自动化测控系统在农村供水中的应用

李海斌

（新疆奇台县水利局农村供水站 新疆 奇台 831800）

1 引言

奇台县共有6镇9乡，下辖102个行政村，388个村民小组，总面积1.93万km2，总人口为23万人，其中农业人口16.167万人。从1995年至2005年国家实施改水防病人畜饮水工程建设，奇台县已陆续建成人畜饮水工程127处，由于点多线长，投资不足加上当时材料、设计、管理等种种条件限制，工程多数带病运行，能正常运转的只占29%，管径小也造成供水不足。鉴于奇台县工程的以上现状，“十一五”以来，奇台县把饮水安全工作作为维护最广大人民根本利益、落实科学发展观的基本要求，按照“重点突破，整体推进”的原则，科学制定规划，按照奇台县安全饮水供水水源、流域分布位置，结合建成和在建工程现状，本着整合资源和节约投资的原则，在反复论证的基础上，选用奇台县南部山区五条河流河床潜流水作为供水水源，采用重力输水的方式输水，规划为五大集中供水系统。从2006年至2010年，奇台县农村供水站先后建成了5座水厂及6座调节蓄水池，新建12个乡镇主、支及分支管道800km，利用老管网200km。新建成的三个供水系统管网长度从水源到管网末端高差在700m左右，管网分布3000km2范围，原本分散的供水系统也逐步相连成了三大供水系统。集中供水工程的建成，使供水范围的不断扩大，供水量不断增加，生产运行和管理不断复杂化。为了加强水资源统一管理，实现管网统一调度，保证供水管网安全，科学调配水量，从2008年～2010年先后投资一百多万元，逐步建立起一套适合奇台县农村实际发展需要的供水自动化测控系统，该系统的建成已经成为提高奇台县农村供水管理水平，实现管网优化调度，确保水厂安全供水的有效手段。

2 农村供水自动化测控系统工作原理

目前，农村自来水自动化测控系统中采用的数据通信可简单分为有线和无线两大类，在农村测控系统中，由于农村各管网测控点分布范围广、数量多、距离远，又要向电信部门申请很多电话线，有些测控点线路还难以到达，况且电话拨号速度慢，运营成本较高，因而测控系统采用有线通信方式建设周期长、工作难度大、运行费用高，不便于大规模使用；与之相比，无线通信方式则显得非常灵活，它具有投资较少、建设周期短、运行维护简单、性价比高等优点。目前，随着无线技术的发展，在农村供水中自动化测控系统中借助移动通信公司的GPRS业务平台，构建农村自动化供水测控系统的通信网络，实现农村自动化监测点数据的无线传输，成为一种高性价比的组网方式。该方式可充分利用现有网络，具有缩短建设周期、降低建设成本等优点，而且设备安装方便，维护简单。

各测控子站通过GPRSMODEM接入到中国移动通信的GPRS网络，中国移动的GPRS网络与Internet网络是互通的，都支持TCP/IP协议，这样监测的数据就可以传输到监控中心。这种方式需要监控中心采用固定公网IP方式接入到Internet网络，以实现各测控子站的寻址。奇台县农村供水自动化测控系统选用中国移动的GPRS系统作为系统传输信道。

3 自动化测控系统在奇台县农村供水工程中的应用

3.1 系统概述

奇台县农村供水自动化测控系统采用无线数据通讯方式或无线、有线相结合的方式，综合运用电子技术、现代通讯技术、计算机软件等技术。供水自动化测控系统由监控中心（供水调度SCADA系统）和各个测控子站组成，各个测控子站的数据采集终端采集水位、压力、流量、水处理信号等各种数据，供供水站及有关部门分析和决策取用，以提高工作效率，保证供水质量，满足日益增产的用水量的需求。

3.2 系统组成及功能

奇台县农村自动化测控系统由监控中心（供水调度SCADA系统）和各个测控子站（蓄水池自控系统、深水井机泵变频恒压自控系统、管网测压测流系统、蓄水池安防视频报警系统）组成。

3.2.1 监控中心（供水调度SCADA系统）

在奇台县农村供水站建立供水监控中心模拟屏显示系统和供水中心调度室，模拟显示各测控子站机组运行情况及监测参数。可实时显示所有数据和图像，使供水工程调度监测的数据和图像一目了然、直观清晰（如出水流量、供水压力及水源井机泵运行参数、状态等），完成视频现场信号监视。

监控中心屏上显示数据信息有5座水厂及6座调节蓄水池主要调度数据量：调节蓄水池液位，蓄水池瞬时流量和累计流量，浊度，用电量及主要设备的运行状态，而且可以设定各监测点监测参数的上下限报警值，当越限时，显示器弹出报警窗口，并伴有声光报警，蓄水池区域实施安防报警、报警视频上传等。

25个压力监测点主要调度数据量：管网压力、瞬时流量和累计流量，对数据异常实行报警，调节阀根据管网压力数据调节开启度使管网上的压力分布均匀。

监测画面和模拟屏上所有数据信息都是从各个测控子站终端系统中采集，通过Internet网络或者GPRS无线数据服务系统把每个水厂及管网采集的数据传输到监控中心的网络数据服务器上，监控中心SCADA服务器通过通讯网络实时监控各水厂、管道的有关参数，将现场数据经过处理后显示在计算机屏幕上，并直观地显示各种必要的工况图。

监控中心（供水调度SCADA系统）目前可以实现的功能有：①数据实时监测与处理功能。系统能把各检测参数相应画面和报表显示出来，对数据进行诸如最大值、最小值、平均值、累加值、定时值等计算处理，并分类进行存储，接受各种形式查询。②图形处理功能。能数据库绘制实时曲线图和历史趋势曲线图。③自动报表生成功能。能需要按不同时间周期如日、周、月、年等自动生成各种报表。④具有遥控遥信功能。控制深井机泵的开关，遥信各控点的开关状态，根据遥测的数据和状态，实现对测控点的遥调功能。遥控命令及执行情况存档备查，具有闭环和开环控制方式。⑤具有自动控制功能。深水机井作为补充水源，当主管网压力不够时，深井机泵自动启动并恒压补充供水。⑥具有选呼功能：令呼，即呼叫各执行终端；选呼，直接呼叫某个子站，进行通讯；屏蔽／开放呼叫功能。⑦具有事故、越限报警功能。⑧安防视频帧信号报警功能。测控点异常下，报警处理，上传视频帧信号到监控中心。⑨参数状态管理功能。状态管理：查询修改各执行端联网／脱网状态，各通道连接／末连接状态；参数设置：设置修改各测量数据的基数和上、下限的数值；校时：修改年、月、日、时、分、秒等，完成系统时间同步；对测得的数据建库，进行全面管理。⑩图表显示功能：能显示测量的各种数据、遥信开关状态、各种系统图形等。

3.2.2 测控子站

（1）水厂蓄水池自控系统。东湾镇水厂、东湾镇中渠村调节蓄水池、吉布库镇水厂、吉布库镇涨坝村调节蓄水池、碧流河乡水厂、古城乡水厂、老奇台镇水厂、三个庄子乡调节蓄水池、五马场乡调节蓄水池、西地镇旱沟村调节蓄水池，上述5座水厂及管网中的5座调节蓄水池主要是调节管网的压力及往下游管网输水。检测的数据主要为：进入蓄水池的累计流量和瞬时流量、水池水位，累计历史曲线及报表，数据异常实行报警。

半截沟镇设备净化水厂：中葛根水库水源进入净水设备后，根据浊度自控控制反冲洗。检测的数据主要为：进入蓄水池的累计流量和瞬时流量、水池水位，累计历史曲线及报表，数据异常实行报警。浊度数据，反冲洗泵电机电流及泵工作状态。

（2）深井机泵变频恒压自控系统。西北湾乡小屯村备份水源井作为重力输水压力不足时的补充水源。检测的数据主要为：机泵电参数（三相电流、三相电压及电量、频率）及运行状态，管网供水时压力、供水流量。

（3）管网监测系统。新建成的吉布库镇、碧流河乡等四乡镇集中安全供水工程，东湾镇、塔塔尔乡等三乡镇集中安全供水工程、老奇台镇、七户乡等五乡镇集中安全供水工程，在供水管网中选择了25个具有代表性的监测点进行监控。时时进行采集和传输管网压力、流量，对数据异常实行报警，调节阀根据管网压力数据调节开启度使管网上的压力分布均匀。检测的数据主要为：管网时时压力、供水累计流量、小时流量，调节阀开启度。

（4）蓄水池安防视频报警系统。在5座水厂及管网中的6座调节蓄水池安装了红外视频监测预警系统，当有人闯入蓄水池区域，自动启动报警系统。当现场出现异常情况时（红外线感应、电子栅栏或门禁），抓拍现场情况，传输到中控室。同时完成与监控中心安防视频帧信号的传输。

测控子站其主要功能是完成上述测控子站监测内容数据的采集，定时通过Internet网络或者GPRS无线数据服务系统把每个水厂、管网、集中监测深井机泵变频恒压供水运行采集的数据传输到监控中心（供水调度SCADA系统）的网络数据服务器上，以便对每个水厂、管网、集中监测深井机泵变频恒压供水运行时时监测。网络数据服务器处理时时监测的数据后向Internet网络发布，监测系统管理人员通过登录网络计算机就可以对农村供水工程的运行状态进行监测和管理，极大地提高了管理的智能化和集中化，在提高管理的同时也节约了管理成本。

3.3 系统的作用

（1）监控中心调度室计算机通过有线宽带（ADSL）／无线信道（GPRS）向测控子站智能数据终端自动时时收集供水管网、蓄水池及取水点、水源深井等生产运行情况，不断积累，为合理调度，优化管网提供基础数据，从而实现降耗的目的，同时对供水设备的控制，实现整体供水调度生产。

（2）监控中心调度室计算机能实时有效地对测控子站智能化终端自动连续监测，及时发现管网运行的异常情况和供水管网、蓄水池及取水点、水源深井等生产运行异常情况；并发出报警显示信号，提高了预测供水设备和供水管网事故的准确性，提高了对事故的快速反应和处理能力，使事故损失和影响降低到最低限度，避免事故的发生，减少损失，提高服务质量，提高供水经济效益和社会效益。

（3）对水厂蓄水池等生产关键部位进行连续视频帧信号自动监控，进行异常情况上传报警，保证供水安全，杜绝事故隐患，提高供水管理水平。

（4）为中心调度室与各监测点之间提供及时准确的通讯服务，使调度员能与各站保持联系传达调度信息，提高管理水平和效益。

（5）促进供水部门的现代化生产和现代化管理，为供水部门供水调度自动化控制和信息化管理创造条件。

4 结语

奇台县农村供水自动化测控系统投入运行以来，实现了对水厂、蓄水池、管网测控点的生产运行情况测控，对深井机泵和水处理设备等控制设备进行自动控制；更重要的是水厂管理员可以通过登录网络计算机手动控制阀门开启度及水泵的启停等；各测控子站现场检测的数据能够通过移动通讯网络直接发送到相关管理人员的移动电话上，通过这种主动的方式实现随时随地撑握供水和设备管网运行情况，实现了对水厂生产和供水管网的统一监控、统一调度供水，提高了供水的稳定性和安全性，保障了供水系统的正常运行和管理，促进了奇台县农村供水管理的现代化的发展。

通过奇台县农村供水自动化测控系统的应用证明，农村供水自动化测控系统不仅在奇台县具有很好的应用前景，而且在其他地区也有很好的推广价值，它将是加强农村水资源统一管理，实现供水管网统一调度，保证供水管网安全，实现农村供水管理现代化的重要手段。陕西水利