遠(yuǎn)程自動(dòng)控制技術(shù)在大規(guī)模長(zhǎng)距離農(nóng)村供水工程中的應(yīng)用

賈彩虹

（襄汾縣水利局，山西 襄汾 041500）

“十二五”期間襄汾縣建成了一大批供水規(guī)模大、輸水距離長(zhǎng)、供水范圍廣、覆蓋人口多的集中、聯(lián)村供水工程。這些工程的建成極大地改善了縣農(nóng)民生活用水條件，形成了以集中供水為主、單村供水為輔的農(nóng)村供水格局，為了保障工程的可持續(xù)利用，加強(qiáng)工程管理，把自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用到規(guī)模大、輸水距離長(zhǎng)的集中供水工程中，以提高供水保障率、水質(zhì)達(dá)標(biāo)率。以晉襄集中供水工程為例，該工程是一個(gè)跨鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水工程、供水人口多、輸水管線(xiàn)長(zhǎng)、涉及村莊多，按照高水高用、低水低用的原則，調(diào)蓄水池、水源井建設(shè)分散，管道互相連通用水互為補(bǔ)充。

1 工程概況

為高效利用地下優(yōu)質(zhì)水源，保障農(nóng)村供水安全，提高供水保障率，2008年規(guī)劃實(shí)施了晉襄集中跨鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水工程、南賈集中、利民集中等一大批集中、聯(lián)村供水工程，這些工程充分利用姑射山脈優(yōu)質(zhì)地下水源和地理位置高的“水塔”作用，實(shí)現(xiàn)客水資源西水東輸。工程自南辛店鄉(xiāng)西梁村西呂梁山腳下洪積扇區(qū)和襄陵鎮(zhèn)姑射山腳下打井取水，提水至高位蓄水池，經(jīng)過(guò)中間的兩個(gè)調(diào)壓池，輻射兩個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)50個(gè)自然村，涉及21 318戶(hù)，74 610口人。同時(shí)可作為縣城區(qū)域供水的后備應(yīng)急水源，為構(gòu)建縣域空間發(fā)展布局、調(diào)整當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村奠定了基礎(chǔ)。

晉襄集中供水工程分兩期實(shí)施，一期供水工程打井3眼，配套水泵3臺(tái)（套），500 m3蓄水池2座，鋪設(shè)輸水主管道12.6 km，建用水村分水控制房16座，供水范圍24個(gè)自然村，涉及人口33 637，覆蓋面積62.3 km2，水源井位于西梁村西呂梁山腳下，水源井與蓄水池距離3 000 m，從蓄水池鋪設(shè)輸水主管道12.6 km至調(diào)壓蓄水池，沿途分水至16個(gè)用水村分水控制房，再配水至用水戶(hù)。二期供水工程打井2眼，建蓄水池3座，鋪設(shè)輸水主管道8.21 km，建分水控制房26座，供水范圍26個(gè)自然村，涉及人口40 973，覆蓋面積58.8 km2，水源井位于襄陵鎮(zhèn)境內(nèi)的姑射山腳下，鋪設(shè)輸水主管道8.21 km。整個(gè)工程建中心管理站1處，位于南辛店鄉(xiāng)政府所在地，屬該工程覆蓋范圍的中心位置，5處水源井、5座蓄水池、42座分水控制房，離中心站的平均直線(xiàn)距離約18 km。

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)建設(shè)的必要性

晉襄集中供水取水點(diǎn)分散且位于偏遠(yuǎn)山區(qū)，與蓄水池提水距離遠(yuǎn)，供水覆蓋面積大、輸水管線(xiàn)長(zhǎng)、分支管線(xiàn)達(dá)40條，用水點(diǎn)控制數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)頻繁，如果按照傳統(tǒng)農(nóng)村供水工程管理，每個(gè)用水村、每條支管線(xiàn)、水源井水泵、蓄水池水量、主管線(xiàn)都需要安排專(zhuān)人巡查、抄表、開(kāi)啟水泵和閥門(mén)、進(jìn)村入戶(hù)收費(fèi)等工作，按每個(gè)村2名村級(jí)管理人員計(jì)算，主管道按5 km配備1名管路巡查員、設(shè)備檢修員需4名，水源地、蓄水池、中心站均需不同人數(shù)的報(bào)表、統(tǒng)計(jì)、司泵等崗位共需約120名各類(lèi)管理人員。按照每月或每季度抄表收取水費(fèi)，最快也要5～10 d完成一次收費(fèi)任務(wù)，耗時(shí)長(zhǎng)、精確度低、所收回?cái)?shù)據(jù)無(wú)法進(jìn)行有效匯總、統(tǒng)計(jì)，沒(méi)有準(zhǔn)確的時(shí)間節(jié)點(diǎn)做支撐。利用自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制智能技術(shù)，可以達(dá)到節(jié)約人力，減少誤差，提高效率，精準(zhǔn)操作，科學(xué)分析匯總，實(shí)時(shí)畫(huà)面監(jiān)控，及時(shí)故障處理的要求，因此建設(shè)晉襄集中供水工程自動(dòng)化控制技術(shù)，對(duì)科學(xué)高效管理供水工程具有重要作用。

3 自動(dòng)化控制技術(shù)的組成、功能及應(yīng)用

3.1 自動(dòng)化控制技術(shù)的組成

晉襄供水工程自動(dòng)化控制技術(shù)從整體結(jié)構(gòu)上主要由監(jiān)控中心軟件技術(shù)、水源地機(jī)泵電力控制技術(shù)、

蓄水池水位控制技術(shù)、管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)和用水村閘閥流量流速控制技術(shù)組成。每個(gè)子技術(shù)又由控制器、被控對(duì)象、執(zhí)行技術(shù)和變送器四個(gè)環(huán)節(jié)組成，各自完成所需功能，相互之間合理配合和聯(lián)系，最終通過(guò)（GPRS）無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，傳回監(jiān)控中心匯總并顯示，如圖1所示。

圖1 農(nóng)村飲水工程自動(dòng)化管理系統(tǒng)

3.2 自動(dòng)化控制技術(shù)的主要功能

3.2.1 遠(yuǎn)程調(diào)度功能

自動(dòng)化控制技術(shù)的使用可以對(duì)相關(guān)設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行工況通過(guò)控制技術(shù)模塊（西門(mén)子6ES7212型號(hào)的PLC智能控制器）從電腦顯示屏上進(jìn)行操控，設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)不再需要工作人員的隨時(shí)現(xiàn)場(chǎng)巡視。

3.2.2 故障預(yù)警功能

通過(guò)數(shù)控壓力表數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，低于或高于所設(shè)限值時(shí)，給出預(yù)警信號(hào)。根據(jù)顯示屏上提示位置，工作人員可第一時(shí)間赴現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處置。

3.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能

通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，可以對(duì)水泵開(kāi)機(jī)時(shí)數(shù)、用電量、出水量、供水效率、水費(fèi)等參數(shù)進(jìn)行分析高峰低谷用水量變化情況，管網(wǎng)漏損率，水費(fèi)回收率等，為科學(xué)決策管理提供第一手資料。

3.2.4 權(quán)限設(shè)置功能

監(jiān)控中心站根據(jù)管理需要可設(shè)置三級(jí)權(quán)限，分為集中管理級(jí)（最高權(quán)限）、監(jiān)控調(diào)度級(jí)即遠(yuǎn)程調(diào)度，現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)即現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制三個(gè)層次，可滿(mǎn)足不同管理層需要。

3.3 自動(dòng)化控制技術(shù)在供水管理中的應(yīng)用

如何實(shí)現(xiàn)供水自動(dòng)化精準(zhǔn)控制是自動(dòng)化控制技術(shù)的核心，在應(yīng)用中必須遵循穩(wěn)定、安全可擴(kuò)展、可兼容、易維護(hù)、操作便捷、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率高的原則。一般農(nóng)村供水工程工作流程為從水源井提水至高位蓄水池，由蓄水池鋪設(shè)輸水主支管道至各用水村，在用水村口建分水控制室，房?jī)?nèi)安裝計(jì)量遠(yuǎn)傳水表、電動(dòng)閘閥、遠(yuǎn)傳壓力表等，通過(guò)配水管網(wǎng)送水入戶(hù)。

3.3.1 自動(dòng)上水裝置的應(yīng)用

水源地水泵與高位蓄水池水位聯(lián)動(dòng)控制，在蓄水池內(nèi)側(cè)壁安裝投入式液位傳感器XYX－DC26，距離水池底部3～5 cm，固定牢靠，并設(shè)定高限水位（一般為3 m），由信號(hào)線(xiàn)與采集控制器相連，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)接入監(jiān)控管理中心。在水井出水口處安裝一塊遠(yuǎn)傳水表，控制模塊實(shí)時(shí)采集脈沖計(jì)算流量，井泵房?jī)?nèi)安裝啟動(dòng)柜、智能控制器PLC、采集控制設(shè)備，將信號(hào)線(xiàn)與控制線(xiàn)接入采集設(shè)備組通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)接入監(jiān)控管理中心。設(shè)為自動(dòng)控制時(shí)，管理中心站總控制技術(shù)采集水池水位，當(dāng)水位低于設(shè)定值時(shí)，技術(shù)自動(dòng)檢測(cè)水泵狀態(tài)（電流、電壓、水井水位），當(dāng)具備啟動(dòng)條件時(shí)，技術(shù)自動(dòng)控制水泵啟動(dòng)，同時(shí)技術(shù)把電流、電壓、出水量、蓄水池水位自動(dòng)傳回總控制室。水源井遠(yuǎn)程控制自動(dòng)化技術(shù)流程如圖2所示。

3.3.2 用水村閘閥自動(dòng)開(kāi)關(guān)的應(yīng)用

在供水管網(wǎng)干管上安裝壓力傳感器，用以監(jiān)測(cè)管網(wǎng)輸水時(shí)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)管網(wǎng)壓力值。安裝遠(yuǎn)傳計(jì)量水表，用以測(cè)量用水村用水?dāng)?shù)量。安裝可調(diào)節(jié)電動(dòng)閘閥，通過(guò)總控制中心計(jì)算機(jī)給安裝在用水村分水控制室內(nèi)的智能控制器預(yù)置水量，并實(shí)時(shí)采集遠(yuǎn)傳水表的脈沖信號(hào)，當(dāng)預(yù)置水量不足時(shí)，控制器發(fā)出指令關(guān)閉電動(dòng)閘閥以切斷該管線(xiàn)用水村的用水，待用戶(hù)續(xù)交水費(fèi)后電動(dòng)閘閥打開(kāi)供水。

圖2 水源井遠(yuǎn)程控制自動(dòng)化技術(shù)

3.3.3 自動(dòng)報(bào)警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等輔助功能的應(yīng)用

監(jiān)控中心監(jiān)控軟件采用北京三維力控PCAuto組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)，監(jiān)控軟件通過(guò)無(wú)線(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)與水源地技術(shù)、蓄水池水位技術(shù)、用水村遠(yuǎn)程控制技術(shù)實(shí)行遠(yuǎn)程通訊，采集傳輸各控制點(diǎn)的設(shè)備參數(shù)，集中監(jiān)視、防盜報(bào)警，自動(dòng)生成報(bào)表及歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)等各類(lèi)輔助功能。如：可以查詢(xún)某一村一年用水量、高峰期用水量在幾月份，計(jì)算人均用水量，分析取水量與用水量的比值，提高用水率等。

4 自動(dòng)化控制技術(shù)使用效果

自動(dòng)化控制技術(shù)為晉襄集中供水工程的正常管理、運(yùn)行發(fā)揮了巨大作用，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)自動(dòng)采集、水井設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行、遠(yuǎn)程控制；能適時(shí)進(jìn)行故障的分析、處理和報(bào)警提示，保障了供水安全；能滿(mǎn)足遠(yuǎn)程調(diào)度、自動(dòng)上水、自動(dòng)輸水、分年分季數(shù)據(jù)報(bào)表等相關(guān)功能，實(shí)現(xiàn)了減員增效的目的。

5 自動(dòng)化控制技術(shù)存在的問(wèn)題及建議

5.1 維修費(fèi)用高

供水自動(dòng)化控制技術(shù)是在工程建設(shè)初期由專(zhuān)業(yè)公司設(shè)計(jì)、安裝、培訓(xùn)的，工程建成后由供水站運(yùn)行管理，該技術(shù)質(zhì)保期為1年，超過(guò)質(zhì)保期維修、維護(hù)需付相應(yīng)費(fèi)用，質(zhì)保期短，維護(hù)費(fèi)用高，導(dǎo)致某些供水站自動(dòng)化技術(shù)處于半癱瘓狀態(tài)，科學(xué)技術(shù)先進(jìn)設(shè)備不能高效率利用。建議國(guó)家加大水利信息化建設(shè)，電子設(shè)備實(shí)行終身維護(hù)保養(yǎng)，需更換模塊時(shí)再適當(dāng)收取相應(yīng)費(fèi)用。

5.2 軟件技術(shù)更新滯后

監(jiān)控中心站技術(shù)軟件除可實(shí)現(xiàn)基本的功能要求外，不能根據(jù)不同檔次、不同規(guī)模、不同環(huán)境的供水工程，適應(yīng)不同的需求，及時(shí)更新擴(kuò)展，以達(dá)到符合該供水工程實(shí)際需求的功能。

5.3 管理隊(duì)伍素質(zhì)急待加強(qiáng)

自動(dòng)化技術(shù)及設(shè)備對(duì)操作者的專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力要求較高，基層運(yùn)行管理人員缺乏必要的技術(shù)知識(shí)，不能熟練掌握相關(guān)技術(shù)，從而影響設(shè)備的日常維修、保養(yǎng)，導(dǎo)致部分儀表精度降低，設(shè)備故障率高，如有3眼水源井地處雷電高發(fā)區(qū)的山區(qū)，所以夏季管理人員要定期檢查避雷器的接地裝置，否則有可能損壞前端高精密的電子設(shè)備，導(dǎo)致維修費(fèi)用過(guò)高。因此在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的過(guò)程中，人才培養(yǎng)，素質(zhì)提高是關(guān)鍵因素。

6 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)化控制技術(shù)在大規(guī)模大范圍長(zhǎng)距離農(nóng)村集中供水工程中的應(yīng)用，降低了管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了管理效率和水的利用率，使工程運(yùn)行管理更加便捷化、科學(xué)化，保障了供水安全。通過(guò)近幾年的運(yùn)行，為使自動(dòng)化技術(shù)在供水工程管理運(yùn)行中廣泛應(yīng)用，建議提高自動(dòng)化的精度和穩(wěn)定性，增強(qiáng)人性化操作，引進(jìn)人才培養(yǎng)機(jī)制，使集中供水工程發(fā)揮的效益最大化。