陈志灵
（宁夏水投科技股份有限公司，宁夏 银川 750011）
摘 要：在目前的农村安全饮水工程的管理中，普遍存在饮水工程设施运行效率偏低、管理成本过高、人员劳动强度较大的问题。随着信息化和自动化的不断发展，自动化控制系统逐渐应用到农村饮水工程中，有效的提高了供水管理水平，改善了农村安全饮水工程的运行环境。本文主要阐述了农村安全饮水工程内的自动化控制系统的结构及应用。
关键词：农村饮水；饮水安全；自动化；信息化；系统结构；应用
1 农饮工程概述
1.1 工程特点
农村集中饮水工程中，受地理位置及气候的影响，多以地表水作为水源地，采用远距离输水，多级加压分支供水的方式向各村庄供水，形成一条独特的从水源地、水厂、泵站、蓄水池、管网、至入户用水的供水专线。由于农村地理位置比较分散，从而造成农饮工程建设分散，而且各个部分又相距较远，在目前的管理状况下，无法及时、准确、可靠的对各个供水站点进行监测，无法达到安全供水、保障输水、精确配水的要求，从而造成农饮供水过程中的水质不达标、供水不及时、水资源浪费的情况。
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图1 农村饮水专线系统图
1.2 工程现状
现阶段的农村饮水工程中，饮水设施比较落后，以各乡、村分散供水为主，设备老化现象严重，供水量不足，供水及时率难以保证，人工需求量大，且工作效率低。现存的的水利设备不能满足自控需求，具体体现如下：水厂内多以沉淀及过滤为一体的“一体化净水设备”为主要的制水设施。制水工艺流程内的泵和电机无法远程控制、阀门为手动阀，取水及输水管道采用机械式压力表、出厂水没有水质监测设备，造成无法控制水厂制水量、无法实现水厂远程调度、无法满足达标水质等情况；泵站内多采用变频泵，由水管员定期定时启停水泵，无法实现远程控制及与下级蓄水池液位联动供水；蓄水池及管网部分均为手动阀、机械水表、机械式压力表等，存在供水数据无法上传、供水无法远程调度、管道无法及时止漏止损等情况。
2 自控系统结构及功能
2.1 系统结构
农饮工程的自动化系统主要包括网络通讯系统、计算机监控系统、视频监视系统三个部分。其中计算机监控系统包括调度中心、分控中心、水厂监控系统、泵站监控系统、蓄水池监控系统、管网监控系统、入户计量监测系统。各站点通过采集终端收集现场设备的运行情况，通过租用专线、建设光纤、无线4G等方式将数据传输至各监控系统进行处理与分析。根据农饮工程项目规模大小，可设置分控中心及总调中心，实现对整个农饮工程从水源地、水厂、泵站、管网、蓄水池、至入户用水的数据采集与远程调度控制。
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图2 自动化系统结构图
2.2 系统功能
2.2.1三维监控平台
充分利用各站点的液位、压力、流量、开度等传感器和电气开关、电动执行机构、主令指示器等重要设备、以及泵站、蓄水池、水厂制水工艺的物理模型数据，对各站点创建虚拟模型，将实体的真实运行情况反馈在界面上。通过数字化技术，实现站点的可视化、立体化，全方位的反映农村饮水工程运行管理的情况。
2.2.2供水自动化
通过监控平台对液位、压力、流量、运行状态等数据的采集与分析，可实现整条供水管线的自动运行。泵站根据水厂供水需求自动启停泵组；水厂根据供水管网压力及流量自动控制制水工艺的执行；各蓄水池根据液位数据可实现与水厂供水系统的联动控制，根据管网压力及流量自动调节各级进出水阀门的开度。2.2.3视频监视与预警
对各站点重点区域布置视频监控，可实时监视设备运行状态及设施周边环境。设置联动功能，可与人体感应器或者现地开关进行联动控制；设置预警范围，通过智能分析，及时发出预警信息。
2.2.4实时报警
对设备运行状态、蓄水池液位高低限、管网压力高低限、系统故障等实时报警，随时推送给管理人员，进行现场确认与处理。
2.2.5动态分析
将各站点的水质情况、出水流量、蓄水池液位、管网压力数据实时录入系统报表，做数据分析。包括趋势分析，同比及环比分析。根据分析结果，调整人饮工程的运行方案。
2.2.6权限控制
自控系统设置高低权限，根据各级用户发送的控制指令，实现设备的自动开启或关闭。权限等级由低至高依次是现地控制层、站级控制层、分控层、调度层。接受各级用户的控制指令时，如果发生控制冲突，能够判别用户权限高低，执行权限高的用户指令。
3 站点应用
3.1 水厂监控
为实现农饮项目水厂的自动化监控，需将水厂制水设备的阀门更改为电动阀，加药系统及消毒系统内的手动控制箱更换为具备远程接口，可远程控制的箱体，各传感器需更换为可远传设备。使用PLC控制器对各阀、泵远程控制，以及采集取水管压力、清水池液位、出厂水压力及流量等数据。通过计算机监控画面展示水厂运行状态及基础数据，实现水厂制水工艺的全自动化，包括一键启动制水、一键启动反冲、一键启动排泥等功能。
在水厂出水口配置水质监测设备，监测参数为余氯、浊度、PH。根据监测数据控制加药系统投加量以及反冲洗频次。
3.2 泵站监控
通过PLC控制器采集泵站出水口压力、流量，以及水泵的电气运行参数。根据压力数据使用PID调节功能实现泵站的恒压供水；通过采集下级蓄水池的液位数据，可实现泵站液位联动供水；根据当地用水情况，通过PLC控制器实现分时段供水功能。
3.3 蓄水池监控
蓄水池监控系统主要监测蓄水池液位、入水口压力、出水口流量、监控蓄水池进出水管电动阀门，以保障自动、安全供水。由于农村饮水工程的特点，蓄水池多分布在地理位置比较偏僻、没有市电的环境下。因此，蓄水池监控系统采用太阳能供电的方式、GPRS/3G/4G的方案，通过RTU设备采集并传输。
3.4 管网监控
管网监测系统设备控制主要包括分水阀井内电动阀门的自动化控制及远程控制。控制信号接入至采集控制器RTU，并通过GPRS/3G/4G的方式传到控制中心实现远程控制。
4 总结
随着农村饮水工程建设规模的不断扩大，对农村饮水工程的要求也越来越高。传统的农饮工程存在诸多弊端，使得供水控制以及运行管理程序变得非常的复杂和繁琐，各站点管理人员的工作强度也变得越来越高，因此必须采用自动化控制理念运用到农村饮水安全工程中，利用自动化控制系统实现农饮工程的信息化和自动化，降低工作人员的工作强度、提高工作人员的工作效率的同时，能够有效的提高供水管理的水平及水资源管理的准确性及科学性。
参考文献：
[ 1 ] 李代鑫，杨广欣. 我国农村饮水安全问题及对策[J]，中国农村水利水电，2006（5）：4~7。
[ 2] 林敬樟. 小型农村饮水安全工程与自动化控制[J]，科技传播，2016（4）：96。
[ 3] 何书明. 农村饮水安全工程施工的难点及管理措施[J]，现代经济信息，2009（17）：12。
作者简介：陈志灵（1969-），男,本科，高级工程师，主要从事水利工程建设与研究工作。