農(nóng)村飲水安全工程中自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘要：農(nóng)村飲水安全工程是惠及隴原兒女的民生工程和社會(huì)效益突出的公益事業(yè)。目前各地農(nóng)村水廠自動(dòng)化程度存在顯著差異。文章以平?jīng)鍪徐o寧縣某水廠自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工為例，探討自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)形式，為類似工程的自動(dòng)化設(shè)計(jì)和施工提供相應(yīng)參考。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化系統(tǒng)；標(biāo)準(zhǔn)化；典型設(shè)計(jì)；現(xiàn)代化管理

1工程概況

平?jīng)鍪徐o寧縣西部脫貧攻堅(jiān)農(nóng)村飲水安全鞏固提升工程項(xiàng)目區(qū)先后建成了七個(gè)人飲工程，但是由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不斷發(fā)展和人民生活水平不斷提高，用水量不斷增大，加之靜寧縣西北部水資源匱乏，干旱少雨，大口井出水量明顯不足，工程部分輸水管道老化、破損嚴(yán)重，常出現(xiàn)限時(shí)供水或連續(xù)多日供不上水的情況[1]。2017年相關(guān)部門(mén)規(guī)劃在該地區(qū)實(shí)施新工程，可以解決7514戶32563人農(nóng)村人口飲水不穩(wěn)定問(wèn)題。該工程的實(shí)施將傳統(tǒng)、落后的散供水水源統(tǒng)籌利用，能更進(jìn)一步的提高水廠供水保證率。根據(jù)實(shí)際情況和工藝要求，自動(dòng)化系統(tǒng)分別在一級(jí)泵站、二級(jí)泵站和高位水池三個(gè)區(qū)域設(shè)置站點(diǎn)，并在管理所辦公樓控制中心集中控制和監(jiān)測(cè)三個(gè)區(qū)域的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

2設(shè)計(jì)方案

主站設(shè)置在二級(jí)泵站，下設(shè)一級(jí)泵站和高位水池兩個(gè)分站，整個(gè)系統(tǒng)對(duì)一級(jí)泵站、二級(jí)泵站、蓄水池水位、泵站供水流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，主站雙CPU雙電源冗余，各站I/O卡件預(yù)留30%。因各站距離較遠(yuǎn)，加上丘陵地區(qū)地形復(fù)雜，敷設(shè)光纖難度較大，各站之間通過(guò)無(wú)線通訊的方式實(shí)現(xiàn)相互的數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)上位機(jī)為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，配套windows操作系統(tǒng)及組態(tài)王編程軟件。下位機(jī)為西門(mén)子s7-300PLC的軟、硬件系統(tǒng)。上位機(jī)停機(jī)不影響下位機(jī)正常工作。主站PLC及工控機(jī)電源取自市電，不間斷電源UPS將市電穩(wěn)壓后供給用電設(shè)備，同時(shí)給蓄電池組進(jìn)行充電。當(dāng)停電發(fā)生時(shí)，UPS斷開(kāi)市電回路，繼續(xù)給用電設(shè)備供電，蓄電池組供放電時(shí)間不小于30min。分站系統(tǒng)供電設(shè)備選用太陽(yáng)能蓄電池，太陽(yáng)能板選用單晶型式，功率50W，太陽(yáng)能蓄電池選用12V/63Ah。水泵控制柜和電動(dòng)閥控制柜具有手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，正常情況下控制柜的選擇開(kāi)關(guān)都打在自動(dòng)位置，水泵的啟停和電動(dòng)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)由內(nèi)部程序進(jìn)行選擇。當(dāng)高位水池水位到達(dá)設(shè)定的上（下）限水位時(shí)，水泵出口電動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉（開(kāi)啟），水泵自動(dòng)停止（啟動(dòng)）。自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)水位下降的速度控制水泵運(yùn)行的速度，當(dāng)其中一臺(tái)水泵出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)切換到備用的一臺(tái)泵組運(yùn)行。

3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前水利工程自動(dòng)化系統(tǒng)大都采用二層或三層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，第一層為現(xiàn)地測(cè)量控制層(現(xiàn)地單元層)，第二層為集中監(jiān)控層(主控單元層)，第三層為生產(chǎn)調(diào)度管理層(管理單元層)[2，8]?，F(xiàn)場(chǎng)傳感器測(cè)量電壓、電流、液位、流量等信號(hào)并傳送到數(shù)據(jù)采集模塊，各分站將采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)送到PLC主站，PLC主站與工控機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)相連接，最終將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳送到人機(jī)界面，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的監(jiān)控。

4設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的意義

農(nóng)村飲水安全工程自動(dòng)化設(shè)計(jì)還沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，但典型設(shè)計(jì)可以起到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)性的作用，可以較為普遍地應(yīng)用。如系統(tǒng)由主站和若干個(gè)分站組成，主站由哪幾個(gè)模塊組成，分站由哪幾個(gè)模塊組成，每個(gè)模塊都包括確定的硬件配置和參數(shù)設(shè)置，不同規(guī)模的工程只是分站設(shè)置的數(shù)量不同而已。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器的運(yùn)算速度也成指數(shù)級(jí)的速度提高，各種電子設(shè)備不斷更新?lián)Q代。農(nóng)村飲水安全工程自2003年開(kāi)始在全國(guó)各地實(shí)施，至今已經(jīng)經(jīng)歷了十五年的發(fā)展，控制系統(tǒng)的技術(shù)革新導(dǎo)致其不同階段具有不同的控制方式。九十年代建造的一些水廠，并無(wú)集中控制功能，對(duì)機(jī)泵的操作都在控制箱上進(jìn)行，而且現(xiàn)場(chǎng)的液位、流量等數(shù)據(jù)需要工作人員到現(xiàn)場(chǎng)抄錄。到了二十一前十年，水廠的自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)集中控制功能，操作臺(tái)可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，并且有數(shù)碼顯示屏顯示現(xiàn)場(chǎng)的模擬量數(shù)據(jù)。這種控制方式采用繼電器的控制方式，開(kāi)關(guān)按鈕容易損壞，自動(dòng)化程度不高。近十多年水廠自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到以工控機(jī)顯示器或觸摸屏作為人機(jī)界面，無(wú)人值守、少人值守、自動(dòng)運(yùn)行的程度[6]。自動(dòng)化系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是一體化、信息化。在農(nóng)村飲水安全工程中，不同區(qū)域、不同功能的泵站、水廠，經(jīng)過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)，有機(jī)的結(jié)合成一個(gè)整體，由調(diào)度中心集中進(jìn)行管理[3,5]。調(diào)度中心數(shù)據(jù)庫(kù)接入無(wú)線公網(wǎng)并進(jìn)行加密，上級(jí)部門(mén)或管理人員可直接通過(guò)隨身攜帶的手機(jī)軟件，輸入密鑰后查詢到數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，從而實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地了解整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行情況的目的。農(nóng)村飲水安全鞏固提升工程將原有的不同形式的控制系統(tǒng)重新整合起來(lái)，規(guī)模的擴(kuò)大和自動(dòng)化程度的提高直接降低了水廠的運(yùn)行成本，減少了人員配置，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)起到規(guī)范作用以供參考，從而使自動(dòng)化設(shè)計(jì)具有整體性，人員培訓(xùn)和系統(tǒng)管理工作也更加容易。

5結(jié)束語(yǔ)

農(nóng)村飲水安全工程自動(dòng)化設(shè)計(jì)應(yīng)在保證可靠性、安全穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性和實(shí)用性的前提下，在結(jié)構(gòu)和形式上充分考慮設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化，在系統(tǒng)硬件及軟件上充分考慮系統(tǒng)的開(kāi)放性。具體設(shè)計(jì)方案要根據(jù)水廠管理人員的需求，并考慮生產(chǎn)廠家的建議，最終確定[4]。自動(dòng)化設(shè)計(jì)水平直接影響后續(xù)的管理和維護(hù)工作，整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、管理、維護(hù)，必須建立相配套的、科學(xué)的、實(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和制度體系，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水廠現(xiàn)代化管理的目標(biāo)。與此同時(shí)，隨著云計(jì)算等高新技術(shù)的引入，將信息資源整合、業(yè)務(wù)流程優(yōu)化等業(yè)務(wù)統(tǒng)一到了同一個(gè)平臺(tái)上，為用戶提供智能化的接口，從而減少了大量的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、UPS電源等硬件資源，節(jié)約投資成本，提高管理效率[7]。

參考文獻(xiàn)：

[1]甘肅省水利廳,甘肅省農(nóng)村飲水安全工程“十二五”規(guī)劃報(bào)告[S].

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[3]劉輝.水利水電工程勘測(cè)設(shè)計(jì)行業(yè)信息化發(fā)展思考[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2017(1):78-81.

[4]趙勇.試論泵站電氣自動(dòng)化的設(shè)計(jì)思路[J].陜西水利,2011(2):47-48.

作者：蘇燾 單位：平?jīng)鍪兴娍睖y(cè)設(shè)計(jì)院