平遥西高灌自动化控制系统设计

任学强，闫娟娟

（平遥县水务局，山西 平遥 031100）

1 工程概况

平遥县中都乡西高灌位于平遥古城西，项目区内地下水资源匮乏，农业灌溉主要依靠汾河水和瑞思污水处理厂处理后的城市污水。受地形影响，一级高灌站只能抽取汾河水，通过修建二级提水泵站，抽取瑞思污水处理厂处理后的城市污水用于农业灌溉，可解决项目区1 853 hm2农田的灌溉用水。

工程主要由水源地（一级站）和管理站（二级站）组成。水源为汾河三坝东四支渠自流水，自流入前池后，通过3台机组泵供水到受益区和二级站。3台机组泵配置：1台出水量700 m3/h，扬程10.5 m，2台出水量500 m3/h，扬程10 m。输水管道配置为直径500 mm PVC一条，直径400 mm PVC2条，其中出水量700 m3/h的机组配置直径500 mmPVC管道，输水到二级站。二级站设有沉沙池、前池和机组泵站，一级站的水先输入沉沙池后，通过沉淀过滤自流入前池。前池安装有8台机组泵站，通过机组泵站抽水到灌溉区。8台机组出水量均为100 m3/h，管道均为直径160 mm的PVC管。扬程分别为20 m两台、40 m两台、50 m两台和70 m两台。

工程自动化设计要求实现以下功能：一是监测功能，对一级站来水、一级站机泵运行情况、中水水源的来水、沉沙池及项目区土壤墒情进行监测；二是控制功能，通过计算机网络、电话服务对水泵运行状况、出水量进行控制；三是显示功能，通过LED显示各项功能；四是管理功能，实现水费、电费等经营性、功能性的分析，自动生成表格并能打印出来。

2 工程运行中存在的问题

平遥县中都乡西高灌具有供水量大、水泵机组多、运行成本高的特点。在工程运行中，采用传统的管理模式，存在管理人员多、人员支出大；操作设备数量多，运行故障不能及时发现；人工操作信息沟通慢、反馈不及时，效率不高，直接影响工程效益等诸多问题。

3 自动化控制系统设计

3.1 设计原则

根据平遥县中都乡西高灌节水改造工程自动化控制系统的特点，整个设计遵循以下原则：一是技术先进、操作方便、安全可靠、性价比高、系统开放，操作界面采用简易化设计，所有控制流程全部采用图形化界面和一键通控制，选用设备充分考虑可互换性；二是选用行业内优秀产品，采用标准接口，方便互换；三是设计完善，避免理论与实际脱节，要具有针对性。

3.2 设计原理

考虑到工程现状、地形特点、运行模式、工程造价和经济效益等综合因素，自动化控制系统主要分为水源一级站监控系统、管理站（二级站）监控系统、中心监控系统和视频监控系统四个部分。

根据工程整体布局情况，中心监控系统设在管理站，主要对各个监控系统进行远程数据读取、远程控制设备开关，同时实时显示各供水点的运行情况、供水量、设备的工作状态，在监控显示屏上直观动画显示，方便远程调度与统一管理。

水源一级站监控系统设在一级站，首先通过引入汾河支渠的水源，提高水泵机组输水到二级站，然后通过8台水泵输水到灌溉管网。在管理中心站可对提水机组、蓄水池水位、来水情况进行实时监测与控制。

为保证系统安全运行，管理站安装视摄监控系统，实现全天全方位监控，并将监控数据存入硬盘录像机。视频监控系统带有云台和解码器，1号监控点安装在管理站，采用同轴电缆通讯，2号监控点安装在水源地，采用光纤通讯。

3.3 系统组成部分

3.3.1 数字监控中心

数字监控中心设在管理站，是自动化控制的中枢系统，通过网络与一级站监控系统、二级站监控系统及土壤监测系统实现数据采集与远程调控。数字监控中心由计算机系统、GPRS通讯网络系统、光纤网络通讯系统、硬盘录像机及显示大厅组成。计算机系统由5台电脑、局部网络及Internet网络组成；光纤网络通讯系统主要由光端收发器及光纤网络组成，实现对视频监控信号的采用与图像显示、存储。

监控中心软件采用组态软件，通过组态软件界面，动态图形显示各监测站及机组运行情况，并自动生成实时过程线数据和动态数据库，动态显示机组运行情况及各机组参数、管道输水压力及流量数据和各水池水位及蓄水量数据；统计各机组耗电量与供水量数据及各机组运行时间、工况与故障率信息；分析各机组运行效率信息；实现费用统计与收费管理功能。

3.3.2 视频监控系统

为提高系统运行的安全性，在泵站机房、监控中心、蓄水池等重要场所安装视频监控，实现全天候实时视频监控。共设计6处视频监控点：水源地（一级站）2处视频监控采用光纤通讯方式，管理站（二级站）4处视频监控点。其中5处采用云台控制，1处为定向监控，达到显示、录像和控制的功能。

3.3.3 水源监控系统

水源监控系统主要对一级站3台机组和二级站沉沙池、前池和8台机组的运行状况进行实时监测与控制。主要由PLC可编程控制器、电流电压监测传感器、水泵故障监测传感器、管道压力监测传感器、水泵耗电量监测传感器、水位监测传感器及可触摸控制屏组成。通过监控设备及监测传感器，实现对水泵机组启停控制、运行监测等数据采集与监控，并通过光纤将数据传输到数字监控中心。

系统功能为：全天24 h远程在线监测；一级站3台机组运行参数监测；一级站泵房、沉沙池远程视频监控，采用可旋转红外摄像头对泵机房和前池24 h昼夜监控；二级站8台机组运行参数监测；二级站泵房、管理房、沉沙池视频实时监控，采用可旋转红外摄像头24 h昼夜监控；数据库实时备份；总控室监测信息动态显示；远程监控各水泵启停及电压、电流等参数；支持远程监测各PLC的工作状态；数据分为自动获取和定时获取，可人工修改，也可远程下置修改参数；支持断电续航，防止数据丢失；支持实时、定时及人工数据采集功能；采用多级隔离等措施，减少过流或过压对设备的破坏；采集模块可接多种型号采集设备，方便扩展；总控制室采用图形化界面设计，显示各设备运行情况；根据用电量及供水量计算水泵效率，成本核算；控制设备支持自诊断，发生异常时终止设备运行并自动报警，记录存入数据库；总控制室各图表均支持直接打印；网络支持VPN/Ipsec、数据加密等安全功能；采用高性能的32位嵌入式处理器，可高速处理协议和大量数据；自动进入省电模式；智能型数据终端，上电即可进入数据传输状态。能够接入常用的各式电压型、电流型、电阻型、开关量、数字量、RS232串行或RS485智能数输出的各类传感器、变送器；支持语音通信、数据通信及短信收发功能；系统自动记忆数据，自动定时备份，存储大于30 d的历史数据；系统可实现远程数据下载，远程修改系统参数；故障报警自动记录，自动生成报表。

4 结语

根据工程特点，在管理上组建了西高灌农民用水协会，让农户参与工程管理，自主经营，自负盈亏。在运行中呈现出许多优越性：充分利用中水，实现了水资源再生利用；汾河和中水双水源供水，灌溉保障程度高；自动化控制，运行科学合理；实行协会管理，工程使用效果好。