自动化系统在XX应急水源地的应用

文/翁硕

随着科技的发展，社会的进步，数字化、自动化被越来越多的人所了解，并将它应用于生产、生活中。人们正快乐地享受着自动化带来的便捷与舒适。XX应急水源地作为XX地区建设的第一个大型地下水水源地，告别了原来所有水源井的机电设备控制和水位监测由人工进行控制和记录的方式，利用先进的计算机控制技术、网络通信技术和自动化监测技术，对水源地其下所有水源井等供水工程准确、可靠的进行群测、群控，从而在网络的基础上建立水情、水源井机电设备运行状况的实时和历史数据库，供水源地管理机构的统计分析，为水资源的管理、合理调配、水利工程应用等提供各种信息，实现及时、准确、可靠的信息采集、管理和监控。

1 工程简介

XX是一个资源型缺水的大城市，人均水资源年占有量不足300立方米，水资源供需矛盾尖锐。XX应急备用水源工程是采用水源群井抽取地下水，通过联络管线向XX市自来水集团第X水厂提供水源的应急供水工程。

工程建成了21对42眼深（250米）、浅（120米）结合的水源井，11眼观测井。各水源井选配潜水机组，并安装变频器。输水管道长约15公里，分为南支、北支、干支三支，呈“Y”字分布。管线上设井房42座，院落21处。输水管线沿途安装有排空阀、管路阀、排气阀、退水阀、流量计等重要配套设施43台（套）。

2 自动化系统概况

自动化系统以计算机、PLC为主要智能部件，结合水位、水压、流量等检测技术，实现在备用水源管理所对水源井泵站的远程监控，实现工程的调度、管理自动化。

该系统以备用水源管理所为监控中心，所内设监控调度中心一个，下设21个水源井监控站、7个观测井水位监测站、1个流量监测站。监控（测）站与监控调度中心之间通过GPRS进行通信，进而实现管理所对监控（测）站的远程监控（测）。

3 系统总体结构

图1：水源井监控站结构图

监控系统采用星形拓扑结构，管理所设立监控调度中心，下设22个水源井监控站、7处水位监测站、1个流量监测站。

系统通过GPRS网络建立监控调度中心与22个水源井监控站、7个水位监测站的通信链路，以计算机、可编程逻辑控制器（PLC）作为智能核心部件，结合水位、水压、流量等的检测技术，实现对机电设备远程自动监测、控制及工程的调度、管理。

3.1 通信方式

该系统采用中国移动GPRS通信方式组建基于网络IP的数据通信链路。即各监控站通过无线GPRS方式接入，监控调度中心通过APN专线接入网络，从而建立管理所与各监控（测）站的网络通信。

3.2 水源井监控站的组成与结构

水源井监控站由GPRS通信模块、PLC组件、水位计、水位显示仪表、压力计、远传水表、智能电力仪表、水泵现地控制箱（其他标段提供）、红外入侵探测器等硬件组成，并配备UPS电源，为监控设备提供滤除干扰、稳定的电压，PLC中安装有组态软件。每站控制两台水泵。监控站结构如图1所示。

3.2.1 水源井监控站功能

通信：与管理所建立稳定的通信联络，实现接收管理所的控制命令、反馈监测数据；与变频器、电力仪表、水表实现数据通信。

监测：水源井的水位、输水管压力、输水总流量（根据设计单位给出的固定时间段，计算出这一时间段内的瞬时流量）、供电电压、电流、水泵变频器工作电流、频率以及泵房内是否有人进入等数据并上传管理所。

控制：所有水源井水泵均采用两种工作方式：现地电动控制和远程中心控制。控制方式转换开关设于配电柜（电气一次专业设置）。

现地控制即由工作人员手工操作变频器，控制水泵的启动、停止、变频调速。

图2：监控中心网络结构图

远程控制即由监控调度中心通过计算机发布指令，PLC接收后通过变频的通信接口（或硬接线）控制水泵的启动、停止、调速，或通过软启动器的硬接线控制水泵的启动、停止。

3.3 管理所监控调度中心

3.3.1 监控调度中心的组成与网络结构

监控调度中心主要由UPS电源、服务器、监控工作站（工控机）、打印机等硬件以及操作系统、数据库、组态软件、监控软件开发、系统服务器等软件组成。监控中心网络结构如图2所示。

3.3.2 监控调度中心功能

监控调度中心具有如下功能：

（1）控制。具有两种工作方式，手动远程控制、自动远程控制。工作方式的转换通过程序设定。

手动远程控制指由工作人员通过操作计算机，单个控制水泵的启动、停止、调速，单个控制阀门开闭。

自动远程控制。根据管理单位或设计院提供的控制工艺流程、水源井调度配置方案，可以按照给定的流量，以及反馈的水压、流量等的数据，自动控制投入泵站的数量，自动调节水泵转速。

（2）数据采集、计算。通过服务器自动采集水源井泵站的设备运行状态包括电气参量、非电气参量等数据。

水源井设置的远传水表，只能采集总输水量，为获取瞬时流量，可以根据设计单位给出的固定时间段，计算出这一时间段内的瞬时流量。

自动采集流量监测站的流量数据。

自动采集水位监测站的水位数据。

（3）数据存储、查询。所有采集的数据自动记录至数据库，系统提供数据查询功能，并可由系统操作人员对数据进行维护。

（4）图形显示、报警处理。监控调度中心可以实时显示供水系统示意图形，显示水泵、阀门运行状态、流量、压力、井水位、配电参量等数据，显示各种参量的时间-数值曲线。

当采集和计算的各种数据出现异常时（过高或过低），提供相应的报警信息。

计算机可自动生成显示各种参量的时间-数值曲线。

（5）打印工作报表。计算机可自动生成、打印输出包括日、周、月、年的工作报表。还可自动生成、打印输出各种参量的时间-数值曲线图。

4 存在问题

4.1 关于GPRS无线网络

由于该套自动化系统是后期进行改造增建的，所有输水管线都已经建成，不便随同输水管线敷设光缆。考虑再三，选择使用了中国移动GPRS通信连接，实现了管理所对监控（测）站的远程监控（测）。经过使用发现，GPRS无线会发生包丢失现象，其表现为监控调度中心发送的指令几次才能被监控（测）站收到。这就使得该套自动化系统有了先天性的不足。

分析：由于分组交换连接比电路交换连接要差一些，因此，使用GPRS会发生一些包丢失现象。GPRS可以对信道采取动态管理，并且能够通过在GPRS信道上发送短信息来减少高峰时的信令信道数。

处理方案：

一方面，主动与网络运营商——中国移动取得联系，望其公司能够加强对应急水源地所用的GPRS无线网络覆盖之处的建设，全力支持应急水源地的供水任务。另一方面，采用4G或5G无线网络技术产品，提高通信传输保障。

5 结束语

在各个学科相互依存、协同发展的今天，自动化系统在应急水源地的应用得到了普遍认同。它改变了水源地老旧的面貌，和陈旧的工作方式，让水务人与时俱进，跟上了现代化的脚步。水务与自动化的完美结合，为XX供水提供优质保障。新事物的产生，必定会有些不适应的反应，但经过磨合、改进，总会达到共同的目的地，我相信，自动化系统必将在应急水源地得到更好应用，给水务人带来全新的工作方式和理念。