宜川農村飲水泵站工程智能化技術改造探析

閆曉娟

(陜西省延安市宜川縣水利工作隊，陜西 延安 716200)

宜川在脫貧攻堅階段建設的農村飲水泵站工程，因在用的蓄水池浮球開關啟停水泵產品無法應對遠距離通訊、冬季管道結冰、實時監測水源水位的問題。水泵工作狀態等方面也難以達到丘陵溝壑地帶所需的穩定性、可靠性，并且維護量較大。惡劣的天氣甚至導致水管員作業時的安全難以保障。

針對實際運行管理中存在的問題，探索應用融合物聯網、傳感器、云服務、人工智能、移動互聯網等先進技術的人工智能蓄水機器人智能裝備，實現無人值守、實時保護設備并且監控運行參數，更好地滿足了農村居民改廁、洗滌、環境衛生等用水需求，并且年齡偏大的水管員也能操作自如。

1 宜川農村飲水工程基本情況

至十三五末，宜川共建成農村飲水工程401處，其中重力自流工程131處，泵站提水工程270處，解決了8.68萬農業人口的飲水問題。自來水普及率98.3%，平均水價5元/m3。促進了農村經濟的發展，改善了農村生活生產環境。隨著群眾生活水平日益提高，用水量加大，結合宜川農村飲水泵站工程運行實際情況，提出一些合理性技改建議。

2 農村飲水泵站工程存在的問題

宜川地處渭北高原、黃河沿岸，屬黃土高原丘陵溝壑區，境內溝壑縱橫、川原相間，在宜川農村飲水發展過程中，泵站工程發揮著重要作用，但由于農村飲水泵站工程大都建于深溝，水源道路狹窄，距村莊較遠，且設備工作時間比較長，管理人員年齡偏大，實際操作費時費力，泵站工程在運行過程中會發生各種問題，已經無法滿足服務需求。此外，由于工程資金限制和管理人員自身文化素質的關系，在更換泵站設備過程中，一般不選擇新型技術，從而降低了農村飲水泵站工程效率，不利于發揮農村飲水泵站工程的作用。管理人員在檢查維修設備過程中，只是采取常規性維護，沒有針對性地進行維護，導致供水設備運行階段發生各種問題。

在農村飲水工程管理工作中“重建設，輕管理”現象普遍存在，雖然宜川農村飲水工程長效機制不斷地完善，但由于管理人員大都是老年人，根據自己多年對設備管理的經驗，對設備進行維修，但是因為維修經費有限，一味地更換設備無法滿足管理需求，甚至還會選擇質量低劣的泵站設備，無法顯著提高飲水工程運行效率，也不利于發揮出管理人員的作用。

在農村飲水工作方面，各運行管理單位制定了管理人員工作制度，但是因為制定的規章制度在飲水工程運行過程中不斷地完善，在日常運行中經常會發生各種問題，無法保障管理效果。管理人員在日常工作中缺乏參考依據，同時缺乏執行力，影響到農村飲水泵站工程運行效果。

3 農村飲水泵站工程智能化更新改造措施

3.1 在蓄水池端安裝水位智能控制柜

3.1.1 配置物聯網智能控制器實現無線距離數據傳輸

該技術可實現水位數據向云端、手機端和水泵端的無線距離傳輸，相比有線傳輸，壽命更長，維護更方便，成本更低。器件選用中國移動標準13位物聯卡，支持GSM+GPRS2G/4G通訊環境，尤其是2G通訊很好的滿足了大部分丘陵溝壑地區只有2G信號的數據傳輸，傳輸頻率為每60 s傳輸一次水位數據到云端系統和用戶手機，可精確檢測水位和智能執行水泵啟停個性化策略。

3.1.2 配置投入式擴散硅水位傳感器

投入式水位傳感器是將水位壓力信號，轉換為水位高度信號，擴散硅傳感芯片選型0.5級精度，水位測量精度達±3 cm，為避免池底沉淀泥沙掩埋投入式水位傳感探頭，安裝規范為傳感探頭懸吊與距離池底60 cm高度，調整偏差由云服務端程序處理，確保精確測量水池水位高度。同時，為避免夏季居民用水在水池中存儲時間過長，滋生微生物，影響健康，水管員在手機上可輕松設置水泵啟停合適的水位，類似汽車的無級變速系統，相比浮球式開關方便很多。

3.1.3 配置太陽能發電和三元鋰供電系統

針對陜北地區年度光照數據，配置80 w太陽能光伏發電系統(壽命20年)，和35 AH三元鋰耐低溫儲能電池(壽命5 a)，滿足7天雨雪天氣的水位監測和數據傳輸系統供電需求。

3.2 在水泵端安裝水泵智能控制柜

3.2.1 在水泵出口安裝水壓傳感器

默認水泵啟動后的120 s后，開始檢測水泵出口壓力，當開泵120 s后水泵出口壓力<設定值，則判斷井干或者泵壞，及時停機；當水泵工作過程中，出口壓力小于本次開機最大壓力的30%(默認值)，則判斷水泵開機后，水源水位逐步降低，將會發生干抽，損壞水泵事故，及時下發停機指令，并推送故障消息到用戶手機，提醒到現場檢查實際情況，據了解，很多水泵的損壞是因為干抽。

3.2.2 實時檢測處理網電電壓與相序錯誤

網電電壓在開泵時過低和水泵運行中過低都會導致水泵電機損壞，為此特別設計保護程序邏輯為：水泵啟動之前，若檢測網電電壓低于額定電壓的10%，則等待電壓正常滯后啟動，同時推送消息給相應用戶；水泵運行過程中，若檢測網電電壓低于額定電壓的10%，則及時停泵，同時推送消息給相應用戶，完全避免網電電壓導致的水泵損壞事件。

3.2.3 安裝智能泄水電動閥，避免冬季管道結冰

如遇極寒天氣，水泵停止后管道結冰，會導致整個冬季農村無法飲水，為此設計智能電動泄水閥控制邏輯為：停泵后自動打開泄水閥，確保管道存水全部回流到井里，杜絕管道存水結冰；在下次開泵前先執行關閉泄水閥指令，確保供水直達高位水池。此智控程序適用于宜川農村飲水泵站的離心泵和三聯泵供水方案。

3.3 大數據在農村飲水泵站的有效應用

3.3.1 判斷供水管道破裂的大數據應用

由泵站到供水池的供水管道，距離從幾百米到5公里不等，若發生施工、泥石流等導致管道破裂，及時發現情況并推送消息給用戶的程序設計，根據服務端程序記錄水泵開啟后，水池水位升高的幅度，比如：水泵開啟后，水池水位每半小時升高約30 cm，若實時上送的水池水位與歷史數據相差超過50%，則及時推送消息至用戶手機，提醒到現場勘查供水管道情況，據實處理。

3.3.2 惡劣天氣的氣象大數據應用

人工智能蓄水機器人智能云服務程序對接的中國氣象網實時天氣預警大數據，每一次設備通電，能自動檢測所處的經緯度，上送服務器，云服務檢索中國氣象網本地區天氣大數據，并提前2小時推送預警信息至用戶手機；惡劣天氣發生時，及時推送消息，提醒用戶合理安排惡劣天氣發生前后相關工作方案。

4 農村飲水泵站工程運行管理和維護措施

4.1 運行管理措施

為保障農村飲水泵站工程運行管理效果，嚴格落實宜川農村飲水長效機制，履行“三個責任”，完善農村飲水泵站工程管理體制，明確農村飲水工程運行管理業務培訓：使水管員用手機可及時掌握水池端的水池水位、電壓、信號強度等狀態參數，以及水泵端的水泵是否啟動、網電電壓、工作電流、電壓，以及管道壓力等狀態參數，增強了及時監測、預報、預警能力，并且參數超閾值，會及時停泵，并在手機上及時知曉。大幅提高確定問題的速度和準確度，提高了問題解決效率，避免供水工程停運情況。更好地落實了安全控制和質量管理工作。

4.2 設備日常運維

人工智能蓄水機器人的終端電器元件、傳感器、供電系統、及電力和通信線路等工作狀態，采用5 a期托管式服務模式，由供應商通過云服務遠程升級維護和及時發現問題，并主動聯系水管員指導和配合處理異常情況，很好地解決了因水管員缺乏相關知識體系和技能不會操作使用高科技產品的大問題。根據試點使用水管員的體會，該系統不需要安裝APP和專業的培訓，只在手機的微信里操作即可，延續之前已掌握的微信應用操作技能，年齡偏大的水管員也可以輕松上手。通過微信接收設備運行狀態信息、故障信息、提醒信息等，相當于隨時巡檢設備，了解狀態，發現問題，可及時到問題點進行準確處理，省心省力，高效智能。

5 結語

宜川農村飲水泵站工程通過技術改造，使用人工智能蓄水機器人新科技、新服務模式的實踐探索，有效提升了泵站供水工程建設、管理水平與供水長效低成本運行保障能力，更好地滿足農村居民改廁、洗滌、環境衛生等用水需求。為山區丘陵地帶小型泵站供水工程標準化改造提供了實踐論證，同時為鄉鎮集中供水泵站工程提供了思路和借鑒，希望通過拓展應用，進一步提升工作效率，降低供水成本，推進不同層級系統之間的信息共享，促進互聯互通。