山地城市多池系供水联动控制系统研究

周光明

摘要：山地城市供水由于受到地理因素的制约，与平原城市有很大不同。文章针对山地城市多个调节池系统的安全、可靠供水，研发了一套多池系供水联动控制系统，并详细阐述了该系统的构成及特点。

关键词：山地城市；多池系；联动控制

1.山地城市供水特点

山地供水因受地形限制，依据地形划分为不同供水区域，各区域设计有调节水池调节日夜供水输差，实现节能降耗，保障供水安全。然而随着经济飞速发展，供水区域不断扩大，一些原本各自独立的供水区域交合，供水管道连通，但原有的调节水池依然发挥着对各自区域的调节和保障作用。由于各池系标高不同，但供水水源相同，如何保障各池系供水安全、保障水质安全、如何协调控制成为山地城市独有的新型供水控制需求。图1是一个多池系供水系统示意图。图中A区管网多余水量会从联络管流入B区管网，如果A区域处于用水低谷，则多余水量进入B池。由Y-A池标高高于B池，采用传统单一改变机泵运行数量调节方式，A池则很难进水，这样A区水压难以保障。同时由于A池空池时间长，A池容易产生藻类等二次污染。虽然联络管网将AB两区联合，由于联络管网水头损失和水阻，AB两区水压呈现各自不同，但又存在关联性。文章提出一种多池系供水联动控制系统，根据山地城市多年供水经验以及自动控制技术、无线通信技术、现代无线遥测遥控技术、控制系统安全技术研制开发，用于同系统多池系协调运行，提高供水水质，改善各池系供水平衡。

2.技术方案

多池系供水联动控制系统包括机泵调度中心、管网监测、1-N#调节池、PLC控制器和1-N#加压站机泵控制器。机泵调度中心通过无线网络及管网遥测与管网监测仪联接，远程监视管网压力；管网监测仪包括压力监测仪、流量监测仪和水质监测仪；机泵调度中心通过无线网络与1#-N#调节池PLC控制器联接，检测调节池工况，并根据检测及时调整控制参数和控制策略；机泵调度中心通过有线或无线网络与L#--N#加压站机泵控制器联接，控制机泵开停；每个调节池PLC控制器都通过控制线联接各池的检测仪表、水位计、进水阀以及安全报警装置。

多池系并联控制系统结构为3层。顶层为机泵调度中心层，该层远程监视管网压力和各调节池工况，并根据检测及时调整控制参数和控制策略；第二层为控制层，调节池控制保护逻辑、机泵启停控制均由相应控制PLC根据调度中心控制参数设置或操作指令控制机泵开停以及阀门调节；第三层为仪表检测层和设备执行层，进行控制系统底层信号检测和电机启停、阀门开关。与传统单调节池控制系统相比，调节池增加控制层设备PLC，使控制智能化，并提高可靠性。

现有的多池系控制系统中，采用智能阀作为调节池进水阀，通过调节各池体进水阀，能很好地解决多池系平衡供水问题。由于调节池通常距离泵站距离较远，一般采用无线通信将水位检测发送至泵站，而无线传输主要问题是传输不稳定，可能存在较长时间通讯中断，这些较长时间通讯中断在常规控制系统中极有可能会导致生产事故；另外由于地处偏远，供电不稳定也给控制带来许多不安全因素，甚至损害控制设备。因此，多池系供水联动控制系的主要技术就是如何克服无线通信固有的通讯中断问题、电源稳定性问题，以确保调节池进水阀门控制可靠性，并通过协调调节池进水阀门控制方式、调整控制逻辑以实现管网关联运行。另外由于多池系中，不同调节池进水情况不同，而调节池又位于管网末梢，调节池空池时间过长或水体滞留时间过长，都容易滋生藻类，为维持池体消毒环境和防止水体二次污染，多池系控制系统中另一主要技术是增加对调节池出水水质监测和报警，并通过控制协调多池体进水周期减少水体滞留和空池时间，保障供水水质。

3.方案实现

3.1电源安全控制装置

针对电源稳定性问题，该系统设置了电源安全控制装置。采用市电或发电机，经过UPS分别连接AC/Dc和检测仪表，经AC/DC转换后又分别连接PLC控制器、DTU和后备电池。PLC控制器控制发电机定时发电，同时连接延时通电保护回路进行电源监视。控制系统增加了后备电池，确保外部电源故障时短时间内通讯畅通，及时发送相关报警和监视信息。电源监视和外部电源掉电报警为系统提供及时电力供电事故报警，提高控制中心应急预处理能力。通电延时回路及隔离电源能有效减少电源不稳定时对PLC和仪表的冲击。

3.2通讯管理单元

为避免无线传输中断的情况，在PLC控制器中增加采集数据缓冲池、就地设备保护模块和趋势分析控制模块。外部无线网络通常信道质量无法很好保障，只能通过加强与无线网络通信商合作，提高信道质量，减少通讯事故时信息丢失。具体措施有：增加采集数据缓冲池。当通讯正常时，数据不作缓冲。通讯中断时，采集数据进入缓冲池缓存。通讯恢复时，在实时数据收发同时，陆续将缓冲池里的历史采集数据传送至控制中心；增加就地设备保护，提高通讯中断时系统安全可靠性。当通讯中断时，也能实现简单的保护控制逻辑，防止通讯中断期间发生生产事故；增加趋势分析控制。控制中心根据当前控制参数变化趋势，并结合历史数据库，定时刷NPLC趋势控制目标以及安全保护限值。当通讯中断时，PLC检测判断工艺参数是否到达趋势控制目标，当到达控制目标后，则按安全保护限值控制设备，确保控制连续性和安全稳定性。

3.3多措施提高系统稳定性

由于调节池位于管网末梢制高点，而且交通不方便，因此，系统仪表应选择维护周期长或免维护仪表。调节池地理位置较高，容易发生雷击事件。该系统电源及信号防雷能够提高系统安全性。在控制中心增加并结合管网检测数据形成立體控制，降低单点检测故障对系统控制产生的影响，提高系统稳定性。仪表变化通常呈现连续均匀变化，因此在调节池和控制中心对仪表采集数据作样值分析、滤波处理以及历史同期趋势对比，再用于控制可以提高系统可靠性，并提供异常报警。

4.结语

文章针对山地城市供水特点，研发出一套多池系供水联动控制系统。经现场实际运用，该系统达到了预期目标，可用于同系统多池系协调运行，提高供水水质，改善各池系供水平衡，通过对调节水池出水水质监测，并结合联动控制与报警监视，增强了对供水水质的安全保障。