某水库的供水联动系统的设计与实现

谷琛+罗章海

摘要：供水联动系统在水库的供水自动化过程中处于中心环节，在很大程度上影响着供水效率，一套高效合理的供水联动系统将会给水资源的合理分配供给提供很好的保证，该文主要内容即以某水库为例设计一套合理的供水联动系统。

关键词：供水压力；联动系统；放水涵洞；数据采集

自2010年以来，随着整个区域经济的发展，伴随而来的是对供水的需求不断加大，某水库作为附近区域的主要供水水库，现行的供水配套设施已经很难满足这样的要求，需要进行对各种供水设施进行升级改造，并设计一套合理的供水联动系统来进行供水调度，通过出口放空涵供水，为水库周边的各工矿企业及居民用户提供充足供水水源。

1建设目标

实现水库出口放空涵与出口前池水位的联动控制：当前池水位小于设定的下限值时，自动开启或增大闸门开度，使出库流量增大；当前池水位大于设定的下限值时，自动关闭或减小闸门开度，使出库流量减小，并实时监测出口管道的各项运行参数。通过本系统的建设，有效的节约水资源，保障供水的安全性，提高闸门控制的可靠性和自动化水平，实现设备工况和参数的实时监测，减轻运行人员劳动强度，并把数据接人水库分中心，在中控室即可完成对各供水闸控设施的监控。

2总体设计

2.1系统设计原则

1）采用国际成熟品牌产品，执行国际接口标准，系统留有充分的扩展能力，保证系统兼具开放性、扩展性及完善升级的能力。

2）系统各项技术性能指标均要达到相关的规范标准要求。

3）系统要满足实时性、抗干扰能力、可适应性、高可用性、易于维护等特性。

4）系统有助于提升水库运行管理的自动化水平。

5）监控系统必须具备防雷、接地保护等措施。

2.2系统结构

本文设计的供水联动系统包含有水库出口监控站及局总调度中心、调度分中心、出口管理站和现地控制几部分。

系统的整体结构分设主控级、现地单元控制级和中心调度级等三层网络体系结构。其中，出口放空涵采用光纤经由出口管理站，水库出口管理站同样采用光纤将实现与水库管理处调度分中心的通信。其系统结构如图1所示。

3系统组成

3.1放空涵控制柜

水库出口放空涵的PLC控制柜要求具备对放空涵工作闸门的自动操作功能，PLC控制柜通过RS485接口将前池水位数据接入进来，并根据水位的实际变化，自动控制工作闸门，从而调节前池水位的高低。

在放空涵的PLC柜中安装一套通讯管理装置，即可用于采集水位信号并实现和PLC的实时通讯。

3.2出口管理站监测单元

水库出口管理站设置1套监测单元，核心采用南瑞MB40PLC，用于采集前池水位、流量、管道压力等数据，提供人机接口，显示实时数据，供运行人员巡查，并采用网络信道与水库管理处通信。并根据实际需要在机柜上增加用于水位过高过低、水位差过大、在联动控制模式下液压系统故障的声光报警灯等报警装置，在出现异常或危险情况下及时向水库管理所人员发出报警，及时采取应急措施进行处理问题，以保证设备和供水安全。

3.3前池现地监测站

3.3.1水位计

由于前池水位测量的准确性和可靠性直接关系到系统运行的可靠性，前池水位测量距放空涵PLC的距离较远，采用4～20mA信号传输可能造成数据不稳定，系统在前池内设置两套浮子水位计，相互备用，并采用RS485的方式将水位信号接入到放空涵PLC。

基于系统的可靠性考虑，两套水位计需要将各自的水位信息分别接人放空涵和管理站的PLC控制柜。由于在一条485通信总线中只允许有1个主站，而每套水位计又只有1个485通信口，所以在本系统中采用交叉通信的方式来实现两套水位计的数据采集，具体见图2。在本系统中水位1为MB40PLC采集的水位数据，水位2为放空涵GE PLC采集的水位数据，（水位1#/2#编号在触摸屏和上位机上保持一致）在其中一套水位计或PLC出现故障能够保证正常水位数据监测，同时给系统的问题处理修复提供富余的时间以便恢复系统正常。

3.3.2流量计

考虑到计量精准性、安装的难易程度等问题，本系统选用TDS-100超声波流量计来测量封闭管路液体流量，TDS-100超声波流量计的两个传感器具有收、发两用的特点。安装方式为插入式z法安装，使用声波直接通过测量管道的相对安装的z法安装。流量计控制两个传感器依次接收和发射超声波，并記录相应的传播时间，通过计算时差，得到的时差与流体的流速由函数关系，如下表述：

其中，安装流量计的传感器安装输水管道的管壁上，在现场有一次仪表，如后传输到控制室的二次仪表，然后通过出口管理站监测单元进行远程传输，在调度室的闸控工作站上显示。

3.3.3压力传感器

考虑到系统中其中的4条管道为直接供水，中间无蓄水调节，系统在出口管道的阀室内设置4条管道的压力传感器，用于监视管道运行时的压力状况，压力传感器要检测到压力首先保证是在满管运行状态。本系统中通水管道供水是采用自流方式，能否满管运行将关系到压力传感器采集到的数据的准确性。

3.3.4采集单元

由于到压力传感器的输出信号为4～20mA电流信号，所以不能进行超长距离的传输，否则对信号有较大影响，因此，需要在控制阀室内就近安装1套现地采集单元，核心是南瑞B20PLC，采用PLC采集4条管道的压力数据，并通过RS-232口与管理站的监测单元（MB40 PLC）相连。

4结束语

本系统在综合布线、预定联动操作、水位精准测量、流量的精准计算等方面均达到了系统设计和调试设计要求。在试运行期间，联动系统的安全、可靠性得到了检验，工作均稳定正常，能满足运行管理的要求。通过系统的建设，提高了水库联动控制的自动化水平，实现了各主要设备的实时工况监测，确保了主要设备的正常运行状况，减轻了现场工作人员的工作负荷，很好地满足了水库周边的各工矿企业及居民用户的供水需求。