張立紅

（寧夏固原市原州區(qū)水務(wù)局 寧夏 固原 756000）

水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基，人多水少、水資源時(shí)空分布不均是我國(guó)的基本國(guó)情和水情。隨著國(guó)家加大對(duì)水利建設(shè)特別是農(nóng)村飲水安全的投入，建成的農(nóng)村供水工程越來(lái)越多，如何有效管理農(nóng)村飲水安全工程已成為目前比較突出的問(wèn)題。截至目前，農(nóng)村供水的網(wǎng)絡(luò)已覆蓋全國(guó)1900多個(gè)縣，所建供水工程總數(shù)已超過(guò)188萬(wàn)座，其中，只有部分日供水量超過(guò)千噸的供水工程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和信息化管理，大部分供水工程還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化和企業(yè)管理信息化，本文以固原東部農(nóng)村飲水安全工程的自動(dòng)化和信息化建設(shè)為實(shí)例來(lái)進(jìn)行分析和探討。

1 工程概況

固原東部農(nóng)村飲水安全重點(diǎn)供水工程是寧夏回族自治區(qū)中部干旱片帶“十一五”期間建設(shè)的七項(xiàng)農(nóng)村供水工程中最大的一項(xiàng)工程。該工程貫穿固原市原州區(qū)東部干旱山區(qū)南北全境，幅射彭陽(yáng)縣、海原縣的部分地區(qū)，主要解決兩縣一區(qū)共計(jì)12個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)98個(gè)行政村14.5萬(wàn)人的飲水困難問(wèn)題。工程以固原東山坡引水工程為水源，設(shè)計(jì)年供水量218.3萬(wàn)m3，輸水主管線起始于東山坡引水海家溝隧洞出口，干線主管道全長(zhǎng)112.26km，沿主管線兩側(cè)布設(shè)支線29條，總長(zhǎng)990.38km。該工程是原州區(qū)也是寧夏最大的農(nóng)村安全飲水工程，是原州區(qū)首個(gè)采用通信及自動(dòng)化系統(tǒng)管理的農(nóng)村安全飲水工程，通信與自動(dòng)化是固原東部農(nóng)村飲水安全重點(diǎn)供水工程的重要組成部分。該系統(tǒng)是在泵站、水廠、主要分水口等安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備，通過(guò)光纖與自動(dòng)化控制中心進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制。

2 工程設(shè)計(jì)模式

本著“安全可靠、先進(jìn)實(shí)用、實(shí)時(shí)開(kāi)放”的設(shè)計(jì)思想，工程涉及通訊、數(shù)據(jù)采集與分析、數(shù)據(jù)展示和安全等子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)互為支持，缺一不可。通訊子系統(tǒng)由自備光纜通訊系統(tǒng)組成，包括調(diào)度中心、管理站點(diǎn)及現(xiàn)地測(cè)控點(diǎn)的光纜路由系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集與分析子系統(tǒng)由服務(wù)器及相關(guān)的環(huán)境組成，包括調(diào)度中心、管理站和各現(xiàn)場(chǎng)的硬件采集設(shè)備、大屏幕投影設(shè)備，以及數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、專業(yè)信息自動(dòng)化軟件、操作系統(tǒng)軟件等，完成對(duì)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、分析、比較、展示等功能。安全系統(tǒng)由各工作站的殺毒軟件及現(xiàn)地安防系統(tǒng)組成，包括調(diào)度中心和管理站的防病毒系統(tǒng)，以及凈水廠的運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)。

工程調(diào)度中心設(shè)在原州區(qū)水務(wù)局，下設(shè)凈水廠、石莊管理站、官?gòu)d管理站、唐家坪管理站共4個(gè)管理站點(diǎn)，其中凈水廠、石莊管理站、唐家坪管理站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，所有數(shù)據(jù)均上傳到調(diào)度中心。各管理站點(diǎn)分別負(fù)責(zé)管理本轄區(qū)內(nèi)的供水工程的正常運(yùn)行，主要包括水廠（泵站）的運(yùn)行監(jiān)測(cè)、管網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、水質(zhì)的在線監(jiān)測(cè)、用水量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等。各管理站均具有對(duì)其它管理站點(diǎn)的數(shù)據(jù)查看權(quán)限，控制權(quán)限僅對(duì)本站點(diǎn)有效，并且對(duì)各控制點(diǎn)設(shè)置操作員控制權(quán)限及操作密碼。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1。

3 工程建設(shè)內(nèi)容

工程建立了通信網(wǎng)絡(luò)及調(diào)度電話系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)和管理系統(tǒng)。通信網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用分層、分布、分散式結(jié)構(gòu)，對(duì)泵站、輸水管路壓力、分水口閥門等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄水池的水位和計(jì)量管道流量，自供水管網(wǎng)上采集數(shù)據(jù)、處理、傳送，實(shí)現(xiàn)在原州區(qū)水務(wù)局調(diào)度中心顯示、遠(yuǎn)程控制監(jiān)視供水管網(wǎng)，建立能夠協(xié)調(diào)共享資源、分段分層遠(yuǎn)程監(jiān)控的管理系統(tǒng)，從而確保整個(gè)系統(tǒng)安全運(yùn)行，降低運(yùn)行管理費(fèi)用，達(dá)到“無(wú)人或少人值守”的目標(biāo)。

工程共建設(shè)主管線調(diào)蓄池自動(dòng)化控制設(shè)備4套，支管線調(diào)蓄池自動(dòng)化設(shè)備15套，管理站及泵站運(yùn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)4套，凈水廠安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)1套。工程共建4個(gè)PDH光傳輸站，光電轉(zhuǎn)換器42對(duì)端，一個(gè)電話交換機(jī)站，光纜采用單模4、8、12、18芯 直 埋 光 纜 ， 型 號(hào)GYTA53-4/8/12/18B1，光纜線路與輸水管道同溝敷設(shè)，從而減少工程成本。共鋪設(shè)主管道光纜69.85km，傳輸距離70.85km，鋪設(shè)分支光纜20.15km，實(shí)現(xiàn)總傳輸距離94.92km。

4 工程應(yīng)用效果

通訊及自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建立。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及自動(dòng)監(jiān)控運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)少人值班、集中控制的管理目標(biāo)，提高供水系統(tǒng)的運(yùn)行效率，有效降低由于管線長(zhǎng)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散等原因所造成的人、財(cái)、物的運(yùn)行成本，并通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、分析及越限警報(bào)，提高對(duì)突發(fā)事件的處理能力，為供水系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供保證。

4.1 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及自動(dòng)監(jiān)控運(yùn)行

各現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)以西門子PLC作為下位機(jī)，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，根據(jù)預(yù)先設(shè)立的參數(shù)值實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)泵、閥及其它自動(dòng)化設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行。并通過(guò)RS485通訊將處理后的數(shù)據(jù)采取一點(diǎn)多發(fā)的方式，通過(guò)光纖收發(fā)器上傳到各級(jí)管理站和原州區(qū)水務(wù)局調(diào)度中心，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。這些數(shù)據(jù)每天自動(dòng)生成報(bào)表并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便操作人員查看、對(duì)比數(shù)據(jù)，同時(shí)，調(diào)度軟件對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，以圖、表的形式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行立體展現(xiàn)，及時(shí)處理各種供水事件。例如1#調(diào)蓄池為整個(gè)供水管線最主要的調(diào)節(jié)蓄水池，在本供水工程中具有承上啟下的作用，對(duì)其數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)具有十分重要的作用。通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了1#蓄水池水位、壓力、流量數(shù)據(jù)的采集與分析，以及時(shí)調(diào)整后續(xù)管段供水量，保證供水管線正常運(yùn)行。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

圖2 1＃調(diào)蓄池結(jié)構(gòu)

圖3 凈水廠結(jié)構(gòu)

4.2 凈水廠自動(dòng)化控制運(yùn)行

作為一個(gè)獨(dú)立管理站，凈水廠安裝獨(dú)立PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)進(jìn)、出水流量的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)與分析，實(shí)現(xiàn)閥門的自動(dòng)調(diào)整；通過(guò)對(duì)出水水質(zhì)（濁度、余氯）的在線檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)加藥、加氯等消毒系統(tǒng)的自動(dòng)閉環(huán)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)水廠供水系統(tǒng)的完全自動(dòng)運(yùn)行。

4.3 視頻監(jiān)控與語(yǔ)音通話

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一種先進(jìn)的防范能力極強(qiáng)的綜合系統(tǒng)，水廠視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置4個(gè)視頻監(jiān)控點(diǎn)，監(jiān)控水廠加藥間、配電間、生產(chǎn)車間、水廠全貌，對(duì)整個(gè)水廠的安全進(jìn)行有效監(jiān)控，防范他人破壞等情況發(fā)生，并可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的長(zhǎng)期保存，為水廠的安全運(yùn)行提供必要條件。各管理站均處于山中，移動(dòng)、聯(lián)通或電信等手機(jī)無(wú)線信號(hào)不穩(wěn)定，導(dǎo)致調(diào)度困難，在工程中基于自用光纜路由系統(tǒng)設(shè)立電話程控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心和各管理站的語(yǔ)音通訊，有效提升了工程調(diào)度效率。

4.4 故障診斷與報(bào)警處理功能

系統(tǒng)預(yù)留短信接口，設(shè)置主要數(shù)據(jù)短信告知功能，及時(shí)將供水系統(tǒng)的運(yùn)行狀況反饋給系統(tǒng)管理人員。調(diào)度軟件對(duì)各種控制參數(shù)均設(shè)立上、下限報(bào)警，當(dāng)某一數(shù)據(jù)超出設(shè)定上、下限數(shù)據(jù)時(shí)，以聲、光形式發(fā)出警報(bào)，管理人員據(jù)此可迅速查清事件原因，及時(shí)解決。截至2011年，通過(guò)通訊及自動(dòng)化控制系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道損壞38次，蓄水池溢水事件15次，唐家坪管理站水泵故障運(yùn)行5次，凈水廠加藥攪拌設(shè)備損壞1次，并及時(shí)調(diào)配人員進(jìn)行解決。通過(guò)該系統(tǒng)，極大地提高了管理單位處理突發(fā)事件的時(shí)效，大大降低了工程巡線及其他管理的工作量，為供水工程的可靠運(yùn)行提供了保障。

5 結(jié)語(yǔ)

通信與自動(dòng)化在人飲工程中有著越來(lái)越多的應(yīng)用，搞好農(nóng)村安全飲水工程信息化建設(shè)，依靠先進(jìn)的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)工程運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控、優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度，是提高工程運(yùn)行質(zhì)量，降低工程運(yùn)行成本，強(qiáng)化農(nóng)村自來(lái)水監(jiān)督管理的重要技術(shù)手段。

為進(jìn)一步做好農(nóng)村安全飲水供水工程通信與自動(dòng)化建設(shè)，建議一是今后在工程實(shí)施過(guò)程中，要求各參與單位必須遵循統(tǒng)一優(yōu)化設(shè)計(jì)、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一實(shí)施的原則。二是由于農(nóng)村飲水安全工程管線長(zhǎng)，存在高差，容易出現(xiàn)水錘效應(yīng)，可采取變頻供水方式來(lái)減小或消除“水錘效應(yīng)”對(duì)供水管道的不良影響。三是采用地理信息系統(tǒng)（GIS系統(tǒng)），在不同的管段設(shè)立壓力監(jiān)測(cè)設(shè)備（壓力是最能反映管網(wǎng)情況的數(shù)據(jù)），通過(guò)上傳的壓力數(shù)據(jù)及時(shí)反映管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障，便于管網(wǎng)的運(yùn)行及維護(hù)。陜西水利

[1]王志明.新疆農(nóng)村飲水安全工程信息化建設(shè)探索.中國(guó)水利,2010(13):58～59.

[2]陳東升.《通信光纜電纜線路工程設(shè)計(jì)與施工新技術(shù)及驗(yàn)收規(guī)范實(shí)用手冊(cè)》第一版,科大電子出版社,2003年.