宜川农村饮水泵站工程智能化技术改造探析

闫晓娟

(陕西省延安市宜川县水利工作队，陕西 延安 716200)

宜川在脱贫攻坚阶段建设的农村饮水泵站工程，因在用的蓄水池浮球开关启停水泵产品无法应对远距离通讯、冬季管道结冰、实时监测水源水位的问题。水泵工作状态等方面也难以达到丘陵沟壑地带所需的稳定性、可靠性，并且维护量较大。恶劣的天气甚至导致水管员作业时的安全难以保障。

针对实际运行管理中存在的问题，探索应用融合物联网、传感器、云服务、人工智能、移动互联网等先进技术的人工智能蓄水机器人智能装备，实现无人值守、实时保护设备并且监控运行参数，更好地满足了农村居民改厕、洗涤、环境卫生等用水需求，并且年龄偏大的水管员也能操作自如。

1 宜川农村饮水工程基本情况

至十三五末，宜川共建成农村饮水工程401处，其中重力自流工程131处，泵站提水工程270处，解决了8.68万农业人口的饮水问题。自来水普及率98.3%，平均水价5元/m3。促进了农村经济的发展，改善了农村生活生产环境。随着群众生活水平日益提高，用水量加大，结合宜川农村饮水泵站工程运行实际情况，提出一些合理性技改建议。

2 农村饮水泵站工程存在的问题

宜川地处渭北高原、黄河沿岸，属黄土高原丘陵沟壑区，境内沟壑纵横、川原相间，在宜川农村饮水发展过程中，泵站工程发挥着重要作用，但由于农村饮水泵站工程大都建于深沟，水源道路狭窄，距村庄较远，且设备工作时间比较长，管理人员年龄偏大，实际操作费时费力，泵站工程在运行过程中会发生各种问题，已经无法满足服务需求。此外，由于工程资金限制和管理人员自身文化素质的关系，在更换泵站设备过程中，一般不选择新型技术，从而降低了农村饮水泵站工程效率，不利于发挥农村饮水泵站工程的作用。管理人员在检查维修设备过程中，只是采取常规性维护，没有针对性地进行维护，导致供水设备运行阶段发生各种问题。

在农村饮水工程管理工作中“重建设，轻管理”现象普遍存在，虽然宜川农村饮水工程长效机制不断地完善，但由于管理人员大都是老年人，根据自己多年对设备管理的经验，对设备进行维修，但是因为维修经费有限，一味地更换设备无法满足管理需求，甚至还会选择质量低劣的泵站设备，无法显著提高饮水工程运行效率，也不利于发挥出管理人员的作用。

在农村饮水工作方面，各运行管理单位制定了管理人员工作制度，但是因为制定的规章制度在饮水工程运行过程中不断地完善，在日常运行中经常会发生各种问题，无法保障管理效果。管理人员在日常工作中缺乏参考依据，同时缺乏执行力，影响到农村饮水泵站工程运行效果。

3 农村饮水泵站工程智能化更新改造措施

3.1 在蓄水池端安装水位智能控制柜

3.1.1 配置物联网智能控制器实现无线距离数据传输

该技术可实现水位数据向云端、手机端和水泵端的无线距离传输，相比有线传输，寿命更长，维护更方便，成本更低。器件选用中国移动标准13位物联卡，支持GSM+GPRS2G/4G通讯环境，尤其是2G通讯很好的满足了大部分丘陵沟壑地区只有2G信号的数据传输，传输频率为每60 s传输一次水位数据到云端系统和用户手机，可精确检测水位和智能执行水泵启停个性化策略。

3.1.2 配置投入式扩散硅水位传感器

投入式水位传感器是将水位压力信号，转换为水位高度信号，扩散硅传感芯片选型0.5级精度，水位测量精度达±3 cm，为避免池底沉淀泥沙掩埋投入式水位传感探头，安装规范为传感探头悬吊与距离池底60 cm高度，调整偏差由云服务端程序处理，确保精确测量水池水位高度。同时，为避免夏季居民用水在水池中存储时间过长，滋生微生物，影响健康，水管员在手机上可轻松设置水泵启停合适的水位，类似汽车的无级变速系统，相比浮球式开关方便很多。

3.1.3 配置太阳能发电和三元锂供电系统

针对陕北地区年度光照数据，配置80 w太阳能光伏发电系统(寿命20年)，和35 AH三元锂耐低温储能电池(寿命5 a)，满足7天雨雪天气的水位监测和数据传输系统供电需求。

3.2 在水泵端安装水泵智能控制柜

3.2.1 在水泵出口安装水压传感器

默认水泵启动后的120 s后，开始检测水泵出口压力，当开泵120 s后水泵出口压力<设定值，则判断井干或者泵坏，及时停机；当水泵工作过程中，出口压力小于本次开机最大压力的30%(默认值)，则判断水泵开机后，水源水位逐步降低，将会发生干抽，损坏水泵事故，及时下发停机指令，并推送故障消息到用户手机，提醒到现场检查实际情况，据了解，很多水泵的损坏是因为干抽。

3.2.2 实时检测处理网电电压与相序错误

网电电压在开泵时过低和水泵运行中过低都会导致水泵电机损坏，为此特别设计保护程序逻辑为：水泵启动之前，若检测网电电压低于额定电压的10%，则等待电压正常滞后启动，同时推送消息给相应用户；水泵运行过程中，若检测网电电压低于额定电压的10%，则及时停泵，同时推送消息给相应用户，完全避免网电电压导致的水泵损坏事件。

3.2.3 安装智能泄水电动阀，避免冬季管道结冰

如遇极寒天气，水泵停止后管道结冰，会导致整个冬季农村无法饮水，为此设计智能电动泄水阀控制逻辑为：停泵后自动打开泄水阀，确保管道存水全部回流到井里，杜绝管道存水结冰；在下次开泵前先执行关闭泄水阀指令，确保供水直达高位水池。此智控程序适用于宜川农村饮水泵站的离心泵和三联泵供水方案。

3.3 大数据在农村饮水泵站的有效应用

3.3.1 判断供水管道破裂的大数据应用

由泵站到供水池的供水管道，距离从几百米到5公里不等，若发生施工、泥石流等导致管道破裂，及时发现情况并推送消息给用户的程序设计，根据服务端程序记录水泵开启后，水池水位升高的幅度，比如：水泵开启后，水池水位每半小时升高约30 cm，若实时上送的水池水位与历史数据相差超过50%，则及时推送消息至用户手机，提醒到现场勘查供水管道情况，据实处理。

3.3.2 恶劣天气的气象大数据应用

人工智能蓄水机器人智能云服务程序对接的中国气象网实时天气预警大数据，每一次设备通电，能自动检测所处的经纬度，上送服务器，云服务检索中国气象网本地区天气大数据，并提前2小时推送预警信息至用户手机；恶劣天气发生时，及时推送消息，提醒用户合理安排恶劣天气发生前后相关工作方案。

4 农村饮水泵站工程运行管理和维护措施

4.1 运行管理措施

为保障农村饮水泵站工程运行管理效果，严格落实宜川农村饮水长效机制，履行“三个责任”，完善农村饮水泵站工程管理体制，明确农村饮水工程运行管理业务培训：使水管员用手机可及时掌握水池端的水池水位、电压、信号强度等状态参数，以及水泵端的水泵是否启动、网电电压、工作电流、电压，以及管道压力等状态参数，增强了及时监测、预报、预警能力，并且参数超阈值，会及时停泵，并在手机上及时知晓。大幅提高确定问题的速度和准确度，提高了问题解决效率，避免供水工程停运情况。更好地落实了安全控制和质量管理工作。

4.2 设备日常运维

人工智能蓄水机器人的终端电器元件、传感器、供电系统、及电力和通信线路等工作状态，采用5 a期托管式服务模式，由供应商通过云服务远程升级维护和及时发现问题，并主动联系水管员指导和配合处理异常情况，很好地解决了因水管员缺乏相关知识体系和技能不会操作使用高科技产品的大问题。根据试点使用水管员的体会，该系统不需要安装APP和专业的培训，只在手机的微信里操作即可，延续之前已掌握的微信应用操作技能，年龄偏大的水管员也可以轻松上手。通过微信接收设备运行状态信息、故障信息、提醒信息等，相当于随时巡检设备，了解状态，发现问题，可及时到问题点进行准确处理，省心省力，高效智能。

5 结语

宜川农村饮水泵站工程通过技术改造，使用人工智能蓄水机器人新科技、新服务模式的实践探索，有效提升了泵站供水工程建设、管理水平与供水长效低成本运行保障能力，更好地满足农村居民改厕、洗涤、环境卫生等用水需求。为山区丘陵地带小型泵站供水工程标准化改造提供了实践论证，同时为乡镇集中供水泵站工程提供了思路和借鉴，希望通过拓展应用，进一步提升工作效率，降低供水成本，推进不同层级系统之间的信息共享，促进互联互通。