李海斌

（新疆奇臺縣水利局農(nóng)村供水站 新疆 奇臺 831800）

1 引言

奇臺縣共有6鎮(zhèn)9鄉(xiāng)，下轄102個行政村，388個村民小組，總面積1.93萬km2，總?cè)丝跒?3萬人，其中農(nóng)業(yè)人口16.167萬人。從1995年至2005年國家實施改水防病人畜飲水工程建設，奇臺縣已陸續(xù)建成人畜飲水工程127處，由于點多線長，投資不足加上當時材料、設計、管理等種種條件限制，工程多數(shù)帶病運行，能正常運轉(zhuǎn)的只占29%，管徑小也造成供水不足。鑒于奇臺縣工程的以上現(xiàn)狀，“十一五”以來，奇臺縣把飲水安全工作作為維護最廣大人民根本利益、落實科學發(fā)展觀的基本要求，按照“重點突破，整體推進”的原則，科學制定規(guī)劃，按照奇臺縣安全飲水供水水源、流域分布位置，結(jié)合建成和在建工程現(xiàn)狀，本著整合資源和節(jié)約投資的原則，在反復論證的基礎上，選用奇臺縣南部山區(qū)五條河流河床潛流水作為供水水源，采用重力輸水的方式輸水，規(guī)劃為五大集中供水系統(tǒng)。從2006年至2010年，奇臺縣農(nóng)村供水站先后建成了5座水廠及6座調(diào)節(jié)蓄水池，新建12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)主、支及分支管道800km，利用老管網(wǎng)200km。新建成的三個供水系統(tǒng)管網(wǎng)長度從水源到管網(wǎng)末端高差在700m左右，管網(wǎng)分布3000km2范圍，原本分散的供水系統(tǒng)也逐步相連成了三大供水系統(tǒng)。集中供水工程的建成，使供水范圍的不斷擴大，供水量不斷增加，生產(chǎn)運行和管理不斷復雜化。為了加強水資源統(tǒng)一管理，實現(xiàn)管網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度，保證供水管網(wǎng)安全，科學調(diào)配水量，從2008年～2010年先后投資一百多萬元，逐步建立起一套適合奇臺縣農(nóng)村實際發(fā)展需要的供水自動化測控系統(tǒng)，該系統(tǒng)的建成已經(jīng)成為提高奇臺縣農(nóng)村供水管理水平，實現(xiàn)管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度，確保水廠安全供水的有效手段。

2 農(nóng)村供水自動化測控系統(tǒng)工作原理

目前，農(nóng)村自來水自動化測控系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)通信可簡單分為有線和無線兩大類，在農(nóng)村測控系統(tǒng)中，由于農(nóng)村各管網(wǎng)測控點分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠，又要向電信部門申請很多電話線，有些測控點線路還難以到達，況且電話撥號速度慢，運營成本較高，因而測控系統(tǒng)采用有線通信方式建設周期長、工作難度大、運行費用高，不便于大規(guī)模使用；與之相比，無線通信方式則顯得非常靈活，它具有投資較少、建設周期短、運行維護簡單、性價比高等優(yōu)點。目前，隨著無線技術的發(fā)展，在農(nóng)村供水中自動化測控系統(tǒng)中借助移動通信公司的GPRS業(yè)務平臺，構(gòu)建農(nóng)村自動化供水測控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)農(nóng)村自動化監(jiān)測點數(shù)據(jù)的無線傳輸，成為一種高性價比的組網(wǎng)方式。該方式可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡，具有縮短建設周期、降低建設成本等優(yōu)點，而且設備安裝方便，維護簡單。

各測控子站通過GPRSMODEM接入到中國移動通信的GPRS網(wǎng)絡，中國移動的GPRS網(wǎng)絡與Internet網(wǎng)絡是互通的，都支持TCP/IP協(xié)議，這樣監(jiān)測的數(shù)據(jù)就可以傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。這種方式需要監(jiān)控中心采用固定公網(wǎng)IP方式接入到Internet網(wǎng)絡，以實現(xiàn)各測控子站的尋址。奇臺縣農(nóng)村供水自動化測控系統(tǒng)選用中國移動的GPRS系統(tǒng)作為系統(tǒng)傳輸信道。

3 自動化測控系統(tǒng)在奇臺縣農(nóng)村供水工程中的應用

3.1 系統(tǒng)概述

奇臺縣農(nóng)村供水自動化測控系統(tǒng)采用無線數(shù)據(jù)通訊方式或無線、有線相結(jié)合的方式，綜合運用電子技術、現(xiàn)代通訊技術、計算機軟件等技術。供水自動化測控系統(tǒng)由監(jiān)控中心（供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)）和各個測控子站組成，各個測控子站的數(shù)據(jù)采集終端采集水位、壓力、流量、水處理信號等各種數(shù)據(jù)，供供水站及有關部門分析和決策取用，以提高工作效率，保證供水質(zhì)量，滿足日益增產(chǎn)的用水量的需求。

3.2 系統(tǒng)組成及功能

奇臺縣農(nóng)村自動化測控系統(tǒng)由監(jiān)控中心（供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)）和各個測控子站（蓄水池自控系統(tǒng)、深水井機泵變頻恒壓自控系統(tǒng)、管網(wǎng)測壓測流系統(tǒng)、蓄水池安防視頻報警系統(tǒng)）組成。

3.2.1 監(jiān)控中心（供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)）

在奇臺縣農(nóng)村供水站建立供水監(jiān)控中心模擬屏顯示系統(tǒng)和供水中心調(diào)度室，模擬顯示各測控子站機組運行情況及監(jiān)測參數(shù)?？蓪崟r顯示所有數(shù)據(jù)和圖像，使供水工程調(diào)度監(jiān)測的數(shù)據(jù)和圖像一目了然、直觀清晰（如出水流量、供水壓力及水源井機泵運行參數(shù)、狀態(tài)等），完成視頻現(xiàn)場信號監(jiān)視。

監(jiān)控中心屏上顯示數(shù)據(jù)信息有5座水廠及6座調(diào)節(jié)蓄水池主要調(diào)度數(shù)據(jù)量：調(diào)節(jié)蓄水池液位，蓄水池瞬時流量和累計流量，濁度，用電量及主要設備的運行狀態(tài)，而且可以設定各監(jiān)測點監(jiān)測參數(shù)的上下限報警值，當越限時，顯示器彈出報警窗口，并伴有聲光報警，蓄水池區(qū)域?qū)嵤┌卜缊缶缶曨l上傳等。

25個壓力監(jiān)測點主要調(diào)度數(shù)據(jù)量：管網(wǎng)壓力、瞬時流量和累計流量，對數(shù)據(jù)異常實行報警，調(diào)節(jié)閥根據(jù)管網(wǎng)壓力數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)開啟度使管網(wǎng)上的壓力分布均勻。

監(jiān)測畫面和模擬屏上所有數(shù)據(jù)信息都是從各個測控子站終端系統(tǒng)中采集，通過Internet網(wǎng)絡或者GPRS無線數(shù)據(jù)服務系統(tǒng)把每個水廠及管網(wǎng)采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)服務器上，監(jiān)控中心SCADA服務器通過通訊網(wǎng)絡實時監(jiān)控各水廠、管道的有關參數(shù)，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后顯示在計算機屏幕上，并直觀地顯示各種必要的工況圖。

監(jiān)控中心（供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)）目前可以實現(xiàn)的功能有：①數(shù)據(jù)實時監(jiān)測與處理功能。系統(tǒng)能把各檢測參數(shù)相應畫面和報表顯示出來，對數(shù)據(jù)進行諸如最大值、最小值、平均值、累加值、定時值等計算處理，并分類進行存儲，接受各種形式查詢。②圖形處理功能。能數(shù)據(jù)庫繪制實時曲線圖和歷史趨勢曲線圖。③自動報表生成功能。能需要按不同時間周期如日、周、月、年等自動生成各種報表。④具有遙控遙信功能?？刂粕罹畽C泵的開關，遙信各控點的開關狀態(tài)，根據(jù)遙測的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，實現(xiàn)對測控點的遙調(diào)功能。遙控命令及執(zhí)行情況存檔備查，具有閉環(huán)和開環(huán)控制方式。⑤具有自動控制功能。深水機井作為補充水源，當主管網(wǎng)壓力不夠時，深井機泵自動啟動并恒壓補充供水。⑥具有選呼功能：令呼，即呼叫各執(zhí)行終端；選呼，直接呼叫某個子站，進行通訊；屏蔽／開放呼叫功能。⑦具有事故、越限報警功能。⑧安防視頻幀信號報警功能。測控點異常下，報警處理，上傳視頻幀信號到監(jiān)控中心。⑨參數(shù)狀態(tài)管理功能。狀態(tài)管理：查詢修改各執(zhí)行端聯(lián)網(wǎng)／脫網(wǎng)狀態(tài)，各通道連接／末連接狀態(tài)；參數(shù)設置：設置修改各測量數(shù)據(jù)的基數(shù)和上、下限的數(shù)值；校時：修改年、月、日、時、分、秒等，完成系統(tǒng)時間同步；對測得的數(shù)據(jù)建庫，進行全面管理。⑩圖表顯示功能：能顯示測量的各種數(shù)據(jù)、遙信開關狀態(tài)、各種系統(tǒng)圖形等。

3.2.2 測控子站

（1）水廠蓄水池自控系統(tǒng)。東灣鎮(zhèn)水廠、東灣鎮(zhèn)中渠村調(diào)節(jié)蓄水池、吉布庫鎮(zhèn)水廠、吉布庫鎮(zhèn)漲壩村調(diào)節(jié)蓄水池、碧流河鄉(xiāng)水廠、古城鄉(xiāng)水廠、老奇臺鎮(zhèn)水廠、三個莊子鄉(xiāng)調(diào)節(jié)蓄水池、五馬場鄉(xiāng)調(diào)節(jié)蓄水池、西地鎮(zhèn)旱溝村調(diào)節(jié)蓄水池，上述5座水廠及管網(wǎng)中的5座調(diào)節(jié)蓄水池主要是調(diào)節(jié)管網(wǎng)的壓力及往下游管網(wǎng)輸水。檢測的數(shù)據(jù)主要為：進入蓄水池的累計流量和瞬時流量、水池水位，累計歷史曲線及報表，數(shù)據(jù)異常實行報警。

半截溝鎮(zhèn)設備凈化水廠：中葛根水庫水源進入凈水設備后，根據(jù)濁度自控控制反沖洗。檢測的數(shù)據(jù)主要為：進入蓄水池的累計流量和瞬時流量、水池水位，累計歷史曲線及報表，數(shù)據(jù)異常實行報警。濁度數(shù)據(jù)，反沖洗泵電機電流及泵工作狀態(tài)。

（2）深井機泵變頻恒壓自控系統(tǒng)。西北灣鄉(xiāng)小屯村備份水源井作為重力輸水壓力不足時的補充水源。檢測的數(shù)據(jù)主要為：機泵電參數(shù)（三相電流、三相電壓及電量、頻率）及運行狀態(tài)，管網(wǎng)供水時壓力、供水流量。

（3）管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)。新建成的吉布庫鎮(zhèn)、碧流河鄉(xiāng)等四鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中安全供水工程，東灣鎮(zhèn)、塔塔爾鄉(xiāng)等三鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中安全供水工程、老奇臺鎮(zhèn)、七戶鄉(xiāng)等五鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中安全供水工程，在供水管網(wǎng)中選擇了25個具有代表性的監(jiān)測點進行監(jiān)控。時時進行采集和傳輸管網(wǎng)壓力、流量，對數(shù)據(jù)異常實行報警，調(diào)節(jié)閥根據(jù)管網(wǎng)壓力數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)開啟度使管網(wǎng)上的壓力分布均勻。檢測的數(shù)據(jù)主要為：管網(wǎng)時時壓力、供水累計流量、小時流量，調(diào)節(jié)閥開啟度。

（4）蓄水池安防視頻報警系統(tǒng)。在5座水廠及管網(wǎng)中的6座調(diào)節(jié)蓄水池安裝了紅外視頻監(jiān)測預警系統(tǒng)，當有人闖入蓄水池區(qū)域，自動啟動報警系統(tǒng)。當現(xiàn)場出現(xiàn)異常情況時（紅外線感應、電子柵欄或門禁），抓拍現(xiàn)場情況，傳輸?shù)街锌厥?。同時完成與監(jiān)控中心安防視頻幀信號的傳輸。

測控子站其主要功能是完成上述測控子站監(jiān)測內(nèi)容數(shù)據(jù)的采集，定時通過Internet網(wǎng)絡或者GPRS無線數(shù)據(jù)服務系統(tǒng)把每個水廠、管網(wǎng)、集中監(jiān)測深井機泵變頻恒壓供水運行采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心（供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)）的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)服務器上，以便對每個水廠、管網(wǎng)、集中監(jiān)測深井機泵變頻恒壓供水運行時時監(jiān)測。網(wǎng)絡數(shù)據(jù)服務器處理時時監(jiān)測的數(shù)據(jù)后向Internet網(wǎng)絡發(fā)布，監(jiān)測系統(tǒng)管理人員通過登錄網(wǎng)絡計算機就可以對農(nóng)村供水工程的運行狀態(tài)進行監(jiān)測和管理，極大地提高了管理的智能化和集中化，在提高管理的同時也節(jié)約了管理成本。

3.3 系統(tǒng)的作用

（1）監(jiān)控中心調(diào)度室計算機通過有線寬帶（ADSL）／無線信道（GPRS）向測控子站智能數(shù)據(jù)終端自動時時收集供水管網(wǎng)、蓄水池及取水點、水源深井等生產(chǎn)運行情況，不斷積累，為合理調(diào)度，優(yōu)化管網(wǎng)提供基礎數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)降耗的目的，同時對供水設備的控制，實現(xiàn)整體供水調(diào)度生產(chǎn)。

（2）監(jiān)控中心調(diào)度室計算機能實時有效地對測控子站智能化終端自動連續(xù)監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)運行的異常情況和供水管網(wǎng)、蓄水池及取水點、水源深井等生產(chǎn)運行異常情況；并發(fā)出報警顯示信號，提高了預測供水設備和供水管網(wǎng)事故的準確性，提高了對事故的快速反應和處理能力，使事故損失和影響降低到最低限度，避免事故的發(fā)生，減少損失，提高服務質(zhì)量，提高供水經(jīng)濟效益和社會效益。

（3）對水廠蓄水池等生產(chǎn)關鍵部位進行連續(xù)視頻幀信號自動監(jiān)控，進行異常情況上傳報警，保證供水安全，杜絕事故隱患，提高供水管理水平。

（4）為中心調(diào)度室與各監(jiān)測點之間提供及時準確的通訊服務，使調(diào)度員能與各站保持聯(lián)系傳達調(diào)度信息，提高管理水平和效益。

（5）促進供水部門的現(xiàn)代化生產(chǎn)和現(xiàn)代化管理，為供水部門供水調(diào)度自動化控制和信息化管理創(chuàng)造條件。

4 結(jié)語

奇臺縣農(nóng)村供水自動化測控系統(tǒng)投入運行以來，實現(xiàn)了對水廠、蓄水池、管網(wǎng)測控點的生產(chǎn)運行情況測控，對深井機泵和水處理設備等控制設備進行自動控制；更重要的是水廠管理員可以通過登錄網(wǎng)絡計算機手動控制閥門開啟度及水泵的啟停等；各測控子站現(xiàn)場檢測的數(shù)據(jù)能夠通過移動通訊網(wǎng)絡直接發(fā)送到相關管理人員的移動電話上，通過這種主動的方式實現(xiàn)隨時隨地撐握供水和設備管網(wǎng)運行情況，實現(xiàn)了對水廠生產(chǎn)和供水管網(wǎng)的統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度供水，提高了供水的穩(wěn)定性和安全性，保障了供水系統(tǒng)的正常運行和管理，促進了奇臺縣農(nóng)村供水管理的現(xiàn)代化的發(fā)展。

通過奇臺縣農(nóng)村供水自動化測控系統(tǒng)的應用證明，農(nóng)村供水自動化測控系統(tǒng)不僅在奇臺縣具有很好的應用前景，而且在其他地區(qū)也有很好的推廣價值，它將是加強農(nóng)村水資源統(tǒng)一管理，實現(xiàn)供水管網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度，保證供水管網(wǎng)安全，實現(xiàn)農(nóng)村供水管理現(xiàn)代化的重要手段。陜西水利