智能自控調(diào)度系統(tǒng)在馬莊供水中的應(yīng)用研究

孫占泉

（德州市水利局，山東 德州 253014）

智能自控調(diào)度系統(tǒng)在馬莊供水中的應(yīng)用研究

孫占泉

（德州市水利局，山東 德州 253014）

運(yùn)用工業(yè)控制組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)村供水工程中蓄水池水位遠(yuǎn)程控制、水處理的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、機(jī)泵運(yùn)行自動(dòng)化控制及運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)視等項(xiàng)智能技術(shù)，基本形成農(nóng)村飲水安全工程智能化信息管理系統(tǒng)建設(shè)，滿足農(nóng)村飲水安全工程自動(dòng)化和信息化的需要。

農(nóng)村供水；智能化；自動(dòng)控制；監(jiān)測(cè)；飲水安全

馬莊集中供水項(xiàng)目區(qū)位于德州市武城縣。此工程包括機(jī)井 1 眼， 150 m3蓄水池 1 個(gè)，管理站 1 處，并配置自動(dòng)化控制系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)和水處理等設(shè)備；供水工程供水流程為水源井（22 kw 變頻）—除氟設(shè)備—加藥設(shè)備—蓄水池—管道加壓泵—供水管線—各自然村。

項(xiàng)目的實(shí)施可解決轄區(qū) 15 個(gè)行政村，1 萬人的飲水安全問題，通過水源地、高位蓄水池、管網(wǎng)及供水用水環(huán)節(jié)等全面自動(dòng)化監(jiān)控進(jìn)行供水生產(chǎn)管理，有效地保障供水設(shè)備的運(yùn)行安全。

1 系統(tǒng)研究方案簡(jiǎn)介

1）建立中控室，完成農(nóng)村安全飲水的自動(dòng)化和信息化管理。

2）水廠蓄水池水位采集，出廠壓力采集，出廠流量監(jiān)采集；采用工業(yè)總線組網(wǎng)、電磁測(cè)量和擴(kuò)散硅探測(cè)技術(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度和提高供水質(zhì)量。

3）利用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)水源井和加壓泵房出口的恒壓供水，同時(shí)實(shí)現(xiàn)分時(shí)段和全時(shí)段供水，提高供水生產(chǎn)的科學(xué)性。

4）利用 RTU 測(cè)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)水廠蓄水池水位與水源井機(jī)泵、加壓機(jī)泵的閉環(huán)自動(dòng)控制，采集，出廠壓力采集，出廠流量監(jiān)采集；采用工業(yè)總線組網(wǎng)、電磁測(cè)量技術(shù)和擴(kuò)散硅探測(cè)技術(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，提高供水生產(chǎn)的效率。

5）利用吸附過濾原理（活性氧化鋁）、加氯消毒技術(shù)進(jìn)行水處理，提高供水質(zhì)量。

6）供水行政村壓力和流量采集；采用 GPRS、電磁測(cè)量和擴(kuò)散硅探測(cè)技術(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，保障供水。

7）利用視頻監(jiān)視技術(shù)，對(duì)水廠、水源井、蓄水池、泵房、水處理間進(jìn)行視頻監(jiān)視，保障水源地水廠安全。

8）建立自動(dòng)化和信息化管理系統(tǒng)，進(jìn)行農(nóng)村安全飲水的自動(dòng)化和信息化的科學(xué)管理和供水生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)供水科學(xué)化，自動(dòng)控制調(diào)度如圖1 所示。

2 系統(tǒng)應(yīng)用概況

2.1 供水調(diào)度中心

供水調(diào)度中心具備遠(yuǎn)程監(jiān)控的通信、數(shù)據(jù)匯總和處理等功能。由中心監(jiān)控站實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)對(duì)水源井、管理站蓄水池、各村供水管理及計(jì)量遠(yuǎn)程測(cè)控，包括現(xiàn)場(chǎng)供水設(shè)備的自動(dòng)控制、遙控、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)，中心監(jiān)控站與供水管理部門組成的 Client/Server結(jié)構(gòu)的分布式處理的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，能夠使調(diào)度數(shù)據(jù)為各部門服務(wù)[1]。

中心監(jiān)控站由遠(yuǎn)程調(diào)度軟件（組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)版）、水量管理、調(diào)度主機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、通訊設(shè)備、領(lǐng)導(dǎo)查詢等組成，其中領(lǐng)導(dǎo)查詢和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器選配。

供水監(jiān)測(cè)中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行資料總處理，采用 C/S 體系結(jié)構(gòu)，有利于節(jié)省軟件維護(hù)和管理的時(shí)間和費(fèi)用。

調(diào)度系統(tǒng)采用 SKJ 方式進(jìn)行調(diào)度數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制等任務(wù)，SKJ 方式是當(dāng)前對(duì)數(shù)據(jù)監(jiān)控的可靠性 、穩(wěn)定性要求較高系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控所采取的先進(jìn)調(diào)度方式[2]，能夠充分地保證調(diào)度中心調(diào)度系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行；另外選用的調(diào)度計(jì)算機(jī)，對(duì)于運(yùn)行多任務(wù)系統(tǒng)具有足夠的能力，能夠同時(shí)完成數(shù)據(jù)通訊、處理、上屏等功能。

在調(diào)度中心，整個(gè)通訊系統(tǒng)在同一遠(yuǎn)控中心局域網(wǎng)下，設(shè)備同時(shí)接受數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸采用 ADSL有線和 GPRS 無線寬帶通訊模式，可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和處理，并在軟件的控制下執(zhí)行各種控制命令。同時(shí)，可以顯示多任務(wù)、監(jiān)控畫面，便于掌握收費(fèi)系統(tǒng)及供水情況，顯示各設(shè)備開關(guān)狀態(tài)，并對(duì)余氯、濁度等運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2.2 管理站水源井測(cè)控及蓄水池水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.2.1 水源井測(cè)控系統(tǒng)

遠(yuǎn)傳終端實(shí)現(xiàn)對(duì)深井水位、電壓、電流、電量、功率因數(shù)、有功無功等現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集，并對(duì)供水設(shè)備遠(yuǎn)傳啟停，同時(shí)可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)供水運(yùn)行狀況自動(dòng)控制（根據(jù)管理站蓄水池水位自動(dòng)控制，高于控制水位自控關(guān)機(jī)，低于控制水位自控開機(jī)），保存這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)測(cè)中心。

通過有線方式實(shí)現(xiàn)與供水站調(diào)度中心調(diào)度通信，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)和遙控。

本地自動(dòng)保護(hù)功能，根據(jù)需要，當(dāng)本地運(yùn)行故障時(shí)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)泵，保護(hù)泵站設(shè)備?？刂品绞椒譃楝F(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)傳、自動(dòng) 3 級(jí)控制方式。監(jiān)測(cè)量電壓、電流、電量；監(jiān)測(cè)深井水位；水泵運(yùn)行監(jiān)測(cè)及開關(guān)日志，自動(dòng)計(jì)時(shí)；參數(shù)上下限報(bào)警。

設(shè)備還可以擴(kuò)展采集數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)曲線，自動(dòng)生成表格等。

2.2.2 蓄水池系統(tǒng)

對(duì)蓄水池的出口累計(jì)流量和瞬時(shí)流量進(jìn)行實(shí)時(shí)采集分析，蓄水池出口 3 個(gè)加壓泵，變頻加壓一拖二，實(shí)現(xiàn)恒壓力控制。特點(diǎn)如下：1）配備變頻柜一拖二（2 個(gè)運(yùn)行泵）恒壓控制；2）配備啟動(dòng)柜單獨(dú)啟動(dòng)備用泵；3）3 個(gè)加壓泵工況（三相電流、三相電壓、電量）；4）數(shù)據(jù)上傳。

2.3 自然村供水控制管理、流量計(jì)量監(jiān)測(cè)及壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.3.1 各條干管的水流、水壓及供水情況監(jiān)測(cè)

實(shí)現(xiàn)對(duì)自然村村口壓力、供水用戶用水量流量等現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集，保存這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到監(jiān)測(cè)中心。實(shí)現(xiàn)對(duì)供水用戶用水量的科學(xué)管理和輸配水管網(wǎng)主管道漏水報(bào)警及管道閥門自動(dòng)關(guān)閉。

遠(yuǎn)傳終端通過有線方式實(shí)現(xiàn)對(duì)本地設(shè)備儀表的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

供遠(yuǎn)傳終端通過無線方式（GPRS 通訊模塊）實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

在自然村供水設(shè)備加配手動(dòng)閥門，以便于管道、設(shè)備的檢修。

2.3.2 計(jì)量測(cè)控終端監(jiān)測(cè)

通過累計(jì)和瞬時(shí)流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)用水的科學(xué)管理的目的[3]，保障用水。

在各村的村口支管道上設(shè)直讀流量表，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)累計(jì)和瞬時(shí)流量，同時(shí)將數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)傳送回總控室。

在各村的村口支管道上設(shè)遠(yuǎn)傳壓力表，遠(yuǎn)程管網(wǎng)壓力，同時(shí)將數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)傳送回總控室。

總控制室監(jiān)測(cè)各供水點(diǎn)水量，管網(wǎng)壓力狀態(tài)。

保持與中控制室通訊，向總控制室返回?cái)?shù)據(jù)，接受總控制室的監(jiān)測(cè)指令。

2.4 除氟、加氯水處理系統(tǒng)

2.4.1 加藥設(shè)備

二氧化氯是強(qiáng)氧化劑，在使用中只產(chǎn)生氧化物，不產(chǎn)生氯化物，殺菌、滅藻效果比現(xiàn)在大量使用的含氯消毒劑強(qiáng)，又無氯的氣味和刺激性，鑒于二氧化氯在水處理中的諸多優(yōu)點(diǎn)，建設(shè)部《城市供水行業(yè) 2000 年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》中推薦使用二氧化氯為飲用水首選消毒劑。

由于自來水廠的供水量較大，從降低運(yùn)行費(fèi)用和自動(dòng)化控制的角度考慮，宜選用高效復(fù)合二氧化氯發(fā)生器。加料方式：進(jìn)口計(jì)量泵；原材料：氯酸鈉+鹽酸；原材料轉(zhuǎn)化率 ≥ 90%；產(chǎn)物中二氧化氯含量 ≥ 80%；應(yīng)用領(lǐng)域：所有二氧化氯應(yīng)用領(lǐng)域。

2.4.2 除氟系統(tǒng)

活性氧化鋁是世界上應(yīng)有最廣泛的除氟方法[4]。本方案就是生產(chǎn)性活性氧化鋁飲用水除氟。不同工藝除氟流程如圖2，3 所示。

除氟設(shè)備的運(yùn)行方式：除氟設(shè)備的操作可以分成除氟和再生過程，除氟設(shè)備可以連續(xù)工作，也可以間接工作。

再生工程：再生過程分為 4 個(gè)階段，首次沖洗、再生、二次沖洗、中和。

經(jīng)過再生后的活性氧化鋁濾床，濾料的吸附能力得到恢復(fù)，可重新進(jìn)入除氟過程，可以開始一個(gè)新的周期。

3 系統(tǒng)應(yīng)用管理與實(shí)踐

3.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

1）遙測(cè)功能。實(shí)時(shí)的壓力、水位、電參數(shù)（電流、電壓等）等信號(hào)。

2）遙信功能。實(shí)時(shí)把監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)（啟動(dòng)、停止、運(yùn)行、檢修、故障等）傳輸?shù)娇刂浦行?，隨時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)并進(jìn)行記錄，同時(shí)對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行提示、報(bào)警和故障緊急處理。

3）遙控功能。實(shí)時(shí)的控制設(shè)備狀態(tài)（啟停、開關(guān)、開度等），通過調(diào)度指令完成操作，通過實(shí)時(shí)的信號(hào)反饋，確保操作的貫徹執(zhí)行。

4）畫面顯示。整個(gè)供水系統(tǒng)從管網(wǎng)到水源生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)的全面和局部的圖形展示（如整個(gè)、局部管網(wǎng)運(yùn)行圖，水源井泵站和供水站運(yùn)行模擬實(shí)景圖等），動(dòng)態(tài)的顯示各部分運(yùn)行情況，使整個(gè)調(diào)度系統(tǒng)更加全面和直觀。

5）報(bào)警管理。提供整個(gè)管網(wǎng)異常狀況的報(bào)警，并且對(duì)供水生產(chǎn)其他環(huán)節(jié)的運(yùn)行情況實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，提供異常狀況的報(bào)警。

6）實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)庫的生成。保證數(shù)據(jù)的及時(shí)性，同時(shí)也保證了數(shù)據(jù)的連續(xù)性，為監(jiān)控和數(shù)據(jù)的分析提供了可靠的依據(jù)。

7）事故追憶。主動(dòng)實(shí)現(xiàn)事故數(shù)據(jù)的追憶，同時(shí)提供事故追憶時(shí)間和數(shù)據(jù)狀況等相關(guān)數(shù)據(jù)。

8）過程控制。通過軟件設(shè)定和相應(yīng)的硬件（RTU）配合，實(shí)現(xiàn)供水生產(chǎn)的過程控制。

9）統(tǒng)計(jì)計(jì)算和分析。通過采集和存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史記錄進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)和分項(xiàng)分析，比如 ：蓄水池水位、流量 、電機(jī)的電壓電流電量等等。

10）報(bào)表和曲線。具有自由報(bào)表和曲線，報(bào)表可根據(jù)要求生成清單 、統(tǒng)計(jì)報(bào)表和分類報(bào)表 ；曲線可生成實(shí)時(shí)變化、對(duì)比、綜合和定時(shí)等曲線。

11）人工補(bǔ)錄。對(duì)于系統(tǒng)中的不完整部分進(jìn)行人工錄入，使整個(gè)調(diào)度數(shù)據(jù)更加完整。

12）系統(tǒng)定義及維護(hù)。適用于系統(tǒng)維護(hù)人員，維護(hù)人員經(jīng)過短暫培訓(xùn)可以很快地掌握如何對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行定義，并能夠簡(jiǎn)便地維護(hù)系統(tǒng) 。

13）參數(shù)設(shè)置。使整個(gè)調(diào)度中的各種變量和功能都通過簡(jiǎn)單地參數(shù)配置實(shí)現(xiàn)。

3.2 系統(tǒng)應(yīng)用效果分析簡(jiǎn)介

系統(tǒng)可提供多樣化圖形處理方式，直觀顯示采集狀態(tài)，方便操作人員實(shí)時(shí)了解運(yùn)行狀況。整個(gè)集中供水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從各個(gè)環(huán)節(jié)的全面和局部的進(jìn)行圖形展示（如整個(gè)供水管網(wǎng)的分布情況圖、水源井的分布情況圖、蓄水池、自然村的分布情況圖），實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)，使整個(gè)調(diào)度系統(tǒng)更加全面和直觀，水廠調(diào)度分布如附圖4 所示。

數(shù)據(jù)處理如表1 所示。

通過數(shù)據(jù)報(bào)表及查詢，針對(duì)用戶特殊需求的數(shù)據(jù)報(bào)表，形成日志、形成歷史數(shù)據(jù)。

曲線直觀顯示方式如圖5 所示。

棒圖等直觀顯示方式如圖6 所示。

4 結(jié)語

4.1 取得的主要成效

1）工業(yè)控制組態(tài)軟件。支持組態(tài)、數(shù)據(jù)處理、參數(shù)設(shè)置、視頻、通信等功能，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集通信，動(dòng)態(tài)顯示遠(yuǎn)程參數(shù)、視頻等信息。

2）蓄水池水位遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。通過綜合調(diào)度系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄水池水位的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)園區(qū)用水量的控制和調(diào)度。

3）水處理的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。實(shí)現(xiàn)二氧化氯發(fā)生器的運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

4）自動(dòng)控制。實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速出廠恒壓控制、實(shí)現(xiàn)水源井機(jī)泵和二次加壓機(jī)泵與蓄水池水位的閉環(huán)控制。

5）機(jī)泵運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。實(shí)現(xiàn)水源井機(jī)泵和二次加壓機(jī)泵運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

6）視頻監(jiān)視。集成視頻監(jiān)視功能。

4.2 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

1）分階段、分工實(shí)施。在研究實(shí)施分工安排上，采用子課題方式將研究?jī)?nèi)容劃分為幾個(gè)階段，既方便研究進(jìn)度的掌握，又方便了多個(gè)項(xiàng)目人員聯(lián)合，集中每個(gè)人的優(yōu)勢(shì)，保證項(xiàng)目的質(zhì)量。

2）充分利用技術(shù)積累。項(xiàng)目實(shí)施過程中，充分利用已有的技術(shù)，部門已有的一定技術(shù)積累，在本項(xiàng)目研究中獲得充分利用。視頻監(jiān)控技術(shù)方面的研究，也充分利用了國(guó)內(nèi)成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，通過研究相關(guān)接口技術(shù)，將視頻監(jiān)控技術(shù)變?yōu)楸鞠到y(tǒng)有自主特色的技術(shù)。

3）需要避免的教訓(xùn)。應(yīng)用技術(shù)研究需與實(shí)際應(yīng)用密切結(jié)合。本項(xiàng)目研究中，在與應(yīng)用相結(jié)合上有待加強(qiáng)。

[1] 甘志，李幼儀，陳宜凱.Delphi7 高級(jí)應(yīng)用開發(fā)篇[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008: 30-60.

[2] 商曉帆.電子政務(wù)信息資源整合與信息孤島[J].現(xiàn)代情報(bào)，2008 (6): 11.

[3] 劉翔.智能供水網(wǎng)絡(luò)管理信息系統(tǒng)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案[J].天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000 (6): 47-50.

[4] 張念卿.配水管網(wǎng)二次加氯優(yōu)化及水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)度分析[D].杭州：浙江大學(xué)，2011: 45-51.

Application of Intelligent Automatic Control Scheduling System in Mazhuang Water Suppl

SUN Zhanquan
(Water Conservancy Bureau of Dezhou City, Dezhou 253014, China)

By applying the industrial control configuration software , it can achieve the intelligent technology of control of reservoir water level of rural water supply, automatic monitoring of the water treatment, automatic control of pump operation and video surveillance.It basically forms the intelligent information management system construction of rural drinking water safety project, and meets its automatic and informative needs.

rural water supply; intelligent; auto-control; survey; the safety of drinking water

TU991

A

1674-9405(2014)06-0051-05

2014-08-27

孫占泉（1963－），男，山東平原人，高級(jí)工程師，主要從事農(nóng)村水利的研究工作。