微機自動化技術在農村飲水安全工程中的應用

□毛海辰（靈寶市水利局）

靈寶市“十一五”期間，在解決農村飲水安全問題工作中，累計投資7400萬元，建設飲水工程148處，涉及全市15個鄉鎮，187個行政村，16.3萬人。其中，規模化集中水廠只有2010年度批復建設的陽平鎮程村塬集中供水工程一處。該工程總投資1055萬元，新打機井2眼、配套機井2眼，鋪設供水管網18.9萬m，入戶工程4470套，解決程村塬10個行政村及學校等2.4萬人飲水安全問題。

為了提高農村飲水工程整體管理水平，按照水利部提出水利建設“四化”（農田水利化、灌溉節水化、供水集中化、管理信息化）總要求，結合靈寶市農村飲水安全工程建設實際，在陽平鎮程村塬集中供水工程建設實施中，將自動化監測控制系統應用于該工程供水管理系統中，對其進行實時檢測、監控、管理。逐步帶動全市農村飲水安全工程建設向供水集中化和管理信息化方向發展，穩步提高農村飲水安全工程的科學管理水平，逐步實現城鄉供水一體化。

一、自動化控制系統在農村飲水安全工程中應用的重要性

自動化控制系統集先進的計算機技術、微電子技術、自動化控制技術、通訊及網絡技術于一體，在農村飲水安全工程中的重要作用如下：

一是利用微機的智能化分析管理功能對水廠的各種設備進行全自動智能化控制；二是對水廠的運行參數進行實時監測、分析、顯示、存儲；三是為實時水資源的優化配置、處理控制、開發利用等提供準確、可靠、實時的基礎數據資料；四是為主管部門決策和經營管理提供科學、準確的依據；五是通過先進的網絡技術，各個部門可以對水廠的設備運行狀態，水位，流量進行實時監測，提高安全性能。

二、自動化控制系統的特點

（一）系統配置簡單、工作可靠、自動化程度高。

該系統由計算機、采集設備、傳輸設備、終端采集控制設備組成，配置靈活，可根據水廠管理需要編程，例如根據設定水位自動開啟或停止水泵、定時停啟等。

（二）監測設備準確可靠、操作簡單，實用性強。

水源井采用壓力投入式液位計，精確度達0.1m，實時反映該水源井的水位高度。水源井流量采用電磁流量計檢測實時流量，再配合液位計檢測的水位降深，可準確分析出該水源井的出水量及滲水量。數據可長期保存，根據對歷史數據的分析可以準確判斷該地區歷年的用水記錄、干旱情況等信息。

（三）管理中心軟件采用人性化的圖形界面，主要數據信息都用圖形、曲線、圖表等形式顯示。簡單明了，便于監控。

（四）系統具有先進實用、升級簡便、擴充性強、開放性好等優點，是農村水利建設管理實現管理信息化的主要手段。

三、自動化控制系統在靈寶市陽平鎮程村水廠的應用

靈寶市陽平鎮程村水廠位于靈寶市西30km的陽平鎮程村塬，該工程設計總投資1055萬元，涉及10個行政村，2.11萬人的安全飲水。該工程于2010年年底完工，概況如表1。

表1 靈寶市陽平鎮程村水廠概況

程村水廠由水井、水池監測控制系統、數據采集及傳輸系統、遠程視頻監控系統及GSM報警系統四部分組成，如圖1所示。

圖1 自動化飲水安全工程系統結構

（一）水井、水池監測控制系統

水井監測控制系統主要監測水泵的工作狀態、電流、電壓、水位等各方面參數，以及遠程控制水泵的開關，并且可以根據水位的狀態進行無人值守開關水泵。

1.智能控制供水設備工作運行狀況

通過有線或無線信號把機井或水池的水位、狀態等信息傳送到計算機，根據需要實現遠端智能控制水源井水泵的啟動和停止。包括兩種方式：一是手動控制，操作員根據調節池液位對水泵進行啟、停操作；二是自動控制，根據調節池液位及各輸水泵起動水位和停止水位，自動開啟和關閉。

低地竹占竹林總面積70%，分布于本香古勒-古木茲、奧羅莫、阿姆哈拉等州海拔540～1 750 m、年降雨量1 500 mm、年均溫23 ℃的地區，是一種非常耐旱的竹種。旱季時葉子全部枯黃，雨季時重新萌發新葉。稈高6～10 m，直徑4～8 cm，壁厚或實心，節長20 cm。主要用作房屋、籬笆、家具和薪材，鮮葉喂驢、羊、牛等家畜。為竹炭和竹漿生產的優質原料。

2.實時數據采集與處理

通過通訊傳輸設備與水源井、加壓泵站進行通信，接收各檢測點的水位、流量、電流等數據信息，采集水源井、水廠、清水池的水位以及管網內的壓力、流量等數據信息；顯示水源井潛水泵、加壓泵的電流、電壓、頻率及工作狀態；顯示水池水位、水源井水位、泵房出水口電磁流量計的流量。

3.實時監測與報警

實時監測水源井水泵、配水廠供水泵的工作狀況，包括水泵運轉狀況(工作或停止)，以及工作泵的工作電流、電壓、工作頻率、工作方式的情況。實時監測水源井的動水位、出水壓力、流量和水廠清水池變化情況，如有越限則報警。

4.提供供水圖形界面

提供水源井、配水廠運行模擬實景圖等，動態的顯示各部分運行情況。實時顯示水廠各供水環節運行情況，包括：水廠總畫面、水源井畫面、設備運行狀態畫面、實時及歷史報表畫面及報警畫面。

（二）數據采集及傳輸

數據采集系統主要采集水源井、配水廠加壓泵站和調節池的水位、壓力、流量及泵的開停、電流和電壓等各類參數和信號。例如水池監控設備系統采用電容式水位傳感器，通過電容感應投入式液位傳感器對水池進行監測、顯示、輸出信號，并通過通訊線將水位信號傳至計算機管理中心監控畫面中進行顯示記錄。

（三）遠程視頻監控系統

通過遠程視頻監控，工作人員可遠程調取存儲的監控圖像，并可遠程發出控制指令，進行錄像資料的智能化檢索、回放。同時增加權限設置，保證錄像資料的安全管理。視頻監控系統與互聯網聯通，通過授權，管理人員可以查看任意監控網點的即時圖像，避免了地理位置原因造成監督管理的不便。

（四）GSM報警系統

GSM報警系統是采用先進的紅外熱釋感應、微電腦CPU控制器（主機）、GSM無線通訊組成,是一種新型工控安全防范報警系統。報警器進入設防狀態，如有警情，GSM報警系統就會立即撥打值班人員手機，配合遠程視頻系統，可快速看到現場情況并做出應對措施。

四、自動化控制系統在農村飲水安全工程應用中的前景

（一）與互聯網互接資源共享，為有關部門決策提供可靠數據。甚至可在全國范圍內建立農村飲水安全工程信息管理系統，幫助國家對國內重點農村飲水安全工程的運行情況進行監控管理。

（二）配合水質檢測設備，實現水廠供水的安全達標以及提高水資源的檢測管理。

（三）在水源地保護區范圍按要求布設檢測設備，與控制中心建立聯系，從而實現水源保護區的自動化控制管理，加強水源地保護。

（四）使管理中心與村口水表或用戶水表建立聯系，建立供水交費系統，以加強水費回收管理。

（五）機井出水量的檢測計算：通過先進的液位和流量檢測設備配合微機實時曲線進行數據分析，計算出機井每小時的準確出水量。對機井地下水源的充分利用及機井水泵型號的合理配備提供可靠的科學依據。

在農村飲水安全工程中采用自動化控制系統是飲水安全信息化建設的重要內容，該系統的應用能夠有效地改善人工管理效率低下的局面，并能夠實時檢測飲水工程的各個環節，極大地保證了農村飲水工程的安全管理。

[1]吳蘊章.自動控制理論基礎[M].西安交通大學出版社，1999.

[2]管曉宏.自動化科學與技術的發展[M].信息科學技術概論,1980.

[3]王志明.新疆農村飲水安全工程信息化建設探索[J].水利信息化,2010,3:58-59.