巖溶水源地遠程調(diào)度管理系統(tǒng)淺析：以山西興縣工業(yè)基地巖溶水源地為例

□劉若宙

巖溶水是賦存于可溶性巖層的溶蝕裂隙和溶洞中的地下水，又稱為喀斯特水，在地層中分布不均。根據(jù)巖溶水出露和埋藏條件的不同，可將巖溶水分為裸露型巖溶水、覆蓋型巖溶水和埋藏型巖溶水，其主要含HCO3-Ca·Mg、HCO3-Na·Ca、HCO3·SO4 –Ca·Na、Cl-Na,部分地區(qū)巖溶水與深層地層熔巖相互侵蝕，致使水中含有過量的F、Pb離子，水中成分復雜。較高含量的S、CL、F對人體有害，不適于作為飲用水源，但部分工業(yè)水源可以考慮巖溶水源。隨著山西城市建設步伐加快、工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大、生產(chǎn)能力的提高，巖溶水開采的數(shù)量持續(xù)上升，山西各地巖溶水水量逐年下降，地下水位呈明顯下降趨勢。本文以山西興縣工業(yè)基地巖溶水源地開發(fā)利用工程為研究對象，通過合理規(guī)劃布設遠程監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)對巖溶水源地的實時監(jiān)測和動態(tài)管理，為山西地區(qū)進一步開發(fā)巖溶水源提供技術參考。

一、工程背景

興縣工業(yè)基地水資源綜合開發(fā)利用工程主要是解決氧化鋁項目的工業(yè)生產(chǎn)用水、生活用水及沿線居民的人畜飲水問題，魏家灘巖溶水水源是該工程的水源地之一。魏家灘巖溶水源具有典型的巖溶水源地特征，含水層富水性較強、水量充沛，水質(zhì)受地表水入滲補給影響，水中HCO3-Ca·Mg、HCO3-Na·Ca含量高，適宜作為生活飲用水。本次水源開發(fā)供水工程包括3眼深井、1座地面蓄水池及13.92km的供水管線工程,供水沿線設有8座檢修閥井、2座流量計井和7座分水閥井，規(guī)劃對魏家灘巖溶水水源輸水系統(tǒng)中8座檢修井、7座分水閥井和2座流量計井進行遠程監(jiān)測及控制。

二、巖溶水源地遠程監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)布設

為實現(xiàn)對魏家灘巖溶水水源地各泵房的遠程調(diào)度，初步確定在薛家溝設置管理調(diào)度控制中心，在調(diào)度中心建立SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)信息化系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)配置見下圖。調(diào)度中心通過操作員工作站發(fā)出調(diào)度、控制指令。測控系統(tǒng)主要包括視頻系統(tǒng)、語音系統(tǒng)和自動化調(diào)度系統(tǒng)，主要監(jiān)控設備分布于調(diào)水工程中的各流量計井、分水閥井及蓄水池內(nèi)。

圖1 遠程監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)布設圖

(一)調(diào)度中心配電及布置

根據(jù)本工程布局規(guī)劃，結(jié)合調(diào)度管理中心規(guī)模和用電負荷，在薛家溝調(diào)度樓附近設一座箱式變電站，變壓器容量125KVA，型號為SCB10-125/10，箱式變電站電源“T”接于附近10KV線路上。為保障供電可靠性，通訊機房內(nèi)設UPS電源，容量為20KVA，作為通訊設備的備用電源。

調(diào)度中心所需硬件設備包括服務器、操作站、打印機以及網(wǎng)絡設備等，中心采用以太網(wǎng)控制。調(diào)度中心另需配置計算機數(shù)據(jù)服務器、計算機操作員站、工程師站、應用軟件工作站。為方便調(diào)度信息發(fā)布與數(shù)據(jù)資料的打印，在調(diào)度中心另配打印機及屏幕硬拷貝機。調(diào)度中心電腦操作系統(tǒng)采用 Windows NT 操作系統(tǒng)或者Unix 系統(tǒng)；遠程通訊采用有線通訊方式，即電話專線通訊系統(tǒng)。調(diào)度中心站控系統(tǒng)則主要包括操作員站、PLC和數(shù)據(jù)通訊接口等，操作系統(tǒng)采用 WindowsNT 系統(tǒng)。

(二)調(diào)度對象及方式

1.調(diào)度對象。本次設計的SCADA信息化系統(tǒng)，調(diào)度對象可分為六個部分，分別是薛家溝調(diào)度中心、魏家灘調(diào)蓄水池、魏家灘1#、2#、3#深井泵房及輸水管線。其中薛家溝調(diào)度中心是信息化系統(tǒng)的中樞部分，負責對下一級系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息進行采集、匯總，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時記錄、管理，并完成相應的動態(tài)操作。同時，本監(jiān)控系統(tǒng)還對輸水管線沿線的檢修井、分水閥井和流量計井進行遠程測控。每座井內(nèi)設有RTU柜，架設專線提供柜內(nèi)設備的電源，采用光纖通信技術向調(diào)度中心和水源地子系統(tǒng)提供需要監(jiān)控或數(shù)據(jù)服務。

2.調(diào)度方式。在調(diào)度對象的各部分之間分別配置工業(yè)以太網(wǎng)交換機或綜合以太網(wǎng)設備，節(jié)點之間通過單模千兆冗余光纖接口連接，組成封閉的以太光纖環(huán)網(wǎng)。環(huán)網(wǎng)的各個節(jié)點內(nèi)均可準確而及時地采集現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)和信息，通過實時信息傳遞、數(shù)據(jù)共享和信息交換，進行實時分析、處理，實現(xiàn)合理調(diào)度運行。

調(diào)度中心SCADA系統(tǒng)實時采集現(xiàn)地上傳的數(shù)據(jù)和有關信息，對采集和接收的數(shù)據(jù)進行合理性、有效性檢查和判斷；以采集和接收的數(shù)據(jù)實時更新數(shù)據(jù)庫；將實時數(shù)據(jù)綜合計算、整理成為時段數(shù)據(jù)；對接收的數(shù)據(jù)進行報警檢查等。當運行狀態(tài)發(fā)生變更或參數(shù)超越設定限值時，進行實時記錄，自動轉(zhuǎn)入事故、故障的顯示，推出相應的事故、故障畫面；當進行某項操作時，自動推出相應的操作控制畫面與過程監(jiān)視畫面。泵站的各狀態(tài)量(機組運行狀況、運行調(diào)度狀況)通過光纖通訊線路上送設在薛家溝的調(diào)度中心，調(diào)度中心可以下達泵站自動化系統(tǒng)的管理決策。

3.供水工程管理調(diào)度。供水工程的管理調(diào)度和生產(chǎn)調(diào)度采用專用通信網(wǎng)組建以語音、數(shù)據(jù)、圖象綜合調(diào)度自動化為主要業(yè)務的光纖網(wǎng)絡。以1000Mbps的光纖線路傳輸速率，構(gòu)建光纖自愈環(huán)及多種拓撲結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡，提供異步數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)、語音等綜合接入功能，有效完成了工業(yè)過程SCADA系統(tǒng)中的信息承載，為綜合(語音數(shù)據(jù)圖象)調(diào)度自動化提供更好的通信手段。系統(tǒng)組網(wǎng)采用光纖以太網(wǎng)組成開放式、分層分布式網(wǎng)絡，協(xié)議為TCP/IP。

4.通信方式?，F(xiàn)階段通訊組網(wǎng)的種類越來越多，目前比較廣泛應用的有工業(yè)以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡、現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡、RS-485總線控制網(wǎng)絡等。綜合考慮建設成本、通信速率以及軟硬件資源等條件，以及調(diào)度系統(tǒng)各監(jiān)測對象的位置關系，確定通信設備采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機組成全部通信系統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)，交換機具有提供多個以太網(wǎng)接口，同時提供多個總線式異步數(shù)據(jù)傳輸通道等功能，可以配置RS232/485等異步數(shù)據(jù)接口設備。

調(diào)度系統(tǒng)在調(diào)度中心通信機房設置一套語音網(wǎng)關設備，該設備與調(diào)度中心的程控調(diào)度交換機相連。各個控制站點設置接入語音網(wǎng)關及普通電話機，語音網(wǎng)關直接接入站點的工業(yè)網(wǎng)絡交換機。各個站點視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用視頻服務器的方式接入站點工業(yè)以太網(wǎng)交換機，由調(diào)度中心統(tǒng)一解碼管理。

三、結(jié)束語

加強巖溶水水源保護是山西省部分地區(qū)水資源管理及保護的重點工作。從工程技術層面看，要切實做好現(xiàn)有水源地的監(jiān)測工作，包括對巖溶水水源地的地下水位監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測、水量開采量的控制等；從管理層面看，要進一步完善巖溶水水資源保護方面的規(guī)章制度，堅決貫徹執(zhí)行國家、省、市、縣的各項規(guī)章制度，做到有法必依、執(zhí)法必嚴、違法必究；從文化宣傳方面看，應加強保護水源、關注環(huán)境方面的宣傳，倡導生態(tài)和諧。同時，積極爭取各方資金，加快改善已遭破壞的水源地環(huán)境，加強存在潛在污染源的水源地保護，切實做到在保護中開發(fā)、在利用中保護，確保山西城鄉(xiāng)供水安全。