自動化控制系統在莊浪縣洛水西調人飲工程中的應用

李志強

（甘肅省莊浪縣水務局，744600，莊浪）

莊浪縣位于甘肅省東部，六盤山西麓，洛水西調人飲工程是充分利用下洛河淺層地下水資源修建的一處電提式人飲工程，設計供水能力3067 m3/d，主要建設內容為水源工程、上水工程、供水工程、自動化控制系統和附屬工程五部分，其中自動化控制系統是上水工程的主要組成部分。

一、自動化控制系統總體方案

該系統規劃在管理所院內設立中心控制室，安裝計算機和打印機各1臺，在配電間安裝配電柜5套，并在2個高位水池、3個大口井和清水池安裝液位傳感器各1個，利用屏蔽信號雙絞線把配電柜、計算機、機泵等設備相連，通過對設定的系統軟件程序進行操作，達到對各水池上下限水位、大口井水量、水泵出水量及啟停進行檢測與控制的目的。

二、供配電及自動化控制系統設計

1.供配電系統

安裝 1 臺 350 kVA、10/0.4 kV、S9型全封閉式變壓器1臺，通過動力電纜從變壓器低壓側引至泵站低壓側進線柜，變壓器低壓側輸出電壓等級為0.4 kV，高壓側采用RW4—10/10A跌落式熔斷器3組，作為變壓器短路、過電流保護，裝設Y5W—12.7/42氧化鋅避雷器1組，防止雷擊過電壓，進線柜采用DW15系列低壓短路器，電動機控制方式采用SJR2型數字智能型軟啟器實現水泵的軟啟軟停，電動機全自動控制柜內安裝GTJDG6—200系列電動機智能控制器，以完成對電機各數據的采集。低壓配電柜上安裝電流表、電壓表、有功電度表以便監視運行狀況。

2.自動控制技術要求

泵房提水泵控制柜控制、運行及信號顯示方式。

①要求能實現手動控制和自動控制兩種運行方式，并具有手動/自動轉換功能。

②當高位水池水位到達設定的上（下）限水位時，軟啟動控制的水泵要能實現自動軟停止（啟動）運行的功能。

③當水廠清水池水位到達設定的上（下）限水位時，機井水泵控制柜控制的潛水泵要能實現自動停止（啟動）運行的功能。

④自動控制柜根據水位下降的速度自動控制一臺或兩臺水泵運行，當其中一臺水泵出現故障時，自動啟動備用的另一臺泵組。

⑤控制柜配置顯示運行設備的電流、電壓、電量及水池水位四種儀表。

3.中央計算機監控系統技術要求

（1）監控系統

基本配置：計算機1臺，打印機1臺。

（2）系統功能

①控制功能：監控系統具有密碼保護系統，能設定操作級別和相應的權限，并對不同操作員進行權限限制；遙控及遙調操作時，通過系統主機發出控制命令，自動校驗操作者的操作權限及口令，實現水泵的啟停操作，顯示操作結果并自動記錄操作者、操作對象及操作時間。

②數據采集功能：系統對模擬量、開關量實現實時數據采集，所有水量、加藥量、水位均能實時采樣，歷史數據根據設定時間間隔自動轉存于硬盤。

③數據處理功能：對模擬量進行合理性校驗、上下限比較等。對開關量進行實時掃描，分辨率小于或等于1ms，對開關變位作事件記錄并輸出告警，對重要歷史數據進行處理并存盤。系統重啟時，數據不會丟失。編輯、管理為全圖形界面。對日報數據、月報數據、年報數據以及報警記錄（開關變位、數據越限、保護告警、通道事項）等數據進行永久保存；對歷史數據進行日、月檢索，能對歷史數據庫的數據進行操作；對任一數據進行日、月統計，并指明該數據在該日的最大值、最小值以及發生的時間，該數據在某月的最大值、最小值、平均值以及發生的時間；對歷史數據庫的數據可進行回顧打印。

④統計計算：對實時數據進行統計、分析、計算，產生水量、加藥量、水位日/月/年的最大與最小值以及電量累計值、設備正常/異常變位次數等，支持各種計算和組合計算，如加、減、乘、除等。

⑤人機界面：顯示系統配置圖，可上下左右移動、縮放。主接線圖上實時顯示各水泵的運行狀態，在線運行參數，如電壓、電流、水量、水位等，各線路按變量不同以不同顏色區分。另外還有棒圖顯示功能，通過棒圖（平面圖形或三維立體圖形）顯示，可以形象觀察實時遙測數據的變化。同時還有表格及曲線顯示功能、事故顯示功能。

⑥報表顯示和打印：有各種實時報表、趨勢曲線、日報表、月報表、年報表（負荷報表、電壓報表、水量、加藥量、水位等）；報表內容可為實時數據庫、歷史數據庫中任意點值，報警文件中指定內容；支持圖文混排、再計算；隨機打印水泵、閥門動作記錄，遙控操作記錄。可設定定時打印或隨機打印任一報表。

⑦報警信息：報警的類型有語音報警、聲音報警、報警畫面等，可以在線設置為單獨使用一種報警功能或是同時使用，當某廠站水泵、水位信號發生變位時，系統發出報警聲響和語音報警，同時系統自動將該泵站的一次接線圖彈出，相應開關閃爍，報警內容顯示在畫面底部的報警框內。遇遙測越限、通道故障、事故追憶等均啟動同樣的這些報警。音響提示，打印機記錄相應的告警事件，并寫盤保存；所有報警記錄可集中顯示并可隨機或定時打印，可查詢任一天的歷史報警記錄并打印。

⑧關于主系統圖及日報表的制作及編輯：所顯示的圖形可多級縮放，既有全景又有細節顯示，對圖形進行放大、縮小時，按比例選擇合適的平面顯示。系統還提供圖表編輯工具，對所有的圖形和報表均可在線編輯。

⑨安全性：用戶可以鍵入唯一的用戶標識和口令進入系統，一旦用戶登錄到系統后，系統將根據其授權范圍，禁止其對屬于其授權范圍的對象的操作和控制，并對用戶在其授權范圍內的對象的各種操作控制進行記錄打印。

⑩維護功能：所有修改都可在線進行，為全圖形、漢化界面。如有各種類型的畫面報表的在線編輯功能，前景數據的畫面報表的在線編輯功能，數據庫內容的在線修改功能，運行參數及限額的在線設置、狀態修改功能。

?其他功能：事件順序記錄顯示與打印功能，通信故障監視、異常報警；通信報文顯示、打印、存儲功能。系統安全、穩定、可靠，用戶界面良好，易學易用，操作簡便，系統具備良好的擴展性，當增加硬件設備時，不會涉及軟件的改動。系統提供了與其他多種系統的接口，可以瀏覽方式或轉發方式接收本系統提供的數據。

三、技術創新

1.大口井、清水池、蓄水池水位控制技術

在大口井、清水池、蓄水池內安裝WP311—1A21E2M3Z型液位傳感器各1臺，對井（池）內水位進行監測，當水位超過警戒水位或低于最低水位時，將報警信號通過屏蔽信號雙絞線傳至控制中心，經過軟件程序對數據進行采集與處理后，發出信號自動停止（啟動）水泵、潛水泵或自動關閉和開啟遙控球閥。與以往在池（井）內安裝浮子和標尺顯示水位相比，具有高效性、準確性、先進性。

2.水泵自動停（啟）技術

蓄水池內水位上升或下降時，自動控制柜運行程序經過分析后，發出停啟指令，啟動一臺或兩臺水泵運行，當其中一臺水泵出現葉輪、軸承破壞或電機發熱時，及時停止該泵運行，啟動備用的另一臺水泵。該技術的運行避免了以往由于人工操作而造成的重大損失和其他意外事故，同時能夠保證供水水量充足，確保農村正常用水，減少了過去每天抽水8～10小時，而造成的在干旱季節或用水高峰時供水水量不足問題。

3.手動控制和自動控制轉換技術

在配電間安裝手動控制和自動控制轉換柜一臺，并通過屏蔽信號雙絞線與控制中心計算機相連。當手動控制系統發生故障時，將控制柜上的轉換按鈕置于自動控制一側，然后在計算機應用程序上點擊全自動按鈕。當蓄水池和清水池水位到達上限水位時，水泵自動啟動進行抽水，到達下限水位時自動停止。避免了過去人工操作不便和其他意外事故的發生及手動操作出現故障時，水泵無法運行、供水水量無法保證的現象。

4.顯示設備電流、電壓、電量及水池水位技術

應用安裝了顯示水泵運行時的電流、電壓、電量及水池水位的配電柜，有效防止了水泵超負荷運行和出現故障時電流、電壓不穩定而造成的重大損失，節約了經費，提高了水泵使用壽命，實現了安全供水。

四、結 論

洛水西調人飲工程自動化控制系統，使人飲工程運行逐步走上了現代化、數字化的管理階段。實施自動化控制后的洛水西調人飲工程，機電設備、水池水位及大口井水量處于全方位的安全監測與控制之下，設備安全運行率達97%以上，避免了數次重大事故的發生。泵站開停機、閘閥開啟、流量及水量記錄顯示均實現了自動化，減少了運行操作值班人員，節約了人工費用，提高了泵站的效益，更為重要的是，確保了機組的安全正常運行，保證了群眾的用水要求，經濟、社會效益顯著，在人飲工程自動化管理中起到示范推廣作用。

[1]邱公偉，趙祥元，巫淑萍.實時控制與智能儀表多微機系統的通訊技術[M].北京：清華大學出版社，1996.

[2]劉軍華.智能傳感器系統[M].西安：西安電子科技大學出版社，1999.

[3]郭純生.可編程序控制器編程實戰與提高[M].北京：電子工業出版社，2006.

[4]金文兵.由組態軟件、智能儀表及PLC等組成的工業控制系統[J].電力自動化設備，2005（6）.

[5]常志華，曾焱，武芳.水利信息化建設回顧與展望[J].水文，2006（6）.