孫占泉

（德州市水利局，山東 德州 253014）

智能自控調(diào)度系統(tǒng)在馬莊供水中的應用研究

孫占泉

（德州市水利局，山東 德州 253014）

運用工業(yè)控制組態(tài)軟件，實現(xiàn)對農(nóng)村供水工程中蓄水池水位遠程控制、水處理的自動化監(jiān)測、機泵運行自動化控制及運行參數(shù)的自動化監(jiān)測、視頻監(jiān)視等項智能技術，基本形成農(nóng)村飲水安全工程智能化信息管理系統(tǒng)建設，滿足農(nóng)村飲水安全工程自動化和信息化的需要。

農(nóng)村供水；智能化；自動控制；監(jiān)測；飲水安全

馬莊集中供水項目區(qū)位于德州市武城縣。此工程包括機井 1 眼， 150 m3蓄水池 1 個，管理站 1 處，并配置自動化控制系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)和水處理等設備；供水工程供水流程為水源井（22 kw 變頻）—除氟設備—加藥設備—蓄水池—管道加壓泵—供水管線—各自然村。

項目的實施可解決轄區(qū) 15 個行政村，1 萬人的飲水安全問題，通過水源地、高位蓄水池、管網(wǎng)及供水用水環(huán)節(jié)等全面自動化監(jiān)控進行供水生產(chǎn)管理，有效地保障供水設備的運行安全。

1 系統(tǒng)研究方案簡介

1）建立中控室，完成農(nóng)村安全飲水的自動化和信息化管理。

2）水廠蓄水池水位采集，出廠壓力采集，出廠流量監(jiān)采集；采用工業(yè)總線組網(wǎng)、電磁測量和擴散硅探測技術遠程監(jiān)測，降低工作人員勞動強度和提高供水質(zhì)量。

3）利用變頻調(diào)速技術實現(xiàn)水源井和加壓泵房出口的恒壓供水，同時實現(xiàn)分時段和全時段供水，提高供水生產(chǎn)的科學性。

4）利用 RTU 測控技術實現(xiàn)水廠蓄水池水位與水源井機泵、加壓機泵的閉環(huán)自動控制，采集，出廠壓力采集，出廠流量監(jiān)采集；采用工業(yè)總線組網(wǎng)、電磁測量技術和擴散硅探測技術遠程監(jiān)測，提高供水生產(chǎn)的效率。

5）利用吸附過濾原理（活性氧化鋁）、加氯消毒技術進行水處理，提高供水質(zhì)量。

6）供水行政村壓力和流量采集；采用 GPRS、電磁測量和擴散硅探測技術遠程監(jiān)測，保障供水。

7）利用視頻監(jiān)視技術，對水廠、水源井、蓄水池、泵房、水處理間進行視頻監(jiān)視，保障水源地水廠安全。

8）建立自動化和信息化管理系統(tǒng)，進行農(nóng)村安全飲水的自動化和信息化的科學管理和供水生產(chǎn)，實現(xiàn)供水科學化，自動控制調(diào)度如圖1 所示。

2 系統(tǒng)應用概況

2.1 供水調(diào)度中心

供水調(diào)度中心具備遠程監(jiān)控的通信、數(shù)據(jù)匯總和處理等功能。由中心監(jiān)控站實時地實現(xiàn)對水源井、管理站蓄水池、各村供水管理及計量遠程測控，包括現(xiàn)場供水設備的自動控制、遙控、現(xiàn)場手動，中心監(jiān)控站與供水管理部門組成的 Client/Server結構的分布式處理的計算機管理系統(tǒng)，能夠使調(diào)度數(shù)據(jù)為各部門服務[1]。

中心監(jiān)控站由遠程調(diào)度軟件（組態(tài)、網(wǎng)絡版）、水量管理、調(diào)度主機、數(shù)據(jù)庫服務器、通訊設備、領導查詢等組成，其中領導查詢和數(shù)據(jù)庫服務器選配。

供水監(jiān)測中心對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行資料總處理，采用 C/S 體系結構，有利于節(jié)省軟件維護和管理的時間和費用。

調(diào)度系統(tǒng)采用 SKJ 方式進行調(diào)度數(shù)據(jù)采集和遠程控制等任務，SKJ 方式是當前對數(shù)據(jù)監(jiān)控的可靠性 、穩(wěn)定性要求較高系統(tǒng)的上位機監(jiān)控所采取的先進調(diào)度方式[2]，能夠充分地保證調(diào)度中心調(diào)度系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的運行；另外選用的調(diào)度計算機，對于運行多任務系統(tǒng)具有足夠的能力，能夠同時完成數(shù)據(jù)通訊、處理、上屏等功能。

在調(diào)度中心，整個通訊系統(tǒng)在同一遠控中心局域網(wǎng)下，設備同時接受數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸采用 ADSL有線和 GPRS 無線寬帶通訊模式，可以同時進行數(shù)據(jù)接收和處理，并在軟件的控制下執(zhí)行各種控制命令。同時，可以顯示多任務、監(jiān)控畫面，便于掌握收費系統(tǒng)及供水情況，顯示各設備開關狀態(tài)，并對余氯、濁度等運行數(shù)據(jù)進行處理。

2.2 管理站水源井測控及蓄水池水位監(jiān)測系統(tǒng)

2.2.1 水源井測控系統(tǒng)

遠傳終端實現(xiàn)對深井水位、電壓、電流、電量、功率因數(shù)、有功無功等現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時自動監(jiān)測采集，并對供水設備遠傳啟停，同時可以對現(xiàn)場供水運行狀況自動控制（根據(jù)管理站蓄水池水位自動控制，高于控制水位自控關機，低于控制水位自控開機），保存這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)并轉發(fā)到監(jiān)測中心。

通過有線方式實現(xiàn)與供水站調(diào)度中心調(diào)度通信，實現(xiàn)遙測和遙控。

本地自動保護功能，根據(jù)需要，當本地運行故障時可實現(xiàn)自動關泵，保護泵站設備?？刂品绞椒譃楝F(xiàn)場和遠傳、自動 3 級控制方式。監(jiān)測量電壓、電流、電量；監(jiān)測深井水位；水泵運行監(jiān)測及開關日志，自動計時；參數(shù)上下限報警。

設備還可以擴展采集數(shù)據(jù)，實時曲線，自動生成表格等。

2.2.2 蓄水池系統(tǒng)

對蓄水池的出口累計流量和瞬時流量進行實時采集分析，蓄水池出口 3 個加壓泵，變頻加壓一拖二，實現(xiàn)恒壓力控制。特點如下：1）配備變頻柜一拖二（2 個運行泵）恒壓控制；2）配備啟動柜單獨啟動備用泵；3）3 個加壓泵工況（三相電流、三相電壓、電量）；4）數(shù)據(jù)上傳。

2.3 自然村供水控制管理、流量計量監(jiān)測及壓力監(jiān)測系統(tǒng)

2.3.1 各條干管的水流、水壓及供水情況監(jiān)測

實現(xiàn)對自然村村口壓力、供水用戶用水量流量等現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時自動監(jiān)測采集，保存這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)并轉發(fā)數(shù)據(jù)到監(jiān)測中心。實現(xiàn)對供水用戶用水量的科學管理和輸配水管網(wǎng)主管道漏水報警及管道閥門自動關閉。

遠傳終端通過有線方式實現(xiàn)對本地設備儀表的實時監(jiān)測。

供遠傳終端通過無線方式（GPRS 通訊模塊）實現(xiàn)對遠距離監(jiān)測中心數(shù)據(jù)轉發(fā)。

在自然村供水設備加配手動閥門，以便于管道、設備的檢修。

2.3.2 計量測控終端監(jiān)測

通過累計和瞬時流量的實時監(jiān)測，實現(xiàn)用水的科學管理的目的[3]，保障用水。

在各村的村口支管道上設直讀流量表，遠程監(jiān)測累計和瞬時流量，同時將數(shù)據(jù)信息實時傳送回總控室。

在各村的村口支管道上設遠傳壓力表，遠程管網(wǎng)壓力，同時將數(shù)據(jù)信息實時傳送回總控室。

總控制室監(jiān)測各供水點水量，管網(wǎng)壓力狀態(tài)。

保持與中控制室通訊，向總控制室返回數(shù)據(jù)，接受總控制室的監(jiān)測指令。

2.4 除氟、加氯水處理系統(tǒng)

2.4.1 加藥設備

二氧化氯是強氧化劑，在使用中只產(chǎn)生氧化物，不產(chǎn)生氯化物，殺菌、滅藻效果比現(xiàn)在大量使用的含氯消毒劑強，又無氯的氣味和刺激性，鑒于二氧化氯在水處理中的諸多優(yōu)點，建設部《城市供水行業(yè) 2000 年技術進步發(fā)展規(guī)劃》中推薦使用二氧化氯為飲用水首選消毒劑。

由于自來水廠的供水量較大，從降低運行費用和自動化控制的角度考慮，宜選用高效復合二氧化氯發(fā)生器。加料方式：進口計量泵；原材料：氯酸鈉+鹽酸；原材料轉化率 ≥ 90%；產(chǎn)物中二氧化氯含量 ≥ 80%；應用領域：所有二氧化氯應用領域。

2.4.2 除氟系統(tǒng)

活性氧化鋁是世界上應有最廣泛的除氟方法[4]。本方案就是生產(chǎn)性活性氧化鋁飲用水除氟。不同工藝除氟流程如圖2，3 所示。

除氟設備的運行方式：除氟設備的操作可以分成除氟和再生過程，除氟設備可以連續(xù)工作，也可以間接工作。

再生工程：再生過程分為 4 個階段，首次沖洗、再生、二次沖洗、中和。

經(jīng)過再生后的活性氧化鋁濾床，濾料的吸附能力得到恢復，可重新進入除氟過程，可以開始一個新的周期。

3 系統(tǒng)應用管理與實踐

3.1 系統(tǒng)實現(xiàn)功能

1）遙測功能。實時的壓力、水位、電參數(shù)（電流、電壓等）等信號。

2）遙信功能。實時把監(jiān)測設備狀態(tài)（啟動、停止、運行、檢修、故障等）傳輸?shù)娇刂浦行模S時監(jiān)測設備狀態(tài)并進行記錄，同時對突發(fā)事件進行提示、報警和故障緊急處理。

3）遙控功能。實時的控制設備狀態(tài)（啟停、開關、開度等），通過調(diào)度指令完成操作，通過實時的信號反饋，確保操作的貫徹執(zhí)行。

4）畫面顯示。整個供水系統(tǒng)從管網(wǎng)到水源生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)的全面和局部的圖形展示（如整個、局部管網(wǎng)運行圖，水源井泵站和供水站運行模擬實景圖等），動態(tài)的顯示各部分運行情況，使整個調(diào)度系統(tǒng)更加全面和直觀。

5）報警管理。提供整個管網(wǎng)異常狀況的報警，并且對供水生產(chǎn)其他環(huán)節(jié)的運行情況實施遠程監(jiān)測，提供異常狀況的報警。

6）實時和歷史數(shù)據(jù)庫的生成。保證數(shù)據(jù)的及時性，同時也保證了數(shù)據(jù)的連續(xù)性，為監(jiān)控和數(shù)據(jù)的分析提供了可靠的依據(jù)。

7）事故追憶。主動實現(xiàn)事故數(shù)據(jù)的追憶，同時提供事故追憶時間和數(shù)據(jù)狀況等相關數(shù)據(jù)。

8）過程控制。通過軟件設定和相應的硬件（RTU）配合，實現(xiàn)供水生產(chǎn)的過程控制。

9）統(tǒng)計計算和分析。通過采集和存儲的實時數(shù)據(jù)和歷史記錄進行綜合統(tǒng)計和分項分析，比如 ：蓄水池水位、流量 、電機的電壓電流電量等等。

10）報表和曲線。具有自由報表和曲線，報表可根據(jù)要求生成清單 、統(tǒng)計報表和分類報表 ；曲線可生成實時變化、對比、綜合和定時等曲線。

11）人工補錄。對于系統(tǒng)中的不完整部分進行人工錄入，使整個調(diào)度數(shù)據(jù)更加完整。

12）系統(tǒng)定義及維護。適用于系統(tǒng)維護人員，維護人員經(jīng)過短暫培訓可以很快地掌握如何對整個系統(tǒng)進行定義，并能夠簡便地維護系統(tǒng) 。

13）參數(shù)設置。使整個調(diào)度中的各種變量和功能都通過簡單地參數(shù)配置實現(xiàn)。

3.2 系統(tǒng)應用效果分析簡介

系統(tǒng)可提供多樣化圖形處理方式，直觀顯示采集狀態(tài)，方便操作人員實時了解運行狀況。整個集中供水監(jiān)測系統(tǒng)從各個環(huán)節(jié)的全面和局部的進行圖形展示（如整個供水管網(wǎng)的分布情況圖、水源井的分布情況圖、蓄水池、自然村的分布情況圖），實時顯示數(shù)據(jù)，使整個調(diào)度系統(tǒng)更加全面和直觀，水廠調(diào)度分布如附圖4 所示。

數(shù)據(jù)處理如表1 所示。

通過數(shù)據(jù)報表及查詢，針對用戶特殊需求的數(shù)據(jù)報表，形成日志、形成歷史數(shù)據(jù)。

曲線直觀顯示方式如圖5 所示。

棒圖等直觀顯示方式如圖6 所示。

4 結語

4.1 取得的主要成效

1）工業(yè)控制組態(tài)軟件。支持組態(tài)、數(shù)據(jù)處理、參數(shù)設置、視頻、通信等功能，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集通信，動態(tài)顯示遠程參數(shù)、視頻等信息。

2）蓄水池水位遠程監(jiān)測。通過綜合調(diào)度系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對蓄水池水位的遠程監(jiān)測，實現(xiàn)園區(qū)用水量的控制和調(diào)度。

3）水處理的自動化監(jiān)測。實現(xiàn)二氧化氯發(fā)生器的運行參數(shù)的自動化監(jiān)測。

4）自動控制。實現(xiàn)變頻調(diào)速出廠恒壓控制、實現(xiàn)水源井機泵和二次加壓機泵與蓄水池水位的閉環(huán)控制。

5）機泵運行參數(shù)的自動化監(jiān)測。實現(xiàn)水源井機泵和二次加壓機泵運行參數(shù)的自動化監(jiān)測。

6）視頻監(jiān)視。集成視頻監(jiān)視功能。

4.2 經(jīng)驗總結

1）分階段、分工實施。在研究實施分工安排上，采用子課題方式將研究內(nèi)容劃分為幾個階段，既方便研究進度的掌握，又方便了多個項目人員聯(lián)合，集中每個人的優(yōu)勢，保證項目的質(zhì)量。

2）充分利用技術積累。項目實施過程中，充分利用已有的技術，部門已有的一定技術積累，在本項目研究中獲得充分利用。視頻監(jiān)控技術方面的研究，也充分利用了國內(nèi)成熟的技術和產(chǎn)品，通過研究相關接口技術，將視頻監(jiān)控技術變?yōu)楸鞠到y(tǒng)有自主特色的技術。

3）需要避免的教訓。應用技術研究需與實際應用密切結合。本項目研究中，在與應用相結合上有待加強。

[1] 甘志，李幼儀，陳宜凱.Delphi7 高級應用開發(fā)篇[M].北京：清華大學出版社，2008: 30-60.

[2] 商曉帆.電子政務信息資源整合與信息孤島[J].現(xiàn)代情報，2008 (6): 11.

[3] 劉翔.智能供水網(wǎng)絡管理信息系統(tǒng)的項目設計方案[J].天津工業(yè)大學學報，2000 (6): 47-50.

[4] 張念卿.配水管網(wǎng)二次加氯優(yōu)化及水質(zhì)風險度分析[D].杭州：浙江大學，2011: 45-51.

Application of Intelligent Automatic Control Scheduling System in Mazhuang Water Suppl

SUN Zhanquan
(Water Conservancy Bureau of Dezhou City, Dezhou 253014, China)

By applying the industrial control configuration software , it can achieve the intelligent technology of control of reservoir water level of rural water supply, automatic monitoring of the water treatment, automatic control of pump operation and video surveillance.It basically forms the intelligent information management system construction of rural drinking water safety project, and meets its automatic and informative needs.

rural water supply; intelligent; auto-control; survey; the safety of drinking water

TU991

A

1674-9405(2014)06-0051-05

2014-08-27

孫占泉（1963－），男，山東平原人，高級工程師，主要從事農(nóng)村水利的研究工作。