周晓宏
广东省城乡规划设计研究院有限责任公司 广东广州 510290
摘要：搭建以物联网和5G技术的配网自动化架构解决水生态湿地设备电气巡检困难，实现河湖生态水质治理中设备的智能化调度。
关键词：物联网、配电、自动化、生态湿地
目前湿地生态治理项目普遍位于偏远地区，面临配电距离远、运检难度大、设备调度智能化不高等问题。虽然目前水环境的监测设备系统能够实现对水质的实时监测，但由于现在的水环境监测系统不是非常完善，同时各工程部门彼此之间不能进行明确的分工，再加上水环境治理工程部门责任义务不明确以及电气设备的单一化、简单化，需要人工获取水质检样后人为地启闭，使得在监测范围之内所形成的信息并不科学，从而导致获取检测水质数据后只能进行简单且重复的水质应急处理工作，后续项目运维成本高并且治理效果不明显。在解决十五里河下游湿地项目同样面临的相同问题，提出了电气设备配网自动化架构系统应用。
一：水环境监控的电气智能化
1、操作自动化
整个水环境治理系统的监测和控制过程，如水质数据的采集与处理、曝气机等设备启动闭合及运作模式选择等，都通过预设云的软PLC[1]程序来控制和处理的，来实现水环境治理设备自动化监控，避免传统模式的检测和控制分开操作，大大解放人力和经济成本。
2、反馈自检功能
反馈自检功能包括自动转换、自动故障、状态检验以及下游去水水质反馈自检等。采用设备的仪表能检测到故障的部位，这种自检可以在仪器启动时自动运行，同时实时反馈设备运作状态，这样便于用户对仪器的维护。下游去水水质反馈自检通过监测去水水质是否达到治理设置标准来优先级调控设备运作模式。
3、人机交互功能
与传统设备是手动切换电气开关比较，本发明系统采用两处友好人机交互工能：设备HIM操作面板、监控平台可视化面板。项目管理人员只需要通过面板操作输入运作/闭关指令，就能完成指定的任务。此外由于采用HIM操作面板、可视化面板，项目管理人员能实时观察工作状态、运作情况和水质数据等，这些数据都能通过屏幕直接反馈告诉管理人员，与传统相比更直观、操作方便。
4、远程控制功能
传统大部分水环境设备需要人工现场启闭，本发明在控制平台内设置以基于集成Web GIS 功能的PC端操作平台以及基于安卓(Android) 的移动作业APP移动端。可以很方便随时通过远程控制设备运作，解放了人工到现场的劳动力。
二：设备电气自控
电气自控检测柜根据上传的上游来水及下游去水水质与预设值进行对比，智能调节不同区域曝气机、推流器和喷淋器的运作与停止，改变不同区域的溶解氧环境，改变不同区域的功能，实现水环境治理工程水质达标及运行节能降耗的双重目标。在本工程中设备按片区进行划分，曝气机、推流器和喷淋器按面积及功能进行组合划分，达到多级联控[2]运作。多级联控运作方案由电气自控柜PLC中控接收到水质数据与预设值对比后发出特定指令，同时运作状态上传到监控平台实时监控设备运作状态，每一个设备单元在监控平台控制界面可实现单元设备的远程启停，手/自切换，故障报警；电气自控检测柜内置HMI人机交互界面实时监控设备运作状态，每一个设备单元在HMI人机交互界面可实现单元设备的启停，手/自切换，故障报警，并且优先级高于监控平台。
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本工程采用光纤交互机作为信号采集/发送站点，与传统五类网线相比较光纤传输在流域水环境治理中可实现较长距离控制信号传输并且有效避免控制信号丢失问题。
根据不同水环境治理项目要求以及上游来水、下游去水水质检测数据形成一个可编程的调控治理模式，由PLC中控发出不同设备运作方案指令。
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本工程上下游自动监测设计使用溶解氧和氨氮指标探头，可根据项目水环境治理需求通过PLC可编程中控系统，进行预设检测器参数调节以及运作方案再编程并建模，有较强的广泛适用性。
注：溶解氧和氨氮指标探头【常规五常（温度、 pH、电导率、浊度及溶解氧）CODcr、NH3-N、TN、TP】
三：项目实施方式
本项目在安徽省某水环境治理项目上游布置来水水质自动检测站，通过溶解氧和氨氮指标探头检测取样上游水质，并通过光纤传输到控制管理中心PC端，进行与预设值进行对比，判断湿地设备是否开启，并根据对比值选择运作方案。下游布置去水水质自动检测站，通过溶解氧和氨氮指标探头检测取样下游水质，并通过光纤传输到控制管理中心PC端，进行与预设值进行对比，判断湿地设备是否关闭，并根据对比值选择运作方案。设备运作时间超过一定值后，下游水质反馈指令优先级大于上游反馈指令，达到节能效果。
电气控制柜接收到控制中心通过光纤传输的指令，进行控制设备。单台设备电气开关选择PLC一个I/O口，保证控制的准确性。设备电缆选择YJV22-0.4KV电缆，直埋形式敷设至电气控制柜。由于布置在湿地地区，电气控制柜采用IP55及以上[3]。
电气控制柜可视化人机界面HIM，通过串口与可编程控制器PLC连接，达到和设备通讯目的。HIM首层界面显示该控制柜控制各个设备运作状态，并可手动改变设备启闭运作状态，并设置报警信号。
视频监控系统在项目范围内布置数个监控摄像头，通过4G无线方式实时传输到中控室聚集交换机，储存在云端。中控室控制系统是设置以基于集成Web GIS 功能的PC端操作平台以及基于安卓(Android) 的移动作业APP移动端。PC端接收监测站水质检测数据、电气控制柜反馈的设备运作信号以及视频监控信号并显示在控制界面，实时通讯连接。
结束语：
与现有传统水环境监控系统相比，本工程的新应用十分适用在工程面积大、流经长度大的中大型水环境治理项目的监控应用中。在中大型水环境治理项目中采用本设备自动化监控系统。（1）其上下游水质监测站提供来水水质预测、去水水质反馈治理效果。（2）水环境治理设备的自动化启闭、模式转换以及可编程治理模式有效解决中大型水环境项目因周期长、来水水质周期性变化导致治理效果不明显的问题。（3）可远程操作功能和视频监控系统十分有效解决中大型水环境项目中因面积大、流域长导致人工达到现场困难而无法实时监控的问题。
参考文献：
[1]陈海.一种基于云的软PLC系统架构研究[J].电子技术应用,2021,47(04):97-100+111.
[2]温天福,周祖昊,赵楠芳. 江西水生态文明四级联动建设探析[N]. 人民长江报,2018-01-27(005).
[3]陆宗武.我国湿地公园建设中的供配电规划与设计研究[J].中国科技信息,2009(21):16-17.