城乡安全饮水自控管理系统的设计与实现

2011-11-21热紫燕吴志强

水利信息化 2011年4期

热紫燕，吴志强

（巩留县水电局，新疆巩留 835400）

随着社会经济的发展，水对人民生活与生产的影响日益加强，人们不断提高对供水质量与安全可靠性的要求，重视降低供水能耗；另一方面水源却更加紧张，水污染日趋严重。因此当今城乡供水设施的建设或改造，应着眼于长期规划，有效利用现代科学技术的成果，满足城乡日常用水需求量和供水质量的安全饮水要求。

为此，针对中国城乡供水行业现有状况，综合使用物联网、水净化处理、自动化控制与监测、自动通信、视频远程监控等技术设计了城乡安全饮水自动化监控管理系统（以下简称安全饮水自控系统），从而实现水源、水质、压力等涉及安全饮水信息的实时监测和报警及应急处理，以及管线、蓄水池、水处理厂等各个工艺及环节的自动监测控制及管理，有效地保证安全供水和饮水。

1 安全饮水自控系统概述

1.1 城乡供水现状

在新疆由于缺水，许多人仍在饮用未经任何处理的河水及不符合卫生条件的灌渠水，不仅靠人、畜力从很远的地方挑水拉水吃，而且冬季只能吃雪水和融冰水。无供水设施，或供水设施落后、老化，水质差及水污染是造成本地区饮水不安全的主要原因。尤其在广大农村牧区，由于供水管线长，村落分散，各类供水调节设施往往分散在管道沿线无人的草滩、农田、山坡等处，供水安全问题尤为突出。因此，为了最大限度地降低城乡供水管理的运行成本，提高管理效率，优化供水调度方式，运用自动化的现代管理手段，使城乡供水管理逐步与社会经济增长方式相匹配，已经成为当地供水管理工作非常迫切的任务。

1.2 城乡供水运行管理目标

饮水安全工程建设是项系统工程，主要包括水源、水处理设施、输配水管网及水质监测等方面的内容。

建立安全饮水自控系统，解决影响安全饮水的隐患是供水运行管理的目标。为达到供水运行管理目标，需要解决以下几个问题：

1）保障供水和安全饮水的统一调度问题。为保障供水和安全饮水，需对供水和用水信息进行汇总，并进行预警处理，实现统一调度，同时也可优化供水区域内的供水调度。

可通过自动监测各支线节点水情信息，及时调节不同节点处的供水量，实现及时合理调配，保证供水的正常和安全性。

2）水源地、蓄水池、水厂的安全保护问题。为实现安全保护，可对水源地和蓄水池进行视频监控，并实时上传至监控中心，通过系统报警联动，实现及时预警，最大限度地保证水源地和蓄水池的安全。

水厂内安装视频监控系统，对水厂内部及周边环境进行实时安全监测，保证水厂运行安全，使供水更具安全保障。

3）水质安全的保障问题。水处理厂的正常运行是出厂水质安全的保障，因此需对水处理厂工艺流程实现全面自动化控制，出现水质异常，即联动处理。

4）管线稳定及供水可靠运行的问题。为确保管线稳定及供水可靠运行，可设立远程监控系统，这样不仅节约人力物力，而且及时迅速地处理突发异常情况。通过自动监测到的沿线各分水支点水池的异常水位值，对闸阀或机泵实施自动开启或关闭，从而保证了管线水池的安全，并减少由于溢水而造成的水量损失，降低成本费用[1]。

5）自动化保障体系运行效果的问题。城乡供水远程监控系统效果非常明显，通过总控制系统能清楚直观地掌握水源安全、出厂水质、各蓄水池的配水情况及水位高低，各项数据到达最高最低值时都有自动报警装置。操作人员在中控室的计算机上可远程控制系统内任何1台供水及水处理设备的起停开关，查看供水水质、压力、流量等实时数据指标等。

1.3 安全饮水自控系统总体规划

本文设计的安全饮水自控系统集仪表、通讯、网络、控制及监测于一体，通过对供水系统生产数据的采集、传输及远程调度和控制，实现生产自动化；通过对水厂出厂水质监测，保障水质安全；通过对水源地及蓄水池视频远程监控安防，保护水源安全。

系统由监控信息处理中心、视频监控、水处理厂及水源地供水自控、管线及节点监测等4个子系统组成，各个子系统既相互关联又可独立工作，构建成完整的城乡安全饮水自动化保证体系，总体结构如图1所示。

城乡供水管理发展的必然趋势是：供水规模化、水处理自动化及管理现代化。

在系统设计过程中始终坚持先进性、可靠性、安全性、高性价比4大原则，同时遵从 GB《中华人民共和国国家标准》、《给水计算机辅助调度系统应用指南》、ISO《国际标准化组织标准》、IEC《国际电工委员会标准》、IEEE《电气与电子工程师协会标准》等标准。

图1 城乡安全饮水自动化保证系统总体结构图

1.4 安全饮水自控系统特点

整个系统实现了供水管理等行业的计算机综合应用，包含微机自动化生产调度，水源地表水监测，管网沿线重要节点压力和流量监测，调节池入口阀门控制和水位流量监测，制水车间水质和总出口水量监测，报警处理，用户档案管理，多级查询，数据共享上传等模块。各模块数据实现共享，进行数据优化处理，对饮水安全监测、优化生产调度和经营管理、水源调配等都起到重要作用。

饮水安全工程水厂自动化控制系统适合县级、农村集中等供水企业使用，水源视频安防监控可远程采集水源地和制水车间工作状态、电参数，控制各类控制器的启停；可采集水位、压力、流量、水质等信息；可对供水管网进行实时监测、控制和管理。可清晰准确地了解和掌握供水管网安全运行状态，缩短和减少操作时间，提高供水效率，可统筹区域内各节点的供水调度，避免浪费，降低能耗。

系统通过无线或有线的方式，实现对制水厂、管线重要供水节点和各调节池的自动化监测，实现对制水车间、调节池的安防监控，提供报警信息，汇总到水厂调度中心，再上传到县级调度中心。及时了解和掌握沿线各分水节点和蓄水池的实时工作运行状态，提高供水的正常性和安全性。

系统通过监测水厂加药设备的运行状态、加药量、余氯、PH 值等水质信息，监测各供水节点的瞬时和累计流量、阀门和通信状态等信息，实现阀门及供水设备的自动开闭。通过系统有效保证了供水生产和管线、水质、水源等的安全，达到自动辅助实施饮水和供水生产安全的目的。

根据供水行业的管理规程，供水单位实现信息管理自动化，办公自动化，提高了服务质量，推进了现代化管理。

供水调度和水厂控制系统均实现各类信息的共享，优化水资源调配供水调度管理。

2 安全饮水自控系统关键技术

城乡供水自动化监控管理系统是无限距离感知、实时、双向、可控的物联网管理系统，是物联网核心、传感、控制、信息处理和网络通讯等技术的综合应用。

物联网在新疆巩留县集中供水工程中的建成和运行，为安全饮水工程实现智能化管理，提高经济效益，节能减排，安全运营等提供了强有力的工具。

本系统通过高精度的数据采集设备，运用测控技术，准确获取水厂的出厂水质和总出水量，同时还对制水车间实现自动控制和监测。系统实现了地表水源合理调配，水厂生产调度管理的信息化管理，节省了大量的人力、物力。

测控技术包括监测和控制2个方面，在水利灌溉和供水管理方面的应用非常广泛，完成对供水管网重要环节的监控，及对水厂的宏观监控，是优化调度、调配水源、合理利用水源的基础，可充分发挥系统的监控功能，及时调配利用水源，保证供水管线正常供水。系统能很好地保证合理利用水源，在提高工作效率、降低能源消耗的前提下保证最大限度地满足供水要求，通过对管网的水质、水量、水压、厂区安全进行实时在线监测，达到可视、可控、可调、远传的现代化管理水平。水厂、沿线各供水节点及调节蓄水池安装视频监控系统，通过监控系统对水厂内部及周边环境进行安全监控，保证水厂运行安全，使供水更具安全保障性。

3 安全饮水自控系统设计

3.1 监控信息处理中心子系统

监控信息中心子系统，对各子系统进行信息汇总，调度供水，全局调配，应急处理，保证供水和饮水安全。调度中心设置大型模拟屏，能够更加直观地反映生产调度的情况。

调度中心软件采用基于网络、SQL Server 数据库和面向对象环境下的工业组态软件，数据通讯和处理采用独立模块，通过数据库连接。

调度系统软件基于 SCADA 和 GIS 技术设计，具备以下功能：数据处理发布；实时反映管网、蓄水池、水处理厂供水用户设备等的运行状态；完成对供用水的监测计量；故障定位、报警信息等；管网建成、编辑、管理；辅助调度办公和决策；查询统计输出，领导查询，数据接口；能够提供多样化图形处理方式。

调度控制系统主要完成以下功能：微机采用双机热备方式，并采用多台微机分别显示不同内容，直观清晰；采用多种通讯相结合的方式，很好地满足当前所传数据和今后增加数据的需要；微机系统对各用水单位的用水状况和指标进行计算、控制、打印、汇总和显示；实时监测现场供水生产、水源、水位情况，阀门的启闭状态，实时流量，统计各供水点供水数据、管线供水数据及压力值等资料；实时报警，自动安全预警防护。