陵縣農(nóng)村飲水安全的信息化建設(shè)

許春芳，李忠仁，王 莉

（1.陵縣水務(wù)局，山東 陵縣 253500；2.陵縣水利建筑安裝工程公司，山東 陵縣 253500；3.山東省膠東調(diào)水局東營分局，山東 東營 257300）

陵縣轄9鎮(zhèn)3鄉(xiāng)1區(qū)，土地總面積1213km2，耕地面積622km2，995個(gè)自然村，人口58萬人，其中農(nóng)業(yè)人口48.27萬人，2009年農(nóng)民人均收入6348元，2009年完成國內(nèi)生產(chǎn)總值135億元。陵縣是山東省缺水問題、飲水安全問題最嚴(yán)重的地區(qū)之一。近年來，在國家和省的幫助支持下，陵縣通過實(shí)施農(nóng)村飲水解困、村村通自來水工程和農(nóng)村飲水安全工程，農(nóng)民飲水問題得到解決。陵縣針對農(nóng)村飲水工程具有較強(qiáng)的基礎(chǔ)性、公益性和群眾性等特點(diǎn),充分引導(dǎo)和調(diào)動(dòng)農(nóng)民群眾的積極性，依托已建的陵縣水廠（2007年底投產(chǎn)運(yùn)行，設(shè)計(jì)日供水能力3萬噸）管網(wǎng)延伸,探索出了一條解決農(nóng)村飲水安全問題的新路子。

1 供水管網(wǎng)信息化建設(shè)的必要性

飲水安全是關(guān)系民生的頭等大事，供水廠管網(wǎng)壓力檢測是保證自來水正常供應(yīng)的重要環(huán)節(jié)，是供水廠保證用戶正常用水的依據(jù)。供水系統(tǒng)的信息化建設(shè)改造已經(jīng)日益迫切。

供水管網(wǎng)系統(tǒng)是整個(gè)供水廠水源合理調(diào)度使用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，過去一般采取人工抄表、電話報(bào)數(shù)、現(xiàn)場手動(dòng)操作的原始調(diào)度方法。原始調(diào)度存在收集信息數(shù)量少、處理慢、傳遞遲、人工效益成本高、人工勞動(dòng)強(qiáng)度相對比較大，整個(gè)調(diào)度處于原始階段。遇上爆漏及其他事故，調(diào)水系統(tǒng)反映遲鈍，導(dǎo)致因缺水損失擴(kuò)大的現(xiàn)象。因此對供水管網(wǎng)測點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行信息化改造非常必要。

供水管網(wǎng)測點(diǎn)遍布城鄉(xiāng)的各個(gè)角落，地理位置非常分散，管網(wǎng)測點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集和控制非常不便；另一方面對于數(shù)據(jù)的采集與控制功能穩(wěn)定性、安全性要求較高。管網(wǎng)測點(diǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建成將有效地解決這些問題。

2 信息管理系統(tǒng)組成與功能

陵縣水廠供水系統(tǒng)由1個(gè)凈水廠，1個(gè)水源點(diǎn)，50個(gè)管道測壓站組成，按照設(shè)計(jì)方案合理、技術(shù)先進(jìn)、測量準(zhǔn)確、運(yùn)行安全可靠、擴(kuò)展方便、抗干擾能力強(qiáng)的原則，進(jìn)行了SCADA自動(dòng)化控制系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)和實(shí)施。

2.1 數(shù)據(jù)采集、顯示系統(tǒng)

系統(tǒng)采用兩級控制，一級為系統(tǒng)中心控制室，二級為管網(wǎng)測點(diǎn)及廠區(qū)監(jiān)測點(diǎn)。中心控制室負(fù)責(zé)監(jiān)視、管理和控制等工作。廠區(qū)監(jiān)測點(diǎn)及管網(wǎng)RTU負(fù)責(zé)多個(gè)管網(wǎng)測點(diǎn)站點(diǎn)遠(yuǎn)程的水壓、流量等數(shù)據(jù)采集，當(dāng)出現(xiàn)水壓異常時(shí)控制水泵，自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力，其中SCADA控制中心和管網(wǎng)測點(diǎn)站點(diǎn)之間采用無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)平臺傳輸，測壓點(diǎn)的數(shù)據(jù)通過顯示器在控制中心顯示，方便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)解決問題。

系統(tǒng)上層以調(diào)度機(jī)為核心，由調(diào)度機(jī)、服務(wù)器組成，共享系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源，在調(diào)度中心通過LED顯示屏，顯示廠區(qū)監(jiān)測點(diǎn)參數(shù)；通過投影儀同步顯示計(jì)算機(jī)圖像，使管理者對水網(wǎng)運(yùn)行狀況一目了然；下層由PLC及共有網(wǎng)絡(luò)組成無線網(wǎng)，將各測點(diǎn)的實(shí)測數(shù)據(jù)傳送到調(diào)度中心。

1）廠區(qū)一泵房、二泵房現(xiàn)有數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集及顯示。對一泵房3臺水泵的控制，管道流量，壓力的遠(yuǎn)程監(jiān)視及控制；對二泵房的現(xiàn)有采集點(diǎn)控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)在中心調(diào)度室的監(jiān)視與控制。

2）管網(wǎng)測壓功能。模擬量采集通道，用于采集水壓信號、水位信號、流量信號或其他模擬量信號；一路高位報(bào)警信號輸出和一路低位報(bào)警信號輸出，用于采集現(xiàn)場報(bào)警信號處理；數(shù)據(jù)通訊功能：支持RS485串口通訊（可擴(kuò)展多臺儀表，可同時(shí)監(jiān)測多路模擬量信號）。

3）遠(yuǎn)程測點(diǎn)RTU功能。項(xiàng)目采用無線網(wǎng)絡(luò)達(dá)到如下功能 ：

命令響應(yīng)：接收來自調(diào)度中心的命令，根據(jù)設(shè)定作出響應(yīng)（如測量、控制、調(diào)節(jié)等），并迅速回送有關(guān)信息。

上電、異常復(fù)位處理：當(dāng)系統(tǒng)上電復(fù)位，或系統(tǒng)運(yùn)行、通信發(fā)生異常并死機(jī)復(fù)位（看門狗復(fù)位）時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)復(fù)位類型不同進(jìn)行復(fù)位處理，保證系統(tǒng)正常工作。

脫機(jī)運(yùn)行：根據(jù)設(shè)定，無需中心控制，自行進(jìn)行測量，并保存累積數(shù)據(jù)。

采集數(shù)據(jù)：采集站點(diǎn)壓力等數(shù)據(jù)，組態(tài)畫面顯示監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

報(bào)警指示：模擬量輸入超限報(bào)警指示功能。

遠(yuǎn)程通訊：RS485接口具備多種可選通訊方式，可以遠(yuǎn)程通訊。

數(shù)據(jù)保護(hù)：系統(tǒng)具有掉電保護(hù)功能，程序、參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)保持時(shí)間達(dá)十年以上。

自檢功能：RTU具有自檢功能，可檢查RTU自身硬件故障。

一次表供電：提供24V電源。

2.2 軟件系統(tǒng)

通過GIS(地理信息管理系統(tǒng))對管網(wǎng)測量點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)識，設(shè)備管理，數(shù)據(jù)顯示；自動(dòng)定時(shí)或手動(dòng)隨時(shí)調(diào)整各站點(diǎn)時(shí)鐘，確保整網(wǎng)上下時(shí)間統(tǒng)一，便于數(shù)據(jù)分析；自動(dòng)巡回采集、手動(dòng)采集、實(shí)時(shí)檢測、數(shù)據(jù)補(bǔ)采；數(shù)據(jù)存儲、刷新、備份、數(shù)據(jù)查詢；產(chǎn)供水工藝流程圖、供水設(shè)備分布圖、配電圖、地理信息圖、實(shí)時(shí)曲線、歷史趨勢圖（日趨勢圖、月趨勢圖、年趨勢圖）、實(shí)時(shí)表格等；屏幕開窗報(bào)警；根據(jù)用戶要求提供各種日、月、年報(bào)表；打印系統(tǒng)的各種表格、圖形、曲線；遠(yuǎn)程設(shè)定或修改各站點(diǎn)的量程、報(bào)警限等參數(shù)；自動(dòng)定時(shí)或手動(dòng)隨時(shí)調(diào)整各站點(diǎn)時(shí)鐘，確保整網(wǎng)上下時(shí)間統(tǒng)一，便于數(shù)據(jù)分析。

系統(tǒng)組態(tài)功能包括：數(shù)據(jù)庫組態(tài)，配置所采集信號的屬性，包括序號、物理名稱、采樣頻率、數(shù)據(jù)類型、測量精度、量程上下限等；測壓點(diǎn)組態(tài)，配置流程圖的設(shè)備、動(dòng)畫及實(shí)時(shí)顯示等；曲線組態(tài)，配置曲線的數(shù)據(jù)源、顏色；報(bào)警組態(tài)，配置報(bào)警的上下限；站點(diǎn)組態(tài)，配置站點(diǎn)添加和刪除，添加的站點(diǎn)自動(dòng)被集成到系統(tǒng)中，由調(diào)度機(jī)統(tǒng)一管理。

2.3 系統(tǒng)安全性

采用WindowsXP操作系統(tǒng)，利用其強(qiáng)大的安全機(jī)制，進(jìn)行合理優(yōu)化的配置，可以實(shí)現(xiàn)對帳號、口令的管理，對文件、數(shù)據(jù)的授權(quán)訪問，執(zhí)行動(dòng)作的限制，以及對事件的審核，從而確保系統(tǒng)的安全性；提供簡單有效的工具，在系統(tǒng)發(fā)生意外故障后迅速恢復(fù)正常。

軟件采用分層組件技術(shù)，每一層組件均內(nèi)置了安全冗錯(cuò)機(jī)制，以確保系統(tǒng)正常運(yùn)行；引入事務(wù)處理機(jī)制，確保各種操作和數(shù)據(jù)的一致性、完整性；增強(qiáng)的用戶授權(quán)機(jī)制對用戶采用基于角色的分組管理，合理分配各級用戶權(quán)限，從而有效防止和屏蔽非法操作。

數(shù)據(jù)庫通過訪問控制、安全審計(jì)、口令管理，確保只有合法用戶才能訪問數(shù)據(jù)庫；完善的數(shù)據(jù)庫備份恢復(fù)策略，在數(shù)據(jù)庫發(fā)生意外故障后能及時(shí)完整地恢復(fù)數(shù)據(jù)。

自動(dòng)記錄系統(tǒng)故障、報(bào)警及敏感操作，為檢查系統(tǒng)故障和事故提供依據(jù)。所有數(shù)據(jù)備份,并刻錄光碟。

3 運(yùn)行效果分析

陵縣水廠信息化管理平臺建立以后，實(shí)現(xiàn)了西門子PLC與數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)交換，建立了B/S架構(gòu)的信息管理平臺，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)場自動(dòng)化向企業(yè)信息化管理的跨進(jìn)。供水一泵房的泵站控制采用容錯(cuò)軟件，將設(shè)備的自動(dòng)化提高至設(shè)備的智能化，提高了系統(tǒng)的可靠性和控制水平，同時(shí)減輕了工作人員的工作強(qiáng)度；管理平臺大量使用成熟的無線技術(shù)，提高了管理覆蓋面，通過GPRS技術(shù)在管網(wǎng)壓力、流量數(shù)據(jù)采集方面應(yīng)用，大大提高了對供水管網(wǎng)的控制能力，為提高供水服務(wù)水平提供了依據(jù)；GIS系統(tǒng)的應(yīng)用，使得大量數(shù)據(jù)直接顯示在地圖上，及時(shí)查詢檢索，為使用者提供了新的數(shù)據(jù)信息。GIS系統(tǒng)為管網(wǎng)組網(wǎng)、管網(wǎng)維護(hù)、搶險(xiǎn)管理提供快捷、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié) 語

陵縣水廠信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了加壓泵站、供水主管道和重點(diǎn)用戶實(shí)時(shí)在線監(jiān)測以及信息化管理，提升了陵縣農(nóng)村飲水安全工作的現(xiàn)代化管理水平。