远程自动控制技术在大规模长距离农村供水工程中的应用

贾彩虹

（襄汾县水利局，山西 襄汾 041500）

“十二五”期间襄汾县建成了一大批供水规模大、输水距离长、供水范围广、覆盖人口多的集中、联村供水工程。这些工程的建成极大地改善了县农民生活用水条件，形成了以集中供水为主、单村供水为辅的农村供水格局，为了保障工程的可持续利用，加强工程管理，把自动控制技术应用到规模大、输水距离长的集中供水工程中，以提高供水保障率、水质达标率。以晋襄集中供水工程为例，该工程是一个跨乡镇供水工程、供水人口多、输水管线长、涉及村庄多，按照高水高用、低水低用的原则，调蓄水池、水源井建设分散，管道互相连通用水互为补充。

1 工程概况

为高效利用地下优质水源，保障农村供水安全，提高供水保障率，2008年规划实施了晋襄集中跨乡镇供水工程、南贾集中、利民集中等一大批集中、联村供水工程，这些工程充分利用姑射山脉优质地下水源和地理位置高的“水塔”作用，实现客水资源西水东输。工程自南辛店乡西梁村西吕梁山脚下洪积扇区和襄陵镇姑射山脚下打井取水，提水至高位蓄水池，经过中间的两个调压池，辐射两个乡镇50个自然村，涉及21 318户，74 610口人。同时可作为县城区域供水的后备应急水源，为构建县域空间发展布局、调整当地产业结构和建设社会主义新农村奠定了基础。

晋襄集中供水工程分两期实施，一期供水工程打井3眼，配套水泵3台（套），500 m3蓄水池2座，铺设输水主管道12.6 km，建用水村分水控制房16座，供水范围24个自然村，涉及人口33 637，覆盖面积62.3 km2，水源井位于西梁村西吕梁山脚下，水源井与蓄水池距离3 000 m，从蓄水池铺设输水主管道12.6 km至调压蓄水池，沿途分水至16个用水村分水控制房，再配水至用水户。二期供水工程打井2眼，建蓄水池3座，铺设输水主管道8.21 km，建分水控制房26座，供水范围26个自然村，涉及人口40 973，覆盖面积58.8 km2，水源井位于襄陵镇境内的姑射山脚下，铺设输水主管道8.21 km。整个工程建中心管理站1处，位于南辛店乡政府所在地，属该工程覆盖范围的中心位置，5处水源井、5座蓄水池、42座分水控制房，离中心站的平均直线距离约18 km。

2 自动控制系统建设的必要性

晋襄集中供水取水点分散且位于偏远山区，与蓄水池提水距离远，供水覆盖面积大、输水管线长、分支管线达40条，用水点控制数据统计频繁，如果按照传统农村供水工程管理，每个用水村、每条支管线、水源井水泵、蓄水池水量、主管线都需要安排专人巡查、抄表、开启水泵和阀门、进村入户收费等工作，按每个村2名村级管理人员计算，主管道按5 km配备1名管路巡查员、设备检修员需4名，水源地、蓄水池、中心站均需不同人数的报表、统计、司泵等岗位共需约120名各类管理人员。按照每月或每季度抄表收取水费，最快也要5～10 d完成一次收费任务，耗时长、精确度低、所收回数据无法进行有效汇总、统计，没有准确的时间节点做支撑。利用自动化远程控制智能技术，可以达到节约人力，减少误差，提高效率，精准操作，科学分析汇总，实时画面监控，及时故障处理的要求，因此建设晋襄集中供水工程自动化控制技术，对科学高效管理供水工程具有重要作用。

3 自动化控制技术的组成、功能及应用

3.1 自动化控制技术的组成

晋襄供水工程自动化控制技术从整体结构上主要由监控中心软件技术、水源地机泵电力控制技术、

蓄水池水位控制技术、管网压力监测技术和用水村闸阀流量流速控制技术组成。每个子技术又由控制器、被控对象、执行技术和变送器四个环节组成，各自完成所需功能，相互之间合理配合和联系，最终通过（GPRS）无线远程数据传输，传回监控中心汇总并显示，如图1所示。

图1 农村饮水工程自动化管理系统

3.2 自动化控制技术的主要功能

3.2.1 远程调度功能

自动化控制技术的使用可以对相关设备设施的运行工况通过控制技术模块（西门子6ES7212型号的PLC智能控制器）从电脑显示屏上进行操控，设备的运行状态不再需要工作人员的随时现场巡视。

3.2.2 故障预警功能

通过数控压力表数据远程传输，低于或高于所设限值时，给出预警信号。根据显示屏上提示位置，工作人员可第一时间赴现场进行处置。

3.2.3 数据统计分析功能

通过数据统计分析技术，可以对水泵开机时数、用电量、出水量、供水效率、水费等参数进行分析高峰低谷用水量变化情况，管网漏损率，水费回收率等，为科学决策管理提供第一手资料。

3.2.4 权限设置功能

监控中心站根据管理需要可设置三级权限，分为集中管理级（最高权限）、监控调度级即远程调度，现场控制级即现场手动控制三个层次，可满足不同管理层需要。

3.3 自动化控制技术在供水管理中的应用

如何实现供水自动化精准控制是自动化控制技术的核心，在应用中必须遵循稳定、安全可扩展、可兼容、易维护、操作便捷、数据准确率高的原则。一般农村供水工程工作流程为从水源井提水至高位蓄水池，由蓄水池铺设输水主支管道至各用水村，在用水村口建分水控制室，房内安装计量远传水表、电动闸阀、远传压力表等，通过配水管网送水入户。

3.3.1 自动上水装置的应用

水源地水泵与高位蓄水池水位联动控制，在蓄水池内侧壁安装投入式液位传感器XYX－DC26，距离水池底部3～5 cm，固定牢靠，并设定高限水位（一般为3 m），由信号线与采集控制器相连，通过GPRS网络接入监控管理中心。在水井出水口处安装一块远传水表，控制模块实时采集脉冲计算流量，井泵房内安装启动柜、智能控制器PLC、采集控制设备，将信号线与控制线接入采集设备组通过GPRS网络接入监控管理中心。设为自动控制时，管理中心站总控制技术采集水池水位，当水位低于设定值时，技术自动检测水泵状态（电流、电压、水井水位），当具备启动条件时，技术自动控制水泵启动，同时技术把电流、电压、出水量、蓄水池水位自动传回总控制室。水源井远程控制自动化技术流程如图2所示。

3.3.2 用水村闸阀自动开关的应用

在供水管网干管上安装压力传感器，用以监测管网输水时动态和静态管网压力值。安装远传计量水表，用以测量用水村用水数量。安装可调节电动闸阀，通过总控制中心计算机给安装在用水村分水控制室内的智能控制器预置水量，并实时采集远传水表的脉冲信号，当预置水量不足时，控制器发出指令关闭电动闸阀以切断该管线用水村的用水，待用户续交水费后电动闸阀打开供水。

图2 水源井远程控制自动化技术

3.3.3 自动报警、数据统计等辅助功能的应用

监控中心监控软件采用北京三维力控PCAuto组态软件开发，监控软件通过无线GPRS网络与水源地技术、蓄水池水位技术、用水村远程控制技术实行远程通讯，采集传输各控制点的设备参数，集中监视、防盗报警，自动生成报表及历史数据查询等各类辅助功能。如：可以查询某一村一年用水量、高峰期用水量在几月份，计算人均用水量，分析取水量与用水量的比值，提高用水率等。

4 自动化控制技术使用效果

自动化控制技术为晋襄集中供水工程的正常管理、运行发挥了巨大作用，实现了参数自动采集、水井设备自动运行、远程控制；能适时进行故障的分析、处理和报警提示，保障了供水安全；能满足远程调度、自动上水、自动输水、分年分季数据报表等相关功能，实现了减员增效的目的。

5 自动化控制技术存在的问题及建议

5.1 维修费用高

供水自动化控制技术是在工程建设初期由专业公司设计、安装、培训的，工程建成后由供水站运行管理，该技术质保期为1年，超过质保期维修、维护需付相应费用，质保期短，维护费用高，导致某些供水站自动化技术处于半瘫痪状态，科学技术先进设备不能高效率利用。建议国家加大水利信息化建设，电子设备实行终身维护保养，需更换模块时再适当收取相应费用。

5.2 软件技术更新滞后

监控中心站技术软件除可实现基本的功能要求外，不能根据不同档次、不同规模、不同环境的供水工程，适应不同的需求，及时更新扩展，以达到符合该供水工程实际需求的功能。

5.3 管理队伍素质急待加强

自动化技术及设备对操作者的专业技术能力要求较高，基层运行管理人员缺乏必要的技术知识，不能熟练掌握相关技术，从而影响设备的日常维修、保养，导致部分仪表精度降低，设备故障率高，如有3眼水源井地处雷电高发区的山区，所以夏季管理人员要定期检查避雷器的接地装置，否则有可能损坏前端高精密的电子设备，导致维修费用过高。因此在实现自动化的过程中，人才培养，素质提高是关键因素。

6 结语

自动化控制技术在大规模大范围长距离农村集中供水工程中的应用，降低了管理人员的劳动强度，提高了管理效率和水的利用率，使工程运行管理更加便捷化、科学化，保障了供水安全。通过近几年的运行，为使自动化技术在供水工程管理运行中广泛应用，建议提高自动化的精度和稳定性，增强人性化操作，引进人才培养机制，使集中供水工程发挥的效益最大化。