn)本地/遠(yuǎn)程控制,提升控制效率。基于利用PLC內(nèi)部的邏輯處理,不但能夠確保流程的順暢、系統(tǒng)的執(zhí)行和測控的交互,還可以清晰地顯示安裝在供水工程現(xiàn)場的設(shè)備狀態(tài),采集測控點(diǎn)的數(shù)據(jù),確定設(shè)備的運(yùn)行參數(shù),當(dāng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)超過安全閥的上、下限時(shí),首先觸發(fā)報(bào)警。

3.2.2 管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)

公共網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的主要工作是對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的流量和壓力參數(shù)進(jìn)行采集,利用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸機(jī)制,將各個(gè)傳感器的匯總數(shù)據(jù)傳送到附近的基站,基站一般都會(huì)在供水工程半徑范圍內(nèi)的村莊中心位置,而基站則會(huì)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)展開TCP/IP封裝,之后將處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到供水設(shè)施控制中心,由供水設(shè)施控制中心利用分析硬件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,從而判斷出網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況。一個(gè)無線ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳感器用于收集每個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的流量以及壓力參數(shù),一個(gè)高度集成的GPRS模塊（GSM/DCS雙頻P2ML-900/2900）用于將收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到基站,并通過TCP/IP進(jìn)行封裝,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)供水項(xiàng)目的高效35/8自動(dòng)監(jiān)測以及數(shù)據(jù)傳輸,提升供水設(shè)施管理的自動(dòng)化程度。

4 城鄉(xiāng)一體化供水工程信息與自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用及效果

4.1 城鄉(xiāng)一體化供水工程信息與自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1.1 自動(dòng)上水裝置的應(yīng)用

水泵連接到水箱的高位,進(jìn)水水位傳感器三通力原件DC37安裝在水箱內(nèi)側(cè)壁上,距離池底4cm～6cm。在水井的入口處設(shè)置了一臺(tái)遙測水表,通過數(shù)字信號(hào)對(duì)水井的水量進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測。泵站內(nèi)安裝控制柜、智能遠(yuǎn)程控制以及采集控制設(shè)備,通過信號(hào)線以及控制線連接到采集設(shè)備組,并采用GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到監(jiān)測控制中心。當(dāng)達(dá)到啟動(dòng)要求時(shí),自動(dòng)控制水泵啟動(dòng),并將電流、電壓、水位以及水箱水位自動(dòng)傳回主控站。

4.1.2 用水村閘閥自動(dòng)開關(guān)的應(yīng)用

在給水管網(wǎng)中設(shè)置壓力傳感器,對(duì)給水管網(wǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)和非動(dòng)態(tài)的壓力監(jiān)測。安裝遙控器,以便在每一個(gè)村子里計(jì)量用水。安裝可調(diào)電子關(guān)閉閥門。在用水村的給水控制室里,裝有一臺(tái)電腦,通過遙測水表來判斷出用水量,同時(shí)也可以采集到最近的水流訊號(hào)。當(dāng)預(yù)定水量低于一定值時(shí),通過控制開關(guān),停止水的供應(yīng),并在客戶繳納了新的費(fèi)用后,恢復(fù)正常供應(yīng)。

4.1.3 輔助功能的應(yīng)用,如自動(dòng)報(bào)警數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

該系統(tǒng)的核心控制程序由北京三維電控PCAuto企業(yè)的PCAuto組態(tài)軟件研制完成。監(jiān)測軟件利用無線GPRS網(wǎng)絡(luò),與用水村的水源技術(shù)、水庫水位技術(shù)和遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行全方位的遠(yuǎn)程通訊,采集并傳送各控制點(diǎn)的數(shù)據(jù),集中監(jiān)控,入侵報(bào)警,主動(dòng)生成報(bào)告以及查看歷史數(shù)據(jù)等實(shí)用功能。

4.2 城鄉(xiāng)一體化供水工程信息與自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果分析

4.2.1 實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)以及查詢

在水廠運(yùn)行歷程中,自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)采用了圖形、曲線、表格以及趨勢線等形式,并積極構(gòu)建出實(shí)時(shí)以及歷史數(shù)據(jù)庫,對(duì)數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù)以及信息進(jìn)行顯示、查看以及打印,這不僅消除了人工審查二級(jí)指標(biāo)后,對(duì)其進(jìn)行收集統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的需求,而且可以定期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)查詢以及提醒,通過網(wǎng)絡(luò)或報(bào)告的形式迅速發(fā)送,為決策以及規(guī)劃提供信息。

4.2.2 減少管理費(fèi)用

最初,管理以及運(yùn)營水利項(xiàng)目的工作人員有26人。項(xiàng)目實(shí)施后,主控中心能夠顯示運(yùn)行參數(shù)并監(jiān)控所有主要設(shè)備,因此管理、監(jiān)督以及監(jiān)測人員減少到7人,且減輕了工作強(qiáng)度,每年減少管理費(fèi)用30萬元。

4.2.3 提升供水保證率

在自動(dòng)控制中,PLC單元按照預(yù)先設(shè)定的程序和閾值,對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)、精確的優(yōu)化,使其與計(jì)算機(jī)的操作參數(shù)相匹配,從而提升設(shè)備的性能。通過對(duì)自動(dòng)傳輸?shù)墓芫W(wǎng)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與用水歷程的統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行比較,該系統(tǒng)能夠迅速判斷出各個(gè)管道的輸水狀況,從而為在工程運(yùn)營歷程中及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)和處置問題提供可靠、快捷的技術(shù)支撐。

4.2.4 實(shí)現(xiàn)可視化操作

在自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行歷程中,在GUI中,可以很好地顯示系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù),提升覆蓋率、準(zhǔn)確性以及實(shí)時(shí)信息。例如,在泵及電機(jī)運(yùn)行過程中,軸承的溫度很難用溫度計(jì)手動(dòng)測量,數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,時(shí)間延遲,而自動(dòng)檢測技術(shù)可以直觀地顯示以及記錄。

5 結(jié)語

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)優(yōu)質(zhì)地下水源的高效利用,對(duì)農(nóng)村供水的安全進(jìn)行充分的保障,有效地確保供水的速度,降低人力的勞動(dòng)強(qiáng)度,加大對(duì)城鄉(xiāng)一體化供水工程科學(xué)化以及智能化的監(jiān)管力度,本文運(yùn)用自動(dòng)管理技術(shù)以及無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等,對(duì)城鄉(xiāng)一體化供水工程信息與自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),并評(píng)估了其實(shí)現(xiàn)效果,旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)城鄉(xiāng)一體化供水工程的遠(yuǎn)程智能化監(jiān)管。為確保用戶能夠及時(shí)地得到水的供應(yīng),對(duì)供水點(diǎn)進(jìn)行了智能化的升級(jí),從而達(dá)到了獨(dú)立充水送水、及時(shí)監(jiān)控、錯(cuò)誤預(yù)警、數(shù)據(jù)計(jì)算等功能與作用,并使工程運(yùn)行監(jiān)管便捷、科學(xué)以及合理,以保障供水工程的安全、合理以及可持續(xù)運(yùn)行。