自動化技術(shù)在農(nóng)村安全飲水工程中的應用

潘　冰，冉丹婷，王庚平（.甘肅省膜科學技術(shù)研究院，甘肅蘭州73000；.蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學院，甘肅蘭州73000）

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自動化技術(shù)在農(nóng)村安全飲水工程中的應用

潘冰1，冉丹婷2，王庚平1
（1.甘肅省膜科學技術(shù)研究院，甘肅蘭州730020；2.蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學院，甘肅蘭州730020）

摘要：甘肅省古浪縣劉楊村人畜飲水工程是甘肅省科技廳黨組根據(jù)甘肅省省委、省政府關(guān)于在全省范圍內(nèi)開展“聯(lián)村聯(lián)戶、為民富民”行動的一項重點民生項目。本項目采用單村供水模式，全村共建設(shè)和改造有水源井1座、供水站1座，3座蓄水池等。全部采用了經(jīng)濟可靠的自動化控制技術(shù)和手機遠程管理技術(shù)，進一步提高了農(nóng)村飲水安全供水工程的管理水平，達到運行的無人值守。實現(xiàn)供水工程運行可靠、高效的目的。

關(guān)鍵詞：自動化；飲水安全；供水；應用

1　概述

我國是農(nóng)業(yè)大國、人口大國，境內(nèi)水資源匱乏，位居世界各國之后，農(nóng)業(yè)人口眾多，飲水安全問題突出。近年來，黨中央、國務(wù)院堅持以人為本，把農(nóng)村飲水安全這一民生工程作為解決“三農(nóng)”問題的重要舉措，投入巨資建水廠，鋪管道，旨在改善農(nóng)村飲水條件，提高人民群眾生活質(zhì)量。但由于農(nóng)村安全飲水工程普遍存在供水點分散、自動化程度低等問題，飲水工程的管理運行上需要耗費大量的人力物力，造成飲水工程設(shè)施運行效率低，管理成本上升等不利因素，因此，將穩(wěn)定可靠而且經(jīng)濟的自動化技術(shù)推廣應用在農(nóng)村飲水工程上，對于提升了我國農(nóng)村供水工程的自動化程度，在促進供水科技進步、提高管理水平以及優(yōu)質(zhì)、安全、低耗供水等方面具有長遠意義。

2　劉楊村人畜飲水工程概況

新堡鄉(xiāng)劉楊村位于甘肅省武威市古浪縣東南部的干旱山區(qū)，平均海拔2300m，現(xiàn)有農(nóng)戶191戶，共832人。由于地處干旱山區(qū)，地理環(huán)境和自然條件制約，加之農(nóng)戶居住分散，村里僅有淺水井一眼，農(nóng)畜飲水矛盾突出。同時淺水井水質(zhì)不佳，主要表現(xiàn)為氨氮和大腸桿菌超標，飲水安全嚴重影響到當?shù)剞r(nóng)戶的健康。

為了徹底解決劉楊村人口飲水安全問題，甘肅省科技廳結(jié)合劉楊村人畜飲水困難的突出矛盾，經(jīng)多方協(xié)調(diào)，落實資金，并由甘肅省膜科院設(shè)計承建的一項民生工程。工程順利建成了2座50m3、1座 25m3地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)畜水池。同時敷設(shè)安裝了2300m的輸水管道以及1臺深井潛水泵、2臺供水泵、2臺供水潛水泵井，并配置遠程自動化控制系統(tǒng)1套，供水量達到25t/h，工程調(diào)試完成后實現(xiàn)自動化無人值守供水。

3　自動化控制系統(tǒng)

自動化控制系統(tǒng)由水源控制系統(tǒng)、供水控制系統(tǒng)和現(xiàn)場信號采集遠傳控制系統(tǒng)等組成。

3.1水源控制系統(tǒng)

根據(jù)供水要求，供水站建有深度為80m的水源井1座和50m3的調(diào)節(jié)池1座。每眼井配備一臺157QJ132-120/10-18.5深井潛水泵和一臺水泵就地控制柜（功率45KVA），根據(jù)調(diào)節(jié)池水位控制潛水泵啟動、停止。調(diào)節(jié)池中液位時自動啟動深井潛水泵，調(diào)節(jié)池高液位時停泵，控制柜具有手動自動控制模式，可自動控制，也可手動控制，同時具有短路、過流、過壓、過載等多種保護功能。

3.2供水自動化控制系統(tǒng)

設(shè)計考慮到當?shù)剞r(nóng)戶分散居住在兩個集中居住點，共建有2座清水池，因為2座清水池相距供水站較遠，考慮到工程預算和后期維護，2座清水池的供水管路共用同一管線，供水時先將較近的25m3清水池（下稱A水池）蓄滿后關(guān)閉A水池進水端設(shè)置的進水電動閥。即A水池停止進水，后再將深井水輸送至較遠的50m3清水池（下稱B水池），當B水池蓄滿后關(guān)閉位于B水池進水端的進水電動閥，當2座水池的進水閥同時關(guān)閉后，停止輸送水泵，當水池液位下降到一定高度時，重復上述操作，實現(xiàn)循環(huán)供水。如圖2所示。

圖1　供水自動化控制系統(tǒng)概況圖

由于水池液位因為農(nóng)戶取水經(jīng)常發(fā)生變化，因此，人工操作實現(xiàn)上述邏輯需要耗費大量的人力和物力。供水控制系統(tǒng)采用RTU無線遠程控制的解決方案。設(shè)計時在兩個清水池就地設(shè)置兩臺RTU現(xiàn)場遠程控制箱，可自動根據(jù)液位的高低變化控制現(xiàn)場電動閥的啟閉，同時采集現(xiàn)場清水池的水位狀態(tài)自動遠傳至位于供水廠的水泵遠程控制柜，當2座水池水位均達到高水位狀態(tài)時，水泵遠程控制設(shè)備自動停止供水泵。當任意一個水池液位下降至一定高度時，水泵遠程控制設(shè)備自動啟動供水泵為清水池補水，如此循環(huán)，實現(xiàn)供水的自動控制，達到無人值守的目的。

供水控制系統(tǒng)根據(jù)農(nóng)閑農(nóng)忙季節(jié)用水量的不同設(shè)置有普通生活供水模式和農(nóng)忙長時段供水模式兩種模式，普通生活供水模式下，供水泵根據(jù)現(xiàn)場水池液位的高低自動運行。農(nóng)忙長時段模式下，水池液位退出自動控制邏輯，供水泵的啟停不再由液位的高低控制，在現(xiàn)場水池水滿后可通過閥門的切換為灌溉用蓄水池（原有設(shè)施）不間斷供水，滿足農(nóng)戶長時段用水的要求。

除此之外，同時供水控制系統(tǒng)最大限度地考慮了各種可能發(fā)生的供水故障，并依此設(shè)計有完善的保護功能，包括熱過載保護、斷相保護、過流保護、水池水位過低保護、以及管道超壓保護等，提高供水系統(tǒng)穩(wěn)定運行的可靠性。

3.3手機遠程監(jiān)控系統(tǒng)

由于飲水工程建設(shè)位于落后山區(qū)，管理人員均為當?shù)剞r(nóng)戶，缺少管理相關(guān)的專業(yè)技術(shù)。為了保證供水設(shè)備的穩(wěn)定運行。飲水工程設(shè)計了手機管理系統(tǒng)。將軟件分別植入到位于供水站的水泵遠程控制柜和位于清水池旁的現(xiàn)場遠程控制箱的核心控制模塊中，管理人員可以通過發(fā)送手機短信“查詢”隨時對整套控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)視。同時可以發(fā)送“啟動”“停止”短信隨時啟動或關(guān)閉供水泵。除此之外當控制系統(tǒng)出現(xiàn)水泵過載，水池水位過低、管道超壓等故障時，監(jiān)控系統(tǒng)會自動發(fā)送故障信息到管理人員的手機上。方便管理人員隨時進行系統(tǒng)維控和故障排除。

4　經(jīng)濟效益分析

供水自動化控制系統(tǒng)安裝調(diào)試完成后，完全實現(xiàn)無人值守控制，極大地提高了供水系統(tǒng)中水泵的工作效率。

4.1未采用供水自動化控制系統(tǒng)時供水工程的運行費用

在未投入自動化控制系統(tǒng)時前水泵的管理是由當?shù)剞r(nóng)戶承擔，每月鄉(xiāng)政府給予1200元工資補貼，除此之外，由于最遠的取水點距離供水點3km，管理人員主要通過摩托車在取水點和供水點兩地來回移動以進行水泵啟停和閥門開閉的操作。因此，鄉(xiāng)政府給予200元/月的燃油補貼。管理成本合計為1400元/月。

由于無法及時根據(jù)水池水位對深井泵和供水泵的啟停進行操作，為保證供水的持續(xù)性，系統(tǒng)內(nèi)深井泵和供水泵在供水時間段往往是持續(xù)憋壓運行，每天共計運行5h。水泵的總功率為45kW，當?shù)剞r(nóng)用電電費為0.55元/度，每月電費為：

每月電費=水泵運行功率×運行時間×30d×電費單價=45×5×30×0.55 =3712.5元

每月供水的費用總額為：

人力成本+電費=1400+3712.5 =5112.5元

4.2采用供水自動化控制系統(tǒng)時供水工程的運行費用

投入自動化控制系統(tǒng)后，所有設(shè)備為自動運行，解放了生產(chǎn)力。每月僅需定期對現(xiàn)場設(shè)備進行查檢維護，設(shè)備管理由當?shù)剞r(nóng)戶兼職負責，鄉(xiāng)政府給予每月380元補貼（含工資補貼+話費補貼+燃油補貼）。由于自動控制系統(tǒng)可根據(jù)水池液位的高低自動控制水泵的啟停，水泵運行方式改為間斷運行，現(xiàn)場計算每天水泵大約運行時間為2.5h，每月電費為：

每月電費=水泵運行功率×運行時間×30天×電費單價

=45×2.5×30×0.55=1856.25元

每月供水的費用總額為：

人力成本+電費=380+1856.25 =2236.25元

由以上對比分析可以看出，采用供水自動化控制系統(tǒng)后每月供水的費用降低大約56.2%，極大地減輕了偏遠貧困鄉(xiāng)村農(nóng)戶的生活負擔，達到了節(jié)能降耗的目的。

5　供水自動化控制系統(tǒng)運行效果

綜上所述，采用了RTU技術(shù)、數(shù)據(jù)采集、遠程控制、供水壓力智能保護、遠程報警等功能為一體的自動化控制技術(shù)投運至今，大大降低了運行電費、減少了管理人員，最大程度降低運行管理費用。使得小型農(nóng)村供水工程達到了管理簡單、運行正常、持久高效、安全可靠的目的。具有很大的推廣應用前景。

6　存在的問題和建議

1）由于農(nóng)業(yè)電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，造成電流或電壓出現(xiàn)異常，管理控制設(shè)備有時處于保護狀態(tài)，管理人員不能及時處理。

2）需要加強水站管理人員的技術(shù)培訓，使其具備簡單的專業(yè)知識，達到可以及時處理供水系統(tǒng)故障的程度。

參考文獻：

［1］CWT5010用戶手冊［Z］.盈科互動公司.

［2］CWT5010指令手冊［Z］.盈科互動公司.

中圖分類號：F323