平遙西高灌自動化控制系統設計

任學強，閆娟娟

（平遙縣水務局，山西 平遙 031100）

1 工程概況

平遙縣中都鄉西高灌位于平遙古城西，項目區內地下水資源匱乏，農業灌溉主要依靠汾河水和瑞思污水處理廠處理后的城市污水。受地形影響，一級高灌站只能抽取汾河水，通過修建二級提水泵站，抽取瑞思污水處理廠處理后的城市污水用于農業灌溉，可解決項目區1 853 hm2農田的灌溉用水。

工程主要由水源地（一級站）和管理站（二級站）組成。水源為汾河三壩東四支渠自流水，自流入前池后，通過3臺機組泵供水到受益區和二級站。3臺機組泵配置：1臺出水量700 m3/h，揚程10.5 m，2臺出水量500 m3/h，揚程10 m。輸水管道配置為直徑500 mm PVC一條，直徑400 mm PVC2條，其中出水量700 m3/h的機組配置直徑500 mmPVC管道，輸水到二級站。二級站設有沉沙池、前池和機組泵站，一級站的水先輸入沉沙池后，通過沉淀過濾自流入前池。前池安裝有8臺機組泵站，通過機組泵站抽水到灌溉區。8臺機組出水量均為100 m3/h，管道均為直徑160 mm的PVC管。揚程分別為20 m兩臺、40 m兩臺、50 m兩臺和70 m兩臺。

工程自動化設計要求實現以下功能：一是監測功能，對一級站來水、一級站機泵運行情況、中水水源的來水、沉沙池及項目區土壤墑情進行監測；二是控制功能，通過計算機網絡、電話服務對水泵運行狀況、出水量進行控制；三是顯示功能，通過LED顯示各項功能；四是管理功能，實現水費、電費等經營性、功能性的分析，自動生成表格并能打印出來。

2 工程運行中存在的問題

平遙縣中都鄉西高灌具有供水量大、水泵機組多、運行成本高的特點。在工程運行中，采用傳統的管理模式，存在管理人員多、人員支出大；操作設備數量多，運行故障不能及時發現；人工操作信息溝通慢、反饋不及時，效率不高，直接影響工程效益等諸多問題。

3 自動化控制系統設計

3.1 設計原則

根據平遙縣中都鄉西高灌節水改造工程自動化控制系統的特點，整個設計遵循以下原則：一是技術先進、操作方便、安全可靠、性價比高、系統開放，操作界面采用簡易化設計，所有控制流程全部采用圖形化界面和一鍵通控制，選用設備充分考慮可互換性；二是選用行業內優秀產品，采用標準接口，方便互換；三是設計完善，避免理論與實際脫節，要具有針對性。

3.2 設計原理

考慮到工程現狀、地形特點、運行模式、工程造價和經濟效益等綜合因素，自動化控制系統主要分為水源一級站監控系統、管理站（二級站）監控系統、中心監控系統和視頻監控系統四個部分。

根據工程整體布局情況，中心監控系統設在管理站，主要對各個監控系統進行遠程數據讀取、遠程控制設備開關，同時實時顯示各供水點的運行情況、供水量、設備的工作狀態，在監控顯示屏上直觀動畫顯示，方便遠程調度與統一管理。

水源一級站監控系統設在一級站，首先通過引入汾河支渠的水源，提高水泵機組輸水到二級站，然后通過8臺水泵輸水到灌溉管網。在管理中心站可對提水機組、蓄水池水位、來水情況進行實時監測與控制。

為保證系統安全運行，管理站安裝視攝監控系統，實現全天全方位監控，并將監控數據存入硬盤錄像機。視頻監控系統帶有云臺和解碼器，1號監控點安裝在管理站，采用同軸電纜通訊，2號監控點安裝在水源地，采用光纖通訊。

3.3 系統組成部分

3.3.1 數字監控中心

數字監控中心設在管理站，是自動化控制的中樞系統，通過網絡與一級站監控系統、二級站監控系統及土壤監測系統實現數據采集與遠程調控。數字監控中心由計算機系統、GPRS通訊網絡系統、光纖網絡通訊系統、硬盤錄像機及顯示大廳組成。計算機系統由5臺電腦、局部網絡及Internet網絡組成；光纖網絡通訊系統主要由光端收發器及光纖網絡組成，實現對視頻監控信號的采用與圖像顯示、存儲。

監控中心軟件采用組態軟件，通過組態軟件界面，動態圖形顯示各監測站及機組運行情況，并自動生成實時過程線數據和動態數據庫，動態顯示機組運行情況及各機組參數、管道輸水壓力及流量數據和各水池水位及蓄水量數據；統計各機組耗電量與供水量數據及各機組運行時間、工況與故障率信息；分析各機組運行效率信息；實現費用統計與收費管理功能。

3.3.2 視頻監控系統

為提高系統運行的安全性，在泵站機房、監控中心、蓄水池等重要場所安裝視頻監控，實現全天候實時視頻監控。共設計6處視頻監控點：水源地（一級站）2處視頻監控采用光纖通訊方式，管理站（二級站）4處視頻監控點。其中5處采用云臺控制，1處為定向監控，達到顯示、錄像和控制的功能。

3.3.3 水源監控系統

水源監控系統主要對一級站3臺機組和二級站沉沙池、前池和8臺機組的運行狀況進行實時監測與控制。主要由PLC可編程控制器、電流電壓監測傳感器、水泵故障監測傳感器、管道壓力監測傳感器、水泵耗電量監測傳感器、水位監測傳感器及可觸摸控制屏組成。通過監控設備及監測傳感器，實現對水泵機組啟停控制、運行監測等數據采集與監控，并通過光纖將數據傳輸到數字監控中心。

系統功能為：全天24 h遠程在線監測；一級站3臺機組運行參數監測；一級站泵房、沉沙池遠程視頻監控，采用可旋轉紅外攝像頭對泵機房和前池24 h晝夜監控；二級站8臺機組運行參數監測；二級站泵房、管理房、沉沙池視頻實時監控，采用可旋轉紅外攝像頭24 h晝夜監控；數據庫實時備份；總控室監測信息動態顯示；遠程監控各水泵啟停及電壓、電流等參數；支持遠程監測各PLC的工作狀態；數據分為自動獲取和定時獲取，可人工修改，也可遠程下置修改參數；支持斷電續航，防止數據丟失；支持實時、定時及人工數據采集功能；采用多級隔離等措施，減少過流或過壓對設備的破壞；采集模塊可接多種型號采集設備，方便擴展；總控制室采用圖形化界面設計，顯示各設備運行情況；根據用電量及供水量計算水泵效率，成本核算；控制設備支持自診斷，發生異常時終止設備運行并自動報警，記錄存入數據庫；總控制室各圖表均支持直接打印；網絡支持VPN/Ipsec、數據加密等安全功能；采用高性能的32位嵌入式處理器，可高速處理協議和大量數據；自動進入省電模式；智能型數據終端，上電即可進入數據傳輸狀態。能夠接入常用的各式電壓型、電流型、電阻型、開關量、數字量、RS232串行或RS485智能數輸出的各類傳感器、變送器；支持語音通信、數據通信及短信收發功能；系統自動記憶數據，自動定時備份，存儲大于30 d的歷史數據；系統可實現遠程數據下載，遠程修改系統參數；故障報警自動記錄，自動生成報表。

4 結語

根據工程特點，在管理上組建了西高灌農民用水協會，讓農戶參與工程管理，自主經營，自負盈虧。在運行中呈現出許多優越性：充分利用中水，實現了水資源再生利用；汾河和中水雙水源供水，灌溉保障程度高；自動化控制，運行科學合理；實行協會管理，工程使用效果好。