遠程自動控制技術在大規模長距離農村供水工程中的應用

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模大、輸水距離長、供水范圍廣、覆蓋人口多的集中、聯村供水工程。這些工程的建成極大地改善了縣農民生活用水條件，形成了以集中供水為主、單村供水為輔的農村供水格局，為了保障工程的可持續利用，加強工程管理，把自動控制技術應用到規模大、輸水距離長的集中供水工程中，以提高供水保障率、水質達標率。以晉襄集中供水工程為例，該工程是一個跨鄉鎮供水工程、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，調蓄水池、水源井建設分散，管道互相連通用水互為補充。

1 工程概況

為高效利用地下優質水源，保障農村供水安全，提高供水保障率，2008年規劃實施了晉襄集中跨鄉鎮供水工程、南賈集中、利民集中等一大批集中、聯村供水工程，這些工程充分利用姑射山脈優質地下水源和地理位置高的“水塔”作用，實現客水資源西水東輸。工程自南辛店鄉西梁村西呂梁山腳下洪積扇區和襄陵鎮姑射山腳下打井取水，提水至高位蓄水池，經過中間的兩個調壓池，輻射兩個鄉鎮50個自然村，涉及21 318戶，74 610口人。同時可作為縣城區域供水的后備應急水源，為構建縣域空間發展布局、調整當地產業結構和建設社會主義新農村奠定了基礎。

晉襄集中供水工程分兩期實施，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，從蓄水池鋪設輸水主管道12.6 km至調壓蓄水池，沿途分水至16個用水村分水控制房，再配水至用水戶。二期供水工程打井2眼，建蓄水池3座，鋪設輸水主管道8.21 km，建分水控制房26座，供水范圍26個自然村，涉及人口40 973，覆蓋面積58.8 km2，水源井位于襄陵鎮境內的姑射山腳下，鋪設輸水主管道8.21 km。整個工程建中心管理站1處，位于南辛店鄉政府所在地，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 自動控制系統建設的必要性

晉襄集中供水取水點分散且位于偏遠山區，與蓄水池提水距離遠，供水覆蓋面積大、輸水管線長、分支管線達40條，用水點控制數據統計頻繁，如果按照傳統農村供水工程管理，每個用水村、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、進村入戶收費等工作，按每個村2名村級管理人員計算，主管道按5 km配備1名管路巡查員、設備檢修員需4名，水源地、蓄水池、中心站均需不同人數的報表、統計、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，最快也要5～10 d完成一次收費任務，耗時長、精確度低、所收回數據無法進行有效匯總、統計，沒有準確的時間節點做支撐。利用自動化遠程控制智能技術，可以達到節約人力，減少誤差，提高效率，精準操作，科學分析匯總，實時畫面監控，及時故障處理的要求，因此建設晉襄集中供水工程自動化控制技術，對科學高效管理供水工程具有重要作用。

3 自動化控制技術的組成、功能及應用

3.1 自動化控制技術的組成

晉襄供水工程自動化控制技術從整體結構上主要由監控中心軟件技術、水源地機泵電力控制技術、

蓄水池水位控制技術、管網壓力監測技術和用水村閘閥流量流速控制技術組成。每個子技術又由控制器、被控對象、執行技術和變送器四個環節組成，各自完成所需功能，相互之間合理配合和聯系，最終通過（GPRS）無線遠程數據傳輸，傳回監控中心匯總并顯示，如圖1所示。

圖1 農村飲水工程自動化管理系統

3.2 自動化控制技術的主要功能

3.2.1 遠程調度功能

自動化控制技術的使用可以對相關設備設施的運行工況通過控制技術模塊（西門子6ES7212型號的PLC智能控制器）從電腦顯示屏上進行操控，設備的運行狀態不再需要工作人員的隨時現場巡視。

3.2.2 故障預警功能

通過數控壓力表數據遠程傳輸，低于或高于所設限值時，給出預警信號。根據顯示屏上提示位置，工作人員可第一時間赴現場進行處置。

3.2.3 數據統計分析功能

通過數據統計分析技術，可以對水泵開機時數、用電量、出水量、供水效率、水費等參數進行分析高峰低谷用水量變化情況，管網漏損率，水費回收率等，為科學決策管理提供第一手資料。

3.2.4 權限設置功能

監控中心站根據管理需要可設置三級權限，分為集中管理級（最高權限）、監控調度級即遠程調度，現場控制級即現場手動控制三個層次，可滿足不同管理層需要。

3.3 自動化控制技術在供水管理中的應用

如何實現供水自動化精準控制是自動化控制技術的核心，在應用中必須遵循穩定、安全可擴展、可兼容、易維護、操作便捷、數據準確率高的原則。一般農村供水工程工作流程為從水源井提水至高位蓄水池，由蓄水池鋪設輸水主支管道至各用水村，在用水村口建分水控制室，房內安裝計量遠傳水表、電動閘閥、遠傳壓力表等，通過配水管網送水入戶。

3.3.1 自動上水裝置的應用

水源地水泵與高位蓄水池水位聯動控制，在蓄水池內側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網絡接入監控管理中心。在水井出水口處安裝一塊遠傳水表，控制模塊實時采集脈沖計算流量，井泵房內安裝啟動柜、智能控制器PLC、采集控制設備，將信號線與控制線接入采集設備組通過GPRS網絡接入監控管理中心。設為自動控制時，管理中心站總控制技術采集水池水位，當水位低于設定值時，技術自動檢測水泵狀態（電流、電壓、水井水位），當具備啟動條件時，技術自動控制水泵啟動，同時技術把電流、電壓、出水量、蓄水池水位自動傳回總控制室。水源井遠程控制自動化技術流程如圖2所示。

3.3.2 用水村閘閥自動開關的應用

在供水管網干管上安裝壓力傳感器，用以監測管網輸水時動態和靜態管網壓力值。安裝遠傳計量水表，用以測量用水村用水數量。安裝可調節電動閘閥，通過總控制中心計算機給安裝在用水村分水控制室內的智能控制器預置水量，并實時采集遠傳水表的脈沖信號，當預置水量不足時，控制器發出指令關閉電動閘閥以切斷該管線用水村的用水，待用戶續交水費后電動閘閥打開供水。

圖2 水源井遠程控制自動化技術

3.3.3 自動報警、數據統計等輔助功能的應用

監控中心監控軟件采用北京三維力控PCAuto組態軟件開發，監控軟件通過無線GPRS網絡與水源地技術、蓄水池水位技術、用水村遠程控制技術實行遠程通訊，采集傳輸各控制點的設備參數，集中監視、防盜報警，自動生成報表及歷史數據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 自動化控制技術使用效果

自動化控制技術為晉襄集中供水工程的正常管理、運行發揮了巨大作用，實現了參數自動采集、水井設備自動運行、遠程控制；能適時進行故障的分析、處理和報警提示，保障了供水安全；能滿足遠程調度、自動上水、自動輸水、分年分季數據報表等相關功能，實現了減員增效的目的。

5 自動化控制技術存在的問題及建議

5.1 維修費用高

供水自動化控制技術是在工程建設初期由專業公司設計、安裝、培訓的，工程建成后由供水站運行管理，該技術質保期為1年，超過質保期維修、維護需付相應費用，質保期短，維護費用高，導致某些供水站自動化技術處于半癱瘓狀態，科學技術先進設備不能高效率利用。建議國家加大水利信息化建設，電子設備實行終身維護保養，需更換模塊時再適當收取相應費用。

5.2 軟件技術更新滯后

監控中心站技術軟件除可實現基本的功能要求外，不能根據不同檔次、不同規模、不同環境的供水工程，適應不同的需求，及時更新擴展，以達到符合該供水工程實際需求的功能。

5.3 管理隊伍素質急待加強

自動化技術及設備對操作者的專業技術能力要求較高，基層運行管理人員缺乏必要的技術知識，不能熟練掌握相關技術，從而影響設備的日常維修、保養，導致部分儀表精度降低，設備故障率高，如有3眼水源井地處雷電高發區的山區，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備，導致維修費用過高。因此在實現自動化的過程中，人才培養，素質提高是關鍵因素。

6 結語

自動化控制技術在大規模大范圍長距離農村集中供水工程中的應用，降低了管理人員的勞動強度，提高了管理效率和水的利用率，使工程運行管理更加便捷化、科學化，保障了供水安全。通過近幾年的運行，為使自動化技術在供水工程管理運行中廣泛應用，建議提高自動化的精度和穩定性，增強人性化操作，引進人才培養機制，使集中供水工程發揮的效益最大化。