固原農村安全飲水工程中通信與自動化系統的應用

張立紅

（寧夏固原市原州區水務局 寧夏 固原 756000）

水是生命之源、生產之要、生態之基，人多水少、水資源時空分布不均是我國的基本國情和水情。隨著國家加大對水利建設特別是農村飲水安全的投入，建成的農村供水工程越來越多，如何有效管理農村飲水安全工程已成為目前比較突出的問題。截至目前，農村供水的網絡已覆蓋全國1900多個縣，所建供水工程總數已超過188萬座，其中，只有部分日供水量超過千噸的供水工程實現了自動化和信息化管理，大部分供水工程還沒有實現生產自動化和企業管理信息化，本文以固原東部農村飲水安全工程的自動化和信息化建設為實例來進行分析和探討。

1 工程概況

固原東部農村飲水安全重點供水工程是寧夏回族自治區中部干旱片帶“十一五”期間建設的七項農村供水工程中最大的一項工程。該工程貫穿固原市原州區東部干旱山區南北全境，幅射彭陽縣、海原縣的部分地區，主要解決兩縣一區共計12個鄉鎮98個行政村14.5萬人的飲水困難問題。工程以固原東山坡引水工程為水源，設計年供水量218.3萬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112.26km，沿主管線兩側布設支線29條，總長990.38km。該工程是原州區也是寧夏最大的農村安全飲水工程，是原州區首個采用通信及自動化系統管理的農村安全飲水工程，通信與自動化是固原東部農村飲水安全重點供水工程的重要組成部分。該系統是在泵站、水廠、主要分水口等安裝監測設備，通過光纖與自動化控制中心進行聯網和實時數據交換，實現遠程監測與自動控制。

2 工程設計模式

本著“安全可靠、先進實用、實時開放”的設計思想，工程涉及通訊、數據采集與分析、數據展示和安全等子系統。各子系統互為支持，缺一不可。通訊子系統由自備光纜通訊系統組成，包括調度中心、管理站點及現地測控點的光纜路由系統。數據采集與分析子系統由服務器及相關的環境組成，包括調度中心、管理站和各現場的硬件采集設備、大屏幕投影設備，以及數據庫軟件、專業信息自動化軟件、操作系統軟件等，完成對數據的儲存、分析、比較、展示等功能。安全系統由各工作站的殺毒軟件及現地安防系統組成，包括調度中心和管理站的防病毒系統，以及凈水廠的運行安全監控系統。

工程調度中心設在原州區水務局，下設凈水廠、石莊管理站、官廳管理站、唐家坪管理站共4個管理站點，其中凈水廠、石莊管理站、唐家坪管理站實現遠程控制，所有數據均上傳到調度中心。各管理站點分別負責管理本轄區內的供水工程的正常運行，主要包括水廠（泵站）的運行監測、管網的遠程監測、水質的在線監測、用水量實時監測等。各管理站均具有對其它管理站點的數據查看權限，控制權限僅對本站點有效，并且對各控制點設置操作員控制權限及操作密碼。系統總體結構圖如圖1。

3 工程建設內容

工程建立了通信網絡及調度電話系統、自動化控制系統和管理系統。通信網絡和自動化控制系統采用分層、分布、分散式結構，對泵站、輸水管路壓力、分水口閥門等進行實時監控，實時監測蓄水池的水位和計量管道流量，自供水管網上采集數據、處理、傳送，實現在原州區水務局調度中心顯示、遠程控制監視供水管網，建立能夠協調共享資源、分段分層遠程監控的管理系統，從而確保整個系統安全運行，降低運行管理費用，達到“無人或少人值守”的目標。

工程共建設主管線調蓄池自動化控制設備4套，支管線調蓄池自動化設備15套，管理站及泵站運行遠程監測與控制系統4套，凈水廠安全視頻監控系統1套。工程共建4個PDH光傳輸站，光電轉換器42對端，一個電話交換機站，光纜采用單模4、8、12、18芯 直 埋 光 纜 ， 型 號GYTA53-4/8/12/18B1，光纜線路與輸水管道同溝敷設，從而減少工程成本。共鋪設主管道光纜69.85km，傳輸距離70.85km，鋪設分支光纜20.15km，實現總傳輸距離94.92km。

4 工程應用效果

通訊及自動化控制系統的建立。通過遠程監測及自動監控運行，實現少人值班、集中控制的管理目標，提高供水系統的運行效率，有效降低由于管線長、監測點分散等原因所造成的人、財、物的運行成本，并通過系統數據的采集、分析及越限警報，提高對突發事件的處理能力，為供水系統的可靠運行提供保證。

4.1 遠程監測及自動監控運行

各現場監測點以西門子PLC作為下位機，在現場對采集的數據進行分析處理，根據預先設立的參數值實現現場泵、閥及其它自動化設備的自動運行。并通過RS485通訊將處理后的數據采取一點多發的方式，通過光纖收發器上傳到各級管理站和原州區水務局調度中心，從而實現系統的自動監測與控制，保證系統的穩定運行。這些數據每天自動生成報表并存儲在數據庫中，方便操作人員查看、對比數據，同時，調度軟件對所采集的數據進行統計與分析，以圖、表的形式對數據進行立體展現，及時處理各種供水事件。例如1#調蓄池為整個供水管線最主要的調節蓄水池，在本供水工程中具有承上啟下的作用，對其數據的監測具有十分重要的作用。通過自動控制系統的建設，實現了1#蓄水池水位、壓力、流量數據的采集與分析，以及時調整后續管段供水量，保證供水管線正常運行。

圖1 系統總體設計

圖2 1＃調蓄池結構

圖3 凈水廠結構

4.2 凈水廠自動化控制運行

作為一個獨立管理站，凈水廠安裝獨立PLC自動控制系統，通過對進、出水流量的自動統計與分析，實現閥門的自動調整；通過對出水水質（濁度、余氯）的在線檢測，實現加藥、加氯等消毒系統的自動閉環運行，從而實現了整個水廠供水系統的完全自動運行。

4.3 視頻監控與語音通話

視頻監控系統是一種先進的防范能力極強的綜合系統，水廠視頻監控系統設置4個視頻監控點，監控水廠加藥間、配電間、生產車間、水廠全貌，對整個水廠的安全進行有效監控，防范他人破壞等情況發生，并可以實現監控數據的長期保存，為水廠的安全運行提供必要條件。各管理站均處于山中，移動、聯通或電信等手機無線信號不穩定，導致調度困難，在工程中基于自用光纜路由系統設立電話程控系統，實現調度中心和各管理站的語音通訊，有效提升了工程調度效率。

4.4 故障診斷與報警處理功能

系統預留短信接口，設置主要數據短信告知功能，及時將供水系統的運行狀況反饋給系統管理人員。調度軟件對各種控制參數均設立上、下限報警，當某一數據超出設定上、下限數據時，以聲、光形式發出警報，管理人員據此可迅速查清事件原因，及時解決。截至2011年，通過通訊及自動化控制系統反饋的數據信息，系統維護人員及時發現管道損壞38次，蓄水池溢水事件15次，唐家坪管理站水泵故障運行5次，凈水廠加藥攪拌設備損壞1次，并及時調配人員進行解決。通過該系統，極大地提高了管理單位處理突發事件的時效，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行提供了保障。

5 結語

通信與自動化在人飲工程中有著越來越多的應用，搞好農村安全飲水工程信息化建設，依靠先進的計算機和網絡技術，加強對工程運行的實時監控、優化運行調度，是提高工程運行質量，降低工程運行成本，強化農村自來水監督管理的重要技術手段。

為進一步做好農村安全飲水供水工程通信與自動化建設，建議一是今后在工程實施過程中，要求各參與單位必須遵循統一優化設計、統一規劃、統一實施的原則。二是由于農村飲水安全工程管線長，存在高差，容易出現水錘效應，可采取變頻供水方式來減小或消除“水錘效應”對供水管道的不良影響。三是采用地理信息系統（GIS系統），在不同的管段設立壓力監測設備（壓力是最能反映管網情況的數據），通過上傳的壓力數據及時反映管網運行狀態，及時發現管網在運行過程中出現的故障，便于管網的運行及維護。陜西水利

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

[2]陳東升.《通信光纜電纜線路工程設計與施工新技術及驗收規范實用手冊》第一版,科大電子出版社,2003年.