杜和景 尹國杰

（河北省南宮市水務(wù)局 河北南宮 055750）

隨著自動(dòng)化控制和信息化管理技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化控制和信息化技術(shù)正在工業(yè)生產(chǎn)、生活、公共事業(yè)管理等各個(gè)領(lǐng)域逐步推廣應(yīng)用。南宮市水務(wù)局在農(nóng)村飲水安全工程項(xiàng)目中，率先采用了自動(dòng)化控制和信息化管理技術(shù)，取得了明顯成效。

1 南宮市農(nóng)村飲水安全工程概況

南宮市位于河北省東南部，介于太行山至渤海之間，屬黑龍港流域，為湖積沖積泛濫平原區(qū)。地處東經(jīng) 115°15′～115°45′，北緯 36°06′～37°27′，東與故城、清河縣以清涼江相隔、西與巨鹿為鄰、南與廣宗、威縣相連、北與新河、冀州、棗強(qiáng)接壤。全市呈東南—西北長條形，長約 60km，南北平均寬15km，全市總面積854km2。

南宮市現(xiàn)轄有 15個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)辦事處，共有 464個(gè)村（居）委會(huì)，人口 48萬人，其中農(nóng)業(yè)人口39.5萬人，占人口總數(shù)的82.29%。

南宮市屬于飲用水氟化物嚴(yán)重超標(biāo)的地區(qū)，全市農(nóng)村飲用水不安全人口最高達(dá)到 38萬人，占農(nóng)業(yè)總?cè)丝诘?6.2%。

為了徹底解決農(nóng)村人口飲水安全問題，南宮市于 2006年委托河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，編制完成了《河北省南宮市農(nóng)村飲水安全“十一五”規(guī)劃》。2007年底，經(jīng)國家發(fā)改委、水利部批準(zhǔn)，南宮市建設(shè)全國農(nóng)村飲水安全項(xiàng)目示范縣。2008年再次委托河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，依據(jù)《河北省南宮市農(nóng)村飲水安全“十一五”規(guī)劃》，編制完成了《河北省南宮市農(nóng)村飲水安全總體規(guī)劃》。按照《總體規(guī)劃》全市建成了 12座高標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)村集中供水廠，每座水廠供水范圍 3-5萬人，供水規(guī)模 0.24-0.4萬 m3/天，全部采用了自動(dòng)化控制技術(shù)和信息化管理技術(shù)，全天 24小時(shí)不間斷供水。截止目前，較好地解決了346個(gè)村30萬人的飲水不安全問題。2012年7月13日，南宮市被國家發(fā)改委、水利部正式命名為全國飲水安全示范縣。

2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)

自動(dòng)化控制系統(tǒng)由水源控制系統(tǒng)、二級(jí)供水控制系統(tǒng)、消毒控制系統(tǒng)和安全監(jiān)控系統(tǒng)等組成。

2.1 水源控制系統(tǒng)

根據(jù)供水規(guī)模不同，每座水廠建有3-5眼水源井和1-2座500m3的調(diào)節(jié)池。每眼井配備一臺(tái)200QJ50-130/10深井潛水泵和一臺(tái)可控硅控制柜（功率 45千伏安），由調(diào)節(jié)池水位控制潛水泵啟動(dòng)、停止。最高液位時(shí)全部停泵，在運(yùn)行中每臺(tái)潛水泵根據(jù)預(yù)設(shè)液位依次啟動(dòng)?？刂乒裼勺冾l柜附帶液位控制裝置，可自動(dòng)控制，也可手動(dòng)控制，同時(shí)具有短路、過流、過壓、過載等多種保護(hù)功能。

2.2 二級(jí)供水控制系統(tǒng)

每座水廠安裝6臺(tái)二級(jí)200QJ32-39/3潛水泵，用一臺(tái)恒壓變頻控制柜控制（11千伏安）。恒壓變頻控制柜可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)與自動(dòng)、變頻與工頻切換，手動(dòng)工頻可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)；實(shí)現(xiàn)多時(shí)段、多壓力供水功能以及對(duì)應(yīng)時(shí)段的壓力設(shè)定，實(shí)現(xiàn)定時(shí)開、停機(jī)，多時(shí)段不同壓力供水；可以設(shè)定水位控制和最低水位保護(hù)，輸出干節(jié)點(diǎn)控制深井潛水泵運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)泵的輪換選擇功能。同時(shí)具備就多變頻器故障指示及復(fù)位，工頻故障及復(fù)位功能；配備標(biāo)準(zhǔn)通訊功能接口，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開停機(jī)、遠(yuǎn)程設(shè)定壓力、遠(yuǎn)程故障報(bào)警及復(fù)位功能。

供水系統(tǒng)為普通生活供水控制模式，可以完成系統(tǒng)中變頻泵、工頻泵的設(shè)定及自動(dòng)切換邏輯，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)多時(shí)段恒壓供水、定時(shí)換泵、故障泵的判斷、報(bào)告及自動(dòng)退出邏輯。

供水系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)通過 PID調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)恒壓供水，各加壓泵循環(huán)變頻軟啟、其中一臺(tái)為變頻泵，在不滿足切換條件時(shí)該泵作為整個(gè)恒壓供水系統(tǒng)的變量調(diào)節(jié)泵，由變頻器控制運(yùn)行并根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際流量，自動(dòng)調(diào)節(jié)該泵的轉(zhuǎn)速，以維持系統(tǒng)壓力的恒定；當(dāng)達(dá)到切換條件時(shí)，如果還有其它待機(jī)變頻泵，該泵自動(dòng)切換到工頻運(yùn)行，啟動(dòng)待機(jī)變頻泵變頻運(yùn)行；如果沒有待機(jī)變頻泵，該泵保持變頻運(yùn)行，不作切換工頻動(dòng)作。當(dāng)變頻出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到手動(dòng)狀態(tài)，通過按鈕工頻啟動(dòng)任意一臺(tái)或多臺(tái)泵工頻運(yùn)行，這時(shí)可以通過啟動(dòng)泵的臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)供水壓力，以保證正常供水。

供水系統(tǒng)還可以設(shè)定休眠狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到所設(shè)定的休眠條件時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入休眠運(yùn)行，并根據(jù)設(shè)定的項(xiàng)目壓力以及偏差容量，自動(dòng)進(jìn)入或者喚醒休眠。同時(shí)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)了最完善的保護(hù)功能，包括熱過載保護(hù)、斷相保護(hù)、相序保護(hù)、相壓不平衡保護(hù)、過流保護(hù)、水池水位過低保護(hù)、過高保護(hù)等，供水系統(tǒng)最大限度地考慮了各種保護(hù)措施，提高其可靠性。

2.3 消毒控制系統(tǒng)

二氧化氯消毒設(shè)備包括供料系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、真空吸收系統(tǒng)、安全系統(tǒng)及殘液自動(dòng)處理系統(tǒng)。

該系統(tǒng)具有反沖洗裝置，反應(yīng)器可隨時(shí)、自動(dòng)的進(jìn)行反沖洗工作，防止反應(yīng)器內(nèi)有結(jié)晶或雜質(zhì)的出現(xiàn)，確保了設(shè)備的安全性。設(shè)備配備了標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，可以連接計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，包括原料液位、反應(yīng)罐溫度、計(jì)量頻率、動(dòng)力壓力等內(nèi)容。同時(shí)可以把設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)傳至主控室，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，多臺(tái)設(shè)備的顯示控制可在上位機(jī)同步實(shí)現(xiàn)。

2.4 安全監(jiān)控系統(tǒng)

為保證水廠安全，水廠安裝了計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)有一個(gè)監(jiān)控中心和各水廠監(jiān)控分站組成。監(jiān)控分站安裝在各個(gè)水廠，在水廠控制室、泵房大門口等關(guān)鍵部位安裝 3-4臺(tái)紅外線一體攝像機(jī)和一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)，攝像機(jī)對(duì)要害部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，硬盤錄像機(jī)存儲(chǔ)錄像視頻，一般可存儲(chǔ)近20天的視頻資料。通過寬帶網(wǎng)絡(luò)，將各水廠視頻圖像實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心可實(shí)時(shí)監(jiān)控和切換各水廠的視頻圖像。

3 信息管理控制系統(tǒng)

信息管理采用計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一個(gè)測(cè)控中心和在各個(gè)水廠設(shè)置的測(cè)控分站構(gòu)成。測(cè)控中心通過中國移動(dòng)的GPRS與各測(cè)控分站進(jìn)行通訊，測(cè)控中心向各測(cè)控分站發(fā)送召測(cè)指令，各測(cè)控分站將水廠當(dāng)前的運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)，傳送給測(cè)控中心。測(cè)控中心也可以對(duì)各水廠測(cè)控設(shè)備發(fā)送控制指令，包括開、停機(jī)和壓力調(diào)整等。

在監(jiān)控管理中心對(duì)各供水廠生產(chǎn)及使用的整個(gè)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，由前端機(jī)將水泵、變頻器工作狀態(tài)和水質(zhì)、水量、電量、水壓等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，經(jīng)中繼通訊系統(tǒng)上傳至中心站主機(jī)。并對(duì)電能消耗指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集監(jiān)控。中心站主機(jī)以 5分鐘為周期向各前端站發(fā)出巡掃指令，接收回傳數(shù)據(jù)。通訊系統(tǒng)采用雙機(jī)熱備份方式工作。中心站對(duì)各前端站采集數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，放到數(shù)據(jù)庫，經(jīng)分析、處理形成圖表信息，供用戶監(jiān)控、決策使用。系統(tǒng)軟件具有如下功能：（1）日常界面，以表格形式，反映各點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、時(shí)間、狀態(tài)等，通過鼠標(biāo)單擊，顯示該參量 24小時(shí)變化趨勢(shì)。（2）過程曲線：壓力曲線、流量曲線。（3）報(bào)表系統(tǒng)（壓力、流量日?qǐng)?bào)表和供水量日、月、年報(bào)表）。（4）數(shù)據(jù)查詢。可對(duì)任何指定歷史時(shí)間的壓力、水量、水質(zhì)情況進(jìn)行查詢。（5）報(bào)警功能。

4 運(yùn)行管理及效果

由于水廠采用了全自動(dòng)化控制和信息化管理技術(shù)，南宮市的飲水安全項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)現(xiàn)代化；工程控制自動(dòng)化；運(yùn)行管理信息化、智能化。在運(yùn)行過程中采用最新的軟硬件設(shè)施充分實(shí)現(xiàn)了以下功能：

（1）水質(zhì)監(jiān)測(cè)采用實(shí)時(shí)在線的二氧化氯消毒設(shè)備通訊數(shù)據(jù)與水池水量同步檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析判斷產(chǎn)生，具備水質(zhì)分析報(bào)告、水質(zhì)歷史資料查詢、水質(zhì)不達(dá)標(biāo)報(bào)警及主動(dòng)停泵供水等一系列功能。

（2）水泵及變頻器工作狀態(tài)由新版RTU進(jìn)行檢測(cè)，變頻器工作狀態(tài)由 RTU與變頻器通訊直接產(chǎn)生，工頻泵及深井泵運(yùn)行工作狀態(tài)由六路運(yùn)行工作狀態(tài)直接產(chǎn)生，工頻泵及深井泵運(yùn)行故障狀態(tài)由兩路熱保護(hù)工作狀態(tài)直接產(chǎn)生，RTU設(shè)計(jì)開關(guān)量輸入點(diǎn)不少于 14路?？杀O(jiān)測(cè)加壓水泵以及深井泵開、停狀態(tài)，變頻運(yùn)行或故障狀態(tài)等開關(guān)量。

（3）自適應(yīng)控制功能：可根據(jù)各供水站供水瞬時(shí)流量，實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前流量下管網(wǎng)水頭損失，動(dòng)態(tài)調(diào)整供水站的供水壓力，實(shí)現(xiàn)變壓力控制，即：在供水流量比較大時(shí)，實(shí)時(shí)調(diào)高供水壓力：在供水流量比較小時(shí)，實(shí)時(shí)調(diào)低供水壓力，根據(jù)瞬時(shí)供水流量，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、智能調(diào)節(jié)供水壓力，實(shí)現(xiàn)末端恒壓供水，相比于現(xiàn)有通常的出口恒壓供水方式，可大幅度節(jié)約運(yùn)行電費(fèi)，達(dá)到最佳節(jié)能供水狀態(tài)。實(shí)際運(yùn)行的情況表明，該功能可以降低二次加壓耗電的30%—70%，自適應(yīng)控制供水方式，將供水電費(fèi)成本降到接近極限。

（4）各供水分站出現(xiàn)異常情況，控制中心自動(dòng)報(bào)警，包括變頻器故障、壓力異常、流量異常，系統(tǒng)提示確認(rèn)關(guān)泵或繼續(xù)運(yùn)行，及時(shí)處理故障，減少損失。對(duì)于變頻隨機(jī)保護(hù)性故障，還可以實(shí)行過程復(fù)位，最快速度恢復(fù)供水，在控制中心也可隨時(shí)采集各供水分站故障信息，如：變頻保護(hù)、通訊未聯(lián)機(jī)等。

（5）控制中心可以遠(yuǎn)程開啟、停止任何供水分站的供水設(shè)備，也可以在計(jì)算機(jī)預(yù)先設(shè)定各供水分站的開泵、停泵時(shí)間，計(jì)算機(jī)自動(dòng)按程序設(shè)定開、停供水設(shè)備。

（6）控制中心可以遠(yuǎn)程調(diào)整任何供水分站的供水壓力，也可以在計(jì)算機(jī)預(yù)先設(shè)定不同時(shí)間段各供水分站的供水壓力，計(jì)算機(jī)自動(dòng)按不同時(shí)間段相應(yīng)調(diào)整各供水分站的壓力，用水高峰時(shí)間段，預(yù)先設(shè)定較高供水壓力，用水低谷時(shí)間段，預(yù)先設(shè)定較低供水壓力，既保證供水效果，又可以節(jié)約運(yùn)行電費(fèi)。

（7）控制中心計(jì)算機(jī)連接大型LED顯示屏，動(dòng)態(tài)暗示各供水站的瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、當(dāng)前電功率、累計(jì)用電電度、噸水耗電量、管網(wǎng)壓力、采集時(shí)間等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握各供水站的運(yùn)行情況。

（8）自動(dòng)檢測(cè)各供水站供水出口或管網(wǎng)末梢二氧化氯余量，自動(dòng)調(diào)節(jié)二氧化氯的投放量，保持二氧化氯余量在供水站出口不低于0.1mg/L，或者在管網(wǎng)末梢不低于0.02 mg/L，以保持供水消毒質(zhì)量，也保證了供水管網(wǎng)消毒。

綜上所述，采用了集變頻供水、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制、供水壓力智能調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程報(bào)警等功能為一體的自動(dòng)化和信息化管理技術(shù)，大大降低了運(yùn)行電費(fèi)、減少了管理人員，減少了工程故障，最大程度降低運(yùn)行管理費(fèi)用。使飲水安全聯(lián)村集中供水工程達(dá)到了管理科學(xué)、運(yùn)行正常、持久高效、安全可靠的目的。

5 存在問題

由于缺乏專業(yè)技術(shù)管理人員，在管理方面仍存在以下問題：

（1）在控制中心可隨時(shí)采集各供水分站的信息，了解各水廠的運(yùn)行情況，但是不能通過對(duì)采集信息、參數(shù)的分析及時(shí)發(fā)現(xiàn)除了各個(gè)水廠出現(xiàn)的異常情況。

（2）由于電流或電壓出現(xiàn)異常，控制設(shè)備處于保護(hù)狀態(tài)，水廠管理人員不能及時(shí)處理。

（3）不能根據(jù)用水需求及時(shí)調(diào)整各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)等。

6 建議

（1）監(jiān)控中心配備一定數(shù)量具有高素質(zhì)的專業(yè)技術(shù)人員；

（2）加強(qiáng)各水廠管理人員的技術(shù)培訓(xùn)，進(jìn)一步提高其專業(yè)技術(shù)水平和管理技能。建立起一支懂業(yè)務(wù)、高水平、高素質(zhì)的管理隊(duì)伍。

綜上所述，南宮市農(nóng)村飲水安全集中供水工程將達(dá)到建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備現(xiàn)代化，使其真正成為自動(dòng)化控制、信息化管理、運(yùn)行安全、可靠、持久、高效的惠民工程。