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

        2019-09-20 07:42:36賈彩虹
        山西水利 2019年6期
        關(guān)鍵詞:控制技術(shù)工程

        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、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、輸水管線長、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,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(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。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、輸水管線長、分支管線達(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、水源井水泵、蓄水池水量、主管線都需要安排專人巡查、抄表、開啟水泵和閥門、進(jìn)村入戶收費(fèi)等工作,按每個(gè)村2名村級管理人員計(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、精確度低、所收回?cái)?shù)據(jù)無法進(jìn)行有效匯總、統(tǒng)計(jì),沒有準(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(GPRS)無線遠(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)的使用可以對相關(guān)設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行工況通過控制技術(shù)模塊(西門子6ES7212型號的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)場巡視。

        3.2.2 故障預(yù)警功能

        通過數(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。根據(jù)顯示屏上提示位置,工作人員可第一時(shí)間赴現(xiàn)場進(jìn)行處置。

        3.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能

        通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析技術(shù),可以對水泵開機(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)置三級權(quán)限,分為集中管理級(最高權(quán)限)、監(jiān)控調(diào)度級即遠(yuǎn)程調(diào)度,現(xiàn)場控制級即現(xiàn)場手動(dòng)控制三個(gè)層次,可滿足不同管理層需要。

        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,房內(nèi)安裝計(jì)量遠(yuǎn)傳水表、電動(dòng)閘閥、遠(yuǎn)傳壓力表等,通過配水管網(wǎng)送水入戶。

        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),由信號線與采集控制器相連,通過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,井泵房內(nèi)安裝啟動(dòng)柜、智能控制器PLC、采集控制設(shè)備,將信號線與控制線接入采集設(shè)備組通過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,用以測量用水村用水?dāng)?shù)量。安裝可調(diào)節(jié)電動(dòng)閘閥,通過總控制中心計(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,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)閘閥以切斷該管線用水村的用水,待用戶續(xù)交水費(fèi)后電動(dòng)閘閥打開供水。

        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)軟件開發(fā),監(jiān)控軟件通過無線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)查詢等各類輔助功能。如:可以查詢某一村一年用水量、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)備對操作者的專業(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,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)用過高。因此在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的過程中,人才培養(yǎng),素質(zhì)提高是關(guān)鍵因素。

        6 結(jié)語

        自動(dòng)化控制技術(shù)在大規(guī)模大范圍長距離農(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。

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