平遙西高灌自動化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

任學(xué)強(qiáng)，閆娟娟

（平遙縣水務(wù)局，山西 平遙 031100）

1 工程概況

平遙縣中都鄉(xiāng)西高灌位于平遙古城西，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)地下水資源匱乏，農(nóng)業(yè)灌溉主要依靠汾河水和瑞思污水處理廠處理后的城市污水。受地形影響，一級高灌站只能抽取汾河水，通過修建二級提水泵站，抽取瑞思污水處理廠處理后的城市污水用于農(nóng)業(yè)灌溉，可解決項(xiàng)目區(qū)1 853 hm2農(nóng)田的灌溉用水。

工程主要由水源地（一級站）和管理站（二級站）組成。水源為汾河三壩東四支渠自流水，自流入前池后，通過3臺機(jī)組泵供水到受益區(qū)和二級站。3臺機(jī)組泵配置：1臺出水量700 m3/h，揚(yáng)程10.5 m，2臺出水量500 m3/h，揚(yáng)程10 m。輸水管道配置為直徑500 mm PVC一條，直徑400 mm PVC2條，其中出水量700 m3/h的機(jī)組配置直徑500 mmPVC管道，輸水到二級站。二級站設(shè)有沉沙池、前池和機(jī)組泵站，一級站的水先輸入沉沙池后，通過沉淀過濾自流入前池。前池安裝有8臺機(jī)組泵站，通過機(jī)組泵站抽水到灌溉區(qū)。8臺機(jī)組出水量均為100 m3/h，管道均為直徑160 mm的PVC管。揚(yáng)程分別為20 m兩臺、40 m兩臺、50 m兩臺和70 m兩臺。

工程自動化設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)以下功能：一是監(jiān)測功能，對一級站來水、一級站機(jī)泵運(yùn)行情況、中水水源的來水、沉沙池及項(xiàng)目區(qū)土壤墑情進(jìn)行監(jiān)測；二是控制功能，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電話服務(wù)對水泵運(yùn)行狀況、出水量進(jìn)行控制；三是顯示功能，通過LED顯示各項(xiàng)功能；四是管理功能，實(shí)現(xiàn)水費(fèi)、電費(fèi)等經(jīng)營性、功能性的分析，自動生成表格并能打印出來。

2 工程運(yùn)行中存在的問題

平遙縣中都鄉(xiāng)西高灌具有供水量大、水泵機(jī)組多、運(yùn)行成本高的特點(diǎn)。在工程運(yùn)行中，采用傳統(tǒng)的管理模式，存在管理人員多、人員支出大；操作設(shè)備數(shù)量多，運(yùn)行故障不能及時發(fā)現(xiàn)；人工操作信息溝通慢、反饋不及時，效率不高，直接影響工程效益等諸多問題。

3 自動化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原則

根據(jù)平遙縣中都鄉(xiāng)西高灌節(jié)水改造工程自動化控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，整個設(shè)計(jì)遵循以下原則：一是技術(shù)先進(jìn)、操作方便、安全可靠、性價比高、系統(tǒng)開放，操作界面采用簡易化設(shè)計(jì)，所有控制流程全部采用圖形化界面和一鍵通控制，選用設(shè)備充分考慮可互換性；二是選用行業(yè)內(nèi)優(yōu)秀產(chǎn)品，采用標(biāo)準(zhǔn)接口，方便互換；三是設(shè)計(jì)完善，避免理論與實(shí)際脫節(jié)，要具有針對性。

3.2 設(shè)計(jì)原理

考慮到工程現(xiàn)狀、地形特點(diǎn)、運(yùn)行模式、工程造價和經(jīng)濟(jì)效益等綜合因素，自動化控制系統(tǒng)主要分為水源一級站監(jiān)控系統(tǒng)、管理站（二級站）監(jiān)控系統(tǒng)、中心監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)四個部分。

根據(jù)工程整體布局情況，中心監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)在管理站，主要對各個監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)讀取、遠(yuǎn)程控制設(shè)備開關(guān)，同時實(shí)時顯示各供水點(diǎn)的運(yùn)行情況、供水量、設(shè)備的工作狀態(tài)，在監(jiān)控顯示屏上直觀動畫顯示，方便遠(yuǎn)程調(diào)度與統(tǒng)一管理。

水源一級站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)在一級站，首先通過引入汾河支渠的水源，提高水泵機(jī)組輸水到二級站，然后通過8臺水泵輸水到灌溉管網(wǎng)。在管理中心站可對提水機(jī)組、蓄水池水位、來水情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與控制。

為保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，管理站安裝視攝監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全天全方位監(jiān)控，并將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)存入硬盤錄像機(jī)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)帶有云臺和解碼器，1號監(jiān)控點(diǎn)安裝在管理站，采用同軸電纜通訊，2號監(jiān)控點(diǎn)安裝在水源地，采用光纖通訊。

3.3 系統(tǒng)組成部分

3.3.1 數(shù)字監(jiān)控中心

數(shù)字監(jiān)控中心設(shè)在管理站，是自動化控制的中樞系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)與一級站監(jiān)控系統(tǒng)、二級站監(jiān)控系統(tǒng)及土壤監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程調(diào)控。數(shù)字監(jiān)控中心由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、光纖網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)、硬盤錄像機(jī)及顯示大廳組成。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由5臺電腦、局部網(wǎng)絡(luò)及Internet網(wǎng)絡(luò)組成；光纖網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)主要由光端收發(fā)器及光纖網(wǎng)絡(luò)組成，實(shí)現(xiàn)對視頻監(jiān)控信號的采用與圖像顯示、存儲。

監(jiān)控中心軟件采用組態(tài)軟件，通過組態(tài)軟件界面，動態(tài)圖形顯示各監(jiān)測站及機(jī)組運(yùn)行情況，并自動生成實(shí)時過程線數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)庫，動態(tài)顯示機(jī)組運(yùn)行情況及各機(jī)組參數(shù)、管道輸水壓力及流量數(shù)據(jù)和各水池水位及蓄水量數(shù)據(jù)；統(tǒng)計(jì)各機(jī)組耗電量與供水量數(shù)據(jù)及各機(jī)組運(yùn)行時間、工況與故障率信息；分析各機(jī)組運(yùn)行效率信息；實(shí)現(xiàn)費(fèi)用統(tǒng)計(jì)與收費(fèi)管理功能。

3.3.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

為提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，在泵站機(jī)房、監(jiān)控中心、蓄水池等重要場所安裝視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)全天候?qū)崟r視頻監(jiān)控。共設(shè)計(jì)6處視頻監(jiān)控點(diǎn)：水源地（一級站）2處視頻監(jiān)控采用光纖通訊方式，管理站（二級站）4處視頻監(jiān)控點(diǎn)。其中5處采用云臺控制，1處為定向監(jiān)控，達(dá)到顯示、錄像和控制的功能。

3.3.3 水源監(jiān)控系統(tǒng)

水源監(jiān)控系統(tǒng)主要對一級站3臺機(jī)組和二級站沉沙池、前池和8臺機(jī)組的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與控制。主要由PLC可編程控制器、電流電壓監(jiān)測傳感器、水泵故障監(jiān)測傳感器、管道壓力監(jiān)測傳感器、水泵耗電量監(jiān)測傳感器、水位監(jiān)測傳感器及可觸摸控制屏組成。通過監(jiān)控設(shè)備及監(jiān)測傳感器，實(shí)現(xiàn)對水泵機(jī)組啟停控制、運(yùn)行監(jiān)測等數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，并通過光纖將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)字監(jiān)控中心。

系統(tǒng)功能為：全天24 h遠(yuǎn)程在線監(jiān)測；一級站3臺機(jī)組運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測；一級站泵房、沉沙池遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，采用可旋轉(zhuǎn)紅外攝像頭對泵機(jī)房和前池24 h晝夜監(jiān)控；二級站8臺機(jī)組運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測；二級站泵房、管理房、沉沙池視頻實(shí)時監(jiān)控，采用可旋轉(zhuǎn)紅外攝像頭24 h晝夜監(jiān)控；數(shù)據(jù)庫實(shí)時備份；總控室監(jiān)測信息動態(tài)顯示；遠(yuǎn)程監(jiān)控各水泵啟停及電壓、電流等參數(shù)；支持遠(yuǎn)程監(jiān)測各PLC的工作狀態(tài)；數(shù)據(jù)分為自動獲取和定時獲取，可人工修改，也可遠(yuǎn)程下置修改參數(shù)；支持?jǐn)嚯娎m(xù)航，防止數(shù)據(jù)丟失；支持實(shí)時、定時及人工數(shù)據(jù)采集功能；采用多級隔離等措施，減少過流或過壓對設(shè)備的破壞；采集模塊可接多種型號采集設(shè)備，方便擴(kuò)展；總控制室采用圖形化界面設(shè)計(jì)，顯示各設(shè)備運(yùn)行情況；根據(jù)用電量及供水量計(jì)算水泵效率，成本核算；控制設(shè)備支持自診斷，發(fā)生異常時終止設(shè)備運(yùn)行并自動報(bào)警，記錄存入數(shù)據(jù)庫；總控制室各圖表均支持直接打印；網(wǎng)絡(luò)支持VPN/Ipsec、數(shù)據(jù)加密等安全功能；采用高性能的32位嵌入式處理器，可高速處理協(xié)議和大量數(shù)據(jù)；自動進(jìn)入省電模式；智能型數(shù)據(jù)終端，上電即可進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。能夠接入常用的各式電壓型、電流型、電阻型、開關(guān)量、數(shù)字量、RS232串行或RS485智能數(shù)輸出的各類傳感器、變送器；支持語音通信、數(shù)據(jù)通信及短信收發(fā)功能；系統(tǒng)自動記憶數(shù)據(jù)，自動定時備份，存儲大于30 d的歷史數(shù)據(jù)；系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)下載，遠(yuǎn)程修改系統(tǒng)參數(shù)；故障報(bào)警自動記錄，自動生成報(bào)表。

4 結(jié)語

根據(jù)工程特點(diǎn)，在管理上組建了西高灌農(nóng)民用水協(xié)會，讓農(nóng)戶參與工程管理，自主經(jīng)營，自負(fù)盈虧。在運(yùn)行中呈現(xiàn)出許多優(yōu)越性：充分利用中水，實(shí)現(xiàn)了水資源再生利用；汾河和中水雙水源供水，灌溉保障程度高；自動化控制，運(yùn)行科學(xué)合理；實(shí)行協(xié)會管理，工程使用效果好。