智能自控调度系统在马庄供水中的应用研究

孙占泉

（德州市水利局，山东 德州 253014）

智能自控调度系统在马庄供水中的应用研究

孙占泉

（德州市水利局，山东 德州 253014）

运用工业控制组态软件，实现对农村供水工程中蓄水池水位远程控制、水处理的自动化监测、机泵运行自动化控制及运行参数的自动化监测、视频监视等项智能技术，基本形成农村饮水安全工程智能化信息管理系统建设，满足农村饮水安全工程自动化和信息化的需要。

农村供水；智能化；自动控制；监测；饮水安全

马庄集中供水项目区位于德州市武城县。此工程包括机井 1 眼， 150 m3蓄水池 1 个，管理站 1 处，并配置自动化控制系统、信息管理系统和水处理等设备；供水工程供水流程为水源井（22 kw 变频）—除氟设备—加药设备—蓄水池—管道加压泵—供水管线—各自然村。

项目的实施可解决辖区 15 个行政村，1 万人的饮水安全问题，通过水源地、高位蓄水池、管网及供水用水环节等全面自动化监控进行供水生产管理，有效地保障供水设备的运行安全。

1 系统研究方案简介

1）建立中控室，完成农村安全饮水的自动化和信息化管理。

2）水厂蓄水池水位采集，出厂压力采集，出厂流量监采集；采用工业总线组网、电磁测量和扩散硅探测技术远程监测，降低工作人员劳动强度和提高供水质量。

3）利用变频调速技术实现水源井和加压泵房出口的恒压供水，同时实现分时段和全时段供水，提高供水生产的科学性。

4）利用 RTU 测控技术实现水厂蓄水池水位与水源井机泵、加压机泵的闭环自动控制，采集，出厂压力采集，出厂流量监采集；采用工业总线组网、电磁测量技术和扩散硅探测技术远程监测，提高供水生产的效率。

5）利用吸附过滤原理（活性氧化铝）、加氯消毒技术进行水处理，提高供水质量。

6）供水行政村压力和流量采集；采用 GPRS、电磁测量和扩散硅探测技术远程监测，保障供水。

7）利用视频监视技术，对水厂、水源井、蓄水池、泵房、水处理间进行视频监视，保障水源地水厂安全。

8）建立自动化和信息化管理系统，进行农村安全饮水的自动化和信息化的科学管理和供水生产，实现供水科学化，自动控制调度如图1 所示。

2 系统应用概况

2.1 供水调度中心

供水调度中心具备远程监控的通信、数据汇总和处理等功能。由中心监控站实时地实现对水源井、管理站蓄水池、各村供水管理及计量远程测控，包括现场供水设备的自动控制、遥控、现场手动，中心监控站与供水管理部门组成的 Client/Server结构的分布式处理的计算机管理系统，能够使调度数据为各部门服务[1]。

中心监控站由远程调度软件（组态、网络版）、水量管理、调度主机、数据库服务器、通讯设备、领导查询等组成，其中领导查询和数据库服务器选配。

供水监测中心对现场数据进行资料总处理，采用 C/S 体系结构，有利于节省软件维护和管理的时间和费用。

调度系统采用 SKJ 方式进行调度数据采集和远程控制等任务，SKJ 方式是当前对数据监控的可靠性 、稳定性要求较高系统的上位机监控所采取的先进调度方式[2]，能够充分地保证调度中心调度系统稳定、可靠的运行；另外选用的调度计算机，对于运行多任务系统具有足够的能力，能够同时完成数据通讯、处理、上屏等功能。

在调度中心，整个通讯系统在同一远控中心局域网下，设备同时接受数据。数据传输采用 ADSL有线和 GPRS 无线宽带通讯模式，可以同时进行数据接收和处理，并在软件的控制下执行各种控制命令。同时，可以显示多任务、监控画面，便于掌握收费系统及供水情况，显示各设备开关状态，并对余氯、浊度等运行数据进行处理。

2.2 管理站水源井测控及蓄水池水位监测系统

2.2.1 水源井测控系统

远传终端实现对深井水位、电压、电流、电量、功率因数、有功无功等现场数据的实时自动监测采集，并对供水设备远传启停，同时可以对现场供水运行状况自动控制（根据管理站蓄水池水位自动控制，高于控制水位自控关机，低于控制水位自控开机），保存这些现场数据并转发到监测中心。

通过有线方式实现与供水站调度中心调度通信，实现遥测和遥控。

本地自动保护功能，根据需要，当本地运行故障时可实现自动关泵，保护泵站设备。控制方式分为现场和远传、自动 3 级控制方式。监测量电压、电流、电量；监测深井水位；水泵运行监测及开关日志，自动计时；参数上下限报警。

设备还可以扩展采集数据，实时曲线，自动生成表格等。

2.2.2 蓄水池系统

对蓄水池的出口累计流量和瞬时流量进行实时采集分析，蓄水池出口 3 个加压泵，变频加压一拖二，实现恒压力控制。特点如下：1）配备变频柜一拖二（2 个运行泵）恒压控制；2）配备启动柜单独启动备用泵；3）3 个加压泵工况（三相电流、三相电压、电量）；4）数据上传。

2.3 自然村供水控制管理、流量计量监测及压力监测系统

2.3.1 各条干管的水流、水压及供水情况监测

实现对自然村村口压力、供水用户用水量流量等现场数据的实时自动监测采集，保存这些现场数据并转发数据到监测中心。实现对供水用户用水量的科学管理和输配水管网主管道漏水报警及管道阀门自动关闭。

远传终端通过有线方式实现对本地设备仪表的实时监测。

供远传终端通过无线方式（GPRS 通讯模块）实现对远距离监测中心数据转发。

在自然村供水设备加配手动阀门，以便于管道、设备的检修。

2.3.2 计量测控终端监测

通过累计和瞬时流量的实时监测，实现用水的科学管理的目的[3]，保障用水。

在各村的村口支管道上设直读流量表，远程监测累计和瞬时流量，同时将数据信息实时传送回总控室。

在各村的村口支管道上设远传压力表，远程管网压力，同时将数据信息实时传送回总控室。

总控制室监测各供水点水量，管网压力状态。

保持与中控制室通讯，向总控制室返回数据，接受总控制室的监测指令。

2.4 除氟、加氯水处理系统

2.4.1 加药设备

二氧化氯是强氧化剂，在使用中只产生氧化物，不产生氯化物，杀菌、灭藻效果比现在大量使用的含氯消毒剂强，又无氯的气味和刺激性，鉴于二氧化氯在水处理中的诸多优点，建设部《城市供水行业 2000 年技术进步发展规划》中推荐使用二氧化氯为饮用水首选消毒剂。

由于自来水厂的供水量较大，从降低运行费用和自动化控制的角度考虑，宜选用高效复合二氧化氯发生器。加料方式：进口计量泵；原材料：氯酸钠+盐酸；原材料转化率 ≥ 90%；产物中二氧化氯含量 ≥ 80%；应用领域：所有二氧化氯应用领域。

2.4.2 除氟系统

活性氧化铝是世界上应有最广泛的除氟方法[4]。本方案就是生产性活性氧化铝饮用水除氟。不同工艺除氟流程如图2，3 所示。

除氟设备的运行方式：除氟设备的操作可以分成除氟和再生过程，除氟设备可以连续工作，也可以间接工作。

再生工程：再生过程分为 4 个阶段，首次冲洗、再生、二次冲洗、中和。

经过再生后的活性氧化铝滤床，滤料的吸附能力得到恢复，可重新进入除氟过程，可以开始一个新的周期。

3 系统应用管理与实践

3.1 系统实现功能

1）遥测功能。实时的压力、水位、电参数（电流、电压等）等信号。

2）遥信功能。实时把监测设备状态（启动、停止、运行、检修、故障等）传输到控制中心，随时监测设备状态并进行记录，同时对突发事件进行提示、报警和故障紧急处理。

3）遥控功能。实时的控制设备状态（启停、开关、开度等），通过调度指令完成操作，通过实时的信号反馈，确保操作的贯彻执行。

4）画面显示。整个供水系统从管网到水源生产的各个环节的全面和局部的图形展示（如整个、局部管网运行图，水源井泵站和供水站运行模拟实景图等），动态的显示各部分运行情况，使整个调度系统更加全面和直观。

5）报警管理。提供整个管网异常状况的报警，并且对供水生产其他环节的运行情况实施远程监测，提供异常状况的报警。

6）实时和历史数据库的生成。保证数据的及时性，同时也保证了数据的连续性，为监控和数据的分析提供了可靠的依据。

7）事故追忆。主动实现事故数据的追忆，同时提供事故追忆时间和数据状况等相关数据。

8）过程控制。通过软件设定和相应的硬件（RTU）配合，实现供水生产的过程控制。

9）统计计算和分析。通过采集和存储的实时数据和历史记录进行综合统计和分项分析，比如 ：蓄水池水位、流量 、电机的电压电流电量等等。

10）报表和曲线。具有自由报表和曲线，报表可根据要求生成清单 、统计报表和分类报表 ；曲线可生成实时变化、对比、综合和定时等曲线。

11）人工补录。对于系统中的不完整部分进行人工录入，使整个调度数据更加完整。

12）系统定义及维护。适用于系统维护人员，维护人员经过短暂培训可以很快地掌握如何对整个系统进行定义，并能够简便地维护系统 。

13）参数设置。使整个调度中的各种变量和功能都通过简单地参数配置实现。

3.2 系统应用效果分析简介

系统可提供多样化图形处理方式，直观显示采集状态，方便操作人员实时了解运行状况。整个集中供水监测系统从各个环节的全面和局部的进行图形展示（如整个供水管网的分布情况图、水源井的分布情况图、蓄水池、自然村的分布情况图），实时显示数据，使整个调度系统更加全面和直观，水厂调度分布如附图4 所示。

数据处理如表1 所示。

通过数据报表及查询，针对用户特殊需求的数据报表，形成日志、形成历史数据。

曲线直观显示方式如图5 所示。

棒图等直观显示方式如图6 所示。

4 结语

4.1 取得的主要成效

1）工业控制组态软件。支持组态、数据处理、参数设置、视频、通信等功能，实现现场数据采集通信，动态显示远程参数、视频等信息。

2）蓄水池水位远程监测。通过综合调度系统，可以实现对蓄水池水位的远程监测，实现园区用水量的控制和调度。

3）水处理的自动化监测。实现二氧化氯发生器的运行参数的自动化监测。

4）自动控制。实现变频调速出厂恒压控制、实现水源井机泵和二次加压机泵与蓄水池水位的闭环控制。

5）机泵运行参数的自动化监测。实现水源井机泵和二次加压机泵运行参数的自动化监测。

6）视频监视。集成视频监视功能。

4.2 经验总结

1）分阶段、分工实施。在研究实施分工安排上，采用子课题方式将研究内容划分为几个阶段，既方便研究进度的掌握，又方便了多个项目人员联合，集中每个人的优势，保证项目的质量。

2）充分利用技术积累。项目实施过程中，充分利用已有的技术，部门已有的一定技术积累，在本项目研究中获得充分利用。视频监控技术方面的研究，也充分利用了国内成熟的技术和产品，通过研究相关接口技术，将视频监控技术变为本系统有自主特色的技术。

3）需要避免的教训。应用技术研究需与实际应用密切结合。本项目研究中，在与应用相结合上有待加强。

[1] 甘志，李幼仪，陈宜凯.Delphi7 高级应用开发篇[M].北京：清华大学出版社，2008: 30-60.

[2] 商晓帆.电子政务信息资源整合与信息孤岛[J].现代情报，2008 (6): 11.

[3] 刘翔.智能供水网络管理信息系统的项目设计方案[J].天津工业大学学报，2000 (6): 47-50.

[4] 张念卿.配水管网二次加氯优化及水质风险度分析[D].杭州：浙江大学，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

孙占泉（1963－），男，山东平原人，高级工程师，主要从事农村水利的研究工作。