自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)在農(nóng)村供水中的應(yīng)用

李海斌

（新疆奇臺(tái)縣水利局農(nóng)村供水站 新疆 奇臺(tái) 831800）

1 引言

奇臺(tái)縣共有6鎮(zhèn)9鄉(xiāng)，下轄102個(gè)行政村，388個(gè)村民小組，總面積1.93萬(wàn)km2，總?cè)丝跒?3萬(wàn)人，其中農(nóng)業(yè)人口16.167萬(wàn)人。從1995年至2005年國(guó)家實(shí)施改水防病人畜飲水工程建設(shè)，奇臺(tái)縣已陸續(xù)建成人畜飲水工程127處，由于點(diǎn)多線長(zhǎng)，投資不足加上當(dāng)時(shí)材料、設(shè)計(jì)、管理等種種條件限制，工程多數(shù)帶病運(yùn)行，能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的只占29%，管徑小也造成供水不足。鑒于奇臺(tái)縣工程的以上現(xiàn)狀，“十一五”以來(lái)，奇臺(tái)縣把飲水安全工作作為維護(hù)最廣大人民根本利益、落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的基本要求，按照“重點(diǎn)突破，整體推進(jìn)”的原則，科學(xué)制定規(guī)劃，按照奇臺(tái)縣安全飲水供水水源、流域分布位置，結(jié)合建成和在建工程現(xiàn)狀，本著整合資源和節(jié)約投資的原則，在反復(fù)論證的基礎(chǔ)上，選用奇臺(tái)縣南部山區(qū)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(guī)劃為五大集中供水系統(tǒng)。從2006年至2010年，奇臺(tái)縣農(nóng)村供水站先后建成了5座水廠及6座調(diào)節(jié)蓄水池，新建12個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)主、支及分支管道800km，利用老管網(wǎng)200km。新建成的三個(gè)供水系統(tǒng)管網(wǎng)長(zhǎng)度從水源到管網(wǎng)末端高差在700m左右，管網(wǎng)分布3000km2范圍，原本分散的供水系統(tǒng)也逐步相連成了三大供水系統(tǒng)。集中供水工程的建成，使供水范圍的不斷擴(kuò)大，供水量不斷增加，生產(chǎn)運(yùn)行和管理不斷復(fù)雜化。為了加強(qiáng)水資源統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度，保證供水管網(wǎng)安全，科學(xué)調(diào)配水量，從2008年～2010年先后投資一百多萬(wàn)元，逐步建立起一套適合奇臺(tái)縣農(nóng)村實(shí)際發(fā)展需要的供水自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)的建成已經(jīng)成為提高奇臺(tái)縣農(nóng)村供水管理水平，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度，確保水廠安全供水的有效手段。

2 農(nóng)村供水自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)工作原理

目前，農(nóng)村自來(lái)水自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)通信可簡(jiǎn)單分為有線和無(wú)線兩大類，在農(nóng)村測(cè)控系統(tǒng)中，由于農(nóng)村各管網(wǎng)測(cè)控點(diǎn)分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠(yuǎn)，又要向電信部門申請(qǐng)很多電話線，有些測(cè)控點(diǎn)線路還難以到達(dá)，況且電話撥號(hào)速度慢，運(yùn)營(yíng)成本較高，因而測(cè)控系統(tǒng)采用有線通信方式建設(shè)周期長(zhǎng)、工作難度大、運(yùn)行費(fèi)用高，不便于大規(guī)模使用；與之相比，無(wú)線通信方式則顯得非常靈活，它具有投資較少、建設(shè)周期短、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。目前，隨著無(wú)線技術(shù)的發(fā)展，在農(nóng)村供水中自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)中借助移動(dòng)通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺(tái)，構(gòu)建農(nóng)村自動(dòng)化供水測(cè)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，成為一種高性價(jià)比的組網(wǎng)方式。該方式可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，具有縮短建設(shè)周期、降低建設(shè)成本等優(yōu)點(diǎn)，而且設(shè)備安裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單。

各測(cè)控子站通過(guò)GPRSMODEM接入到中國(guó)移動(dòng)通信的GPRS網(wǎng)絡(luò)，中國(guó)移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)是互通的，都支持TCP/IP協(xié)議，這樣監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)就可以傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。這種方式需要監(jiān)控中心采用固定公網(wǎng)IP方式接入到Internet網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)各測(cè)控子站的尋址。奇臺(tái)縣農(nóng)村供水自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)選用中國(guó)移動(dòng)的GPRS系統(tǒng)作為系統(tǒng)傳輸信道。

3 自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)在奇臺(tái)縣農(nóng)村供水工程中的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)概述

奇臺(tái)縣農(nóng)村供水自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)采用無(wú)線數(shù)據(jù)通訊方式或無(wú)線、有線相結(jié)合的方式，綜合運(yùn)用電子技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件等技術(shù)。供水自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)由監(jiān)控中心（供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)）和各個(gè)測(cè)控子站組成，各個(gè)測(cè)控子站的數(shù)據(jù)采集終端采集水位、壓力、流量、水處理信號(hào)等各種數(shù)據(jù)，供供水站及有關(guān)部門分析和決策取用，以提高工作效率，保證供水質(zhì)量，滿足日益增產(chǎn)的用水量的需求。

3.2 系統(tǒng)組成及功能

奇臺(tái)縣農(nóng)村自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)由監(jiān)控中心（供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)）和各個(gè)測(cè)控子站（蓄水池自控系統(tǒng)、深水井機(jī)泵變頻恒壓自控系統(tǒng)、管網(wǎng)測(cè)壓測(cè)流系統(tǒng)、蓄水池安防視頻報(bào)警系統(tǒng)）組成。

3.2.1 監(jiān)控中心（供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)）

在奇臺(tái)縣農(nóng)村供水站建立供水監(jiān)控中心模擬屏顯示系統(tǒng)和供水中心調(diào)度室，模擬顯示各測(cè)控子站機(jī)組運(yùn)行情況及監(jiān)測(cè)參數(shù)?？蓪?shí)時(shí)顯示所有數(shù)據(jù)和圖像，使供水工程調(diào)度監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)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(jī)泵運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)等），完成視頻現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)監(jiān)視。

監(jiān)控中心屏上顯示數(shù)據(jù)信息有5座水廠及6座調(diào)節(jié)蓄水池主要調(diào)度數(shù)據(jù)量：調(diào)節(jié)蓄水池液位，蓄水池瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，濁度，用電量及主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，而且可以設(shè)定各監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)參數(shù)的上下限報(bào)警值，當(dāng)越限時(shí)，顯示器彈出報(bào)警窗口，并伴有聲光報(bào)警，蓄水池區(qū)域?qū)嵤┌卜缊?bào)警、報(bào)警視頻上傳等。

25個(gè)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要調(diào)度數(shù)據(jù)量：管網(wǎng)壓力、瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，對(duì)數(shù)據(jù)異常實(shí)行報(bào)警，調(diào)節(jié)閥根據(jù)管網(wǎng)壓力數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)開(kāi)啟度使管網(wǎng)上的壓力分布均勻。

監(jiān)測(cè)畫面和模擬屏上所有數(shù)據(jù)信息都是從各個(gè)測(cè)控子站終端系統(tǒng)中采集，通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)或者GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)把每個(gè)水廠及管網(wǎng)采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)器上，監(jiān)控中心SCADA服務(wù)器通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控各水廠、管道的有關(guān)參數(shù)，將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，并直觀地顯示各種必要的工況圖。

監(jiān)控中心（供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)）目前可以實(shí)現(xiàn)的功能有：①數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與處理功能。系統(tǒng)能把各檢測(cè)參數(shù)相應(yīng)畫面和報(bào)表顯示出來(lái)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行諸如最大值、最小值、平均值、累加值、定時(shí)值等計(jì)算處理，并分類進(jìn)行存儲(chǔ)，接受各種形式查詢。②圖形處理功能。能數(shù)據(jù)庫(kù)繪制實(shí)時(shí)曲線圖和歷史趨勢(shì)曲線圖。③自動(dòng)報(bào)表生成功能。能需要按不同時(shí)間周期如日、周、月、年等自動(dòng)生成各種報(bào)表。④具有遙控遙信功能?？刂粕罹畽C(jī)泵的開(kāi)關(guān)，遙信各控點(diǎn)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，根據(jù)遙測(cè)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)控點(diǎn)的遙調(diào)功能。遙控命令及執(zhí)行情況存檔備查，具有閉環(huán)和開(kāi)環(huán)控制方式。⑤具有自動(dòng)控制功能。深水機(jī)井作為補(bǔ)充水源，當(dāng)主管網(wǎng)壓力不夠時(shí)，深井機(jī)泵自動(dòng)啟動(dòng)并恒壓補(bǔ)充供水。⑥具有選呼功能：令呼，即呼叫各執(zhí)行終端；選呼，直接呼叫某個(gè)子站，進(jìn)行通訊；屏蔽／開(kāi)放呼叫功能。⑦具有事故、越限報(bào)警功能。⑧安防視頻幀信號(hào)報(bào)警功能。測(cè)控點(diǎn)異常下，報(bào)警處理，上傳視頻幀信號(hào)到監(jiān)控中心。⑨參數(shù)狀態(tài)管理功能。狀態(tài)管理：查詢修改各執(zhí)行端聯(lián)網(wǎng)／脫網(wǎng)狀態(tài)，各通道連接／末連接狀態(tài)；參數(shù)設(shè)置：設(shè)置修改各測(cè)量數(shù)據(jù)的基數(shù)和上、下限的數(shù)值；校時(shí)：修改年、月、日、時(shí)、分、秒等，完成系統(tǒng)時(shí)間同步；對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)建庫(kù)，進(jìn)行全面管理。⑩圖表顯示功能：能顯示測(cè)量的各種數(shù)據(jù)、遙信開(kāi)關(guān)狀態(tài)、各種系統(tǒng)圖形等。

3.2.2 測(cè)控子站

（1）水廠蓄水池自控系統(tǒng)。東灣鎮(zhèn)水廠、東灣鎮(zhèn)中渠村調(diào)節(jié)蓄水池、吉布庫(kù)鎮(zhèn)水廠、吉布庫(kù)鎮(zhèn)漲壩村調(diào)節(jié)蓄水池、碧流河鄉(xiāng)水廠、古城鄉(xiāng)水廠、老奇臺(tái)鎮(zhèn)水廠、三個(gè)莊子鄉(xiāng)調(diào)節(jié)蓄水池、五馬場(chǎng)鄉(xiāng)調(diào)節(jié)蓄水池、西地鎮(zhèn)旱溝村調(diào)節(jié)蓄水池，上述5座水廠及管網(wǎng)中的5座調(diào)節(jié)蓄水池主要是調(diào)節(jié)管網(wǎng)的壓力及往下游管網(wǎng)輸水。檢測(cè)的數(shù)據(jù)主要為：進(jìn)入蓄水池的累計(jì)流量和瞬時(shí)流量、水池水位，累計(jì)歷史曲線及報(bào)表，數(shù)據(jù)異常實(shí)行報(bào)警。

半截溝鎮(zhèn)設(shè)備凈化水廠：中葛根水庫(kù)水源進(jìn)入凈水設(shè)備后，根據(jù)濁度自控控制反沖洗。檢測(cè)的數(shù)據(jù)主要為：進(jìn)入蓄水池的累計(jì)流量和瞬時(shí)流量、水池水位，累計(jì)歷史曲線及報(bào)表，數(shù)據(jù)異常實(shí)行報(bào)警。濁度數(shù)據(jù)，反沖洗泵電機(jī)電流及泵工作狀態(tài)。

（2）深井機(jī)泵變頻恒壓自控系統(tǒng)。西北灣鄉(xiāng)小屯村備份水源井作為重力輸水壓力不足時(shí)的補(bǔ)充水源。檢測(cè)的數(shù)據(jù)主要為：機(jī)泵電參數(shù)（三相電流、三相電壓及電量、頻率）及運(yùn)行狀態(tài)，管網(wǎng)供水時(shí)壓力、供水流量。

（3）管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。新建成的吉布庫(kù)鎮(zhèn)、碧流河鄉(xiāng)等四鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中安全供水工程，東灣鎮(zhèn)、塔塔爾鄉(xiāng)等三鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中安全供水工程、老奇臺(tái)鎮(zhèn)、七戶鄉(xiāng)等五鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中安全供水工程，在供水管網(wǎng)中選擇了25個(gè)具有代表性的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控。時(shí)時(shí)進(jìn)行采集和傳輸管網(wǎng)壓力、流量，對(duì)數(shù)據(jù)異常實(shí)行報(bào)警，調(diào)節(jié)閥根據(jù)管網(wǎng)壓力數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)開(kāi)啟度使管網(wǎng)上的壓力分布均勻。檢測(cè)的數(shù)據(jù)主要為：管網(wǎng)時(shí)時(shí)壓力、供水累計(jì)流量、小時(shí)流量，調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟度。

（4）蓄水池安防視頻報(bào)警系統(tǒng)。在5座水廠及管網(wǎng)中的6座調(diào)節(jié)蓄水池安裝了紅外視頻監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，當(dāng)有人闖入蓄水池區(qū)域，自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)異常情況時(shí)（紅外線感應(yīng)、電子?xùn)艡诨蜷T禁），抓拍現(xiàn)場(chǎng)情況，傳輸?shù)街锌厥摇Ｍ瑫r(shí)完成與監(jiān)控中心安防視頻幀信號(hào)的傳輸。

測(cè)控子站其主要功能是完成上述測(cè)控子站監(jiān)測(cè)內(nèi)容數(shù)據(jù)的采集，定時(shí)通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)或者GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)把每個(gè)水廠、管網(wǎng)、集中監(jiān)測(cè)深井機(jī)泵變頻恒壓供水運(yùn)行采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心（供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)）的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)器上，以便對(duì)每個(gè)水廠、管網(wǎng)、集中監(jiān)測(cè)深井機(jī)泵變頻恒壓供水運(yùn)行時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)器處理時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)后向Internet網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)管理人員通過(guò)登錄網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)就可以對(duì)農(nóng)村供水工程的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)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(shí)也節(jié)約了管理成本。

3.3 系統(tǒng)的作用

（1）監(jiān)控中心調(diào)度室計(jì)算機(jī)通過(guò)有線寬帶（ADSL）／無(wú)線信道（GPRS）向測(cè)控子站智能數(shù)據(jù)終端自動(dòng)時(shí)時(shí)收集供水管網(wǎng)、蓄水池及取水點(diǎn)、水源深井等生產(chǎn)運(yùn)行情況，不斷積累，為合理調(diào)度，優(yōu)化管網(wǎng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)降耗的目的，同時(shí)對(duì)供水設(shè)備的控制，實(shí)現(xiàn)整體供水調(diào)度生產(chǎn)。

（2）監(jiān)控中心調(diào)度室計(jì)算機(jī)能實(shí)時(shí)有效地對(duì)測(cè)控子站智能化終端自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)運(yùn)行的異常情況和供水管網(wǎng)、蓄水池及取水點(diǎn)、水源深井等生產(chǎn)運(yùn)行異常情況；并發(fā)出報(bào)警顯示信號(hào)，提高了預(yù)測(cè)供水設(shè)備和供水管網(wǎng)事故的準(zhǔn)確性，提高了對(duì)事故的快速反應(yīng)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(fā)生，減少損失，提高服務(wù)質(zhì)量，提高供水經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

（3）對(duì)水廠蓄水池等生產(chǎn)關(guān)鍵部位進(jìn)行連續(xù)視頻幀信號(hào)自動(dòng)監(jiān)控，進(jìn)行異常情況上傳報(bào)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(diào)度室與各監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間提供及時(shí)準(zhǔn)確的通訊服務(wù)，使調(diào)度員能與各站保持聯(lián)系傳達(dá)調(diào)度信息，提高管理水平和效益。

（5）促進(jìn)供水部門的現(xiàn)代化生產(chǎn)和現(xiàn)代化管理，為供水部門供水調(diào)度自動(dòng)化控制和信息化管理創(chuàng)造條件。

4 結(jié)語(yǔ)

奇臺(tái)縣農(nóng)村供水自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水廠、蓄水池、管網(wǎng)測(cè)控點(diǎn)的生產(chǎn)運(yùn)行情況測(cè)控，對(duì)深井機(jī)泵和水處理設(shè)備等控制設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制；更重要的是水廠管理員可以通過(guò)登錄網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)手動(dòng)控制閥門開(kāi)啟度及水泵的啟停等；各測(cè)控子站現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的數(shù)據(jù)能夠通過(guò)移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)送到相關(guān)管理人員的移動(dòng)電話上，通過(guò)這種主動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地?fù)挝展┧驮O(shè)備管網(wǎng)運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水廠生產(chǎn)和供水管網(wǎng)的統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度供水，提高了供水的穩(wěn)定性和安全性，保障了供水系統(tǒng)的正常運(yùn)行和管理，促進(jìn)了奇臺(tái)縣農(nóng)村供水管理的現(xiàn)代化的發(fā)展。

通過(guò)奇臺(tái)縣農(nóng)村供水自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用證明，農(nóng)村供水自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)不僅在奇臺(tái)縣具有很好的應(yīng)用前景，而且在其他地區(qū)也有很好的推廣價(jià)值，它將是加強(qiáng)農(nóng)村水資源統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度，保證供水管網(wǎng)安全，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村供水管理現(xiàn)代化的重要手段。陜西水利