农村饮水安全工程中自动化系统设计

摘要：农村饮水安全工程是惠及陇原儿女的民生工程和社会效益突出的公益事业。目前各地农村水厂自动化程度存在显著差异。文章以平凉市静宁县某水厂自动化系统的设计和施工为例，探讨自动化系统设计的标准形式，为类似工程的自动化设计和施工提供相应参考。

关键词：自动化系统；标准化；典型设计；现代化管理

1工程概况

平凉市静宁县西部脱贫攻坚农村饮水安全巩固提升工程项目区先后建成了七个人饮工程，但是由于工农业生产不断发展和人民生活水平不断提高，用水量不断增大，加之静宁县西北部水资源匮乏，干旱少雨，大口井出水量明显不足，工程部分输水管道老化、破损严重，常出现限时供水或连续多日供不上水的情况[1]。2017年相关部门规划在该地区实施新工程，可以解决7514户32563人农村人口饮水不稳定问题。该工程的实施将传统、落后的散供水水源统筹利用，能更进一步的提高水厂供水保证率。根据实际情况和工艺要求，自动化系统分别在一级泵站、二级泵站和高位水池三个区域设置站点，并在管理所办公楼控制中心集中控制和监测三个区域的设备运行状态。

2设计方案

主站设置在二级泵站，下设一级泵站和高位水池两个分站，整个系统对一级泵站、二级泵站、蓄水池水位、泵站供水流量进行实时监控，主站双CPU双电源冗余，各站I/O卡件预留30%。因各站距离较远，加上丘陵地区地形复杂，敷设光纤难度较大，各站之间通过无线通讯的方式实现相互的数据传输。系统上位机为工业控制计算机，配套windows操作系统及组态王编程软件。下位机为西门子s7-300PLC的软、硬件系统。上位机停机不影响下位机正常工作。主站PLC及工控机电源取自市电，不间断电源UPS将市电稳压后供给用电设备，同时给蓄电池组进行充电。当停电发生时，UPS断开市电回路，继续给用电设备供电，蓄电池组供放电时间不小于30min。分站系统供电设备选用太阳能蓄电池，太阳能板选用单晶型式，功率50W，太阳能蓄电池选用12V/63Ah。水泵控制柜和电动阀控制柜具有手动/自动转换功能，正常情况下控制柜的选择开关都打在自动位置，水泵的启停和电动阀门的开关由内部程序进行选择。当高位水池水位到达设定的上（下）限水位时，水泵出口电动阀自动关闭（开启），水泵自动停止（启动）。自动控制系统根据水位下降的速度控制水泵运行的速度，当其中一台水泵出现故障时，自动切换到备用的一台泵组运行。

3系统结构

目前水利工程自动化系统大都采用二层或三层分布式系统结构，第一层为现地测量控制层(现地单元层)，第二层为集中监控层(主控单元层)，第三层为生产调度管理层(管理单元层)[2，8]。现场传感器测量电压、电流、液位、流量等信号并传送到数据采集模块，各分站将采集到的信号数据通过GPRS无线网络送到PLC主站，PLC主站与工控机通过以太网相连接，最终将现场数据传送到人机界面，从而实现了对现场情况的监控。

4设计标准化的意义

农村饮水安全工程自动化设计还没有相应的标准和规范，但典型设计可以起到一个标准性的作用，可以较为普遍地应用。如系统由主站和若干个分站组成，主站由哪几个模块组成，分站由哪几个模块组成，每个模块都包括确定的硬件配置和参数设置，不同规模的工程只是分站设置的数量不同而已。随着电子技术的不断发展，微处理器的运算速度也成指数级的速度提高，各种电子设备不断更新换代。农村饮水安全工程自2003年开始在全国各地实施，至今已经经历了十五年的发展，控制系统的技术革新导致其不同阶段具有不同的控制方式。九十年代建造的一些水厂，并无集中控制功能，对机泵的操作都在控制箱上进行，而且现场的液位、流量等数据需要工作人员到现场抄录。到了二十一前十年，水厂的自动化系统已经能够实现集中控制功能，操作台可以对现场设备进行远程操作，并且有数码显示屏显示现场的模拟量数据。这种控制方式采用继电器的控制方式，开关按钮容易损坏，自动化程度不高。近十多年水厂自动化系统已经发展到以工控机显示器或触摸屏作为人机界面，无人值守、少人值守、自动运行的程度[6]。自动化系统未来的发展趋势是一体化、信息化。在农村饮水安全工程中，不同区域、不同功能的泵站、水厂，经过通讯网络，有机的结合成一个整体，由调度中心集中进行管理[3,5]。调度中心数据库接入无线公网并进行加密，上级部门或管理人员可直接通过随身携带的手机软件，输入密钥后查询到数据库的相关数据信息，从而实现随时随地了解整个系统运行情况的目的。农村饮水安全巩固提升工程将原有的不同形式的控制系统重新整合起来，规模的扩大和自动化程度的提高直接降低了水厂的运行成本，减少了人员配置，同时标准化的设计起到规范作用以供参考，从而使自动化设计具有整体性，人员培训和系统管理工作也更加容易。

5结束语

农村饮水安全工程自动化设计应在保证可靠性、安全稳定性、实时性和实用性的前提下，在结构和形式上充分考虑设计的标准化，在系统硬件及软件上充分考虑系统的开放性。具体设计方案要根据水厂管理人员的需求，并考虑生产厂家的建议，最终确定[4]。自动化设计水平直接影响后续的管理和维护工作，整个自动化系统的设计、施工、管理、维护，必须建立相配套的、科学的、实用的标准规范和制度体系，以实现对水厂现代化管理的目标。与此同时，随着云计算等高新技术的引入，将信息资源整合、业务流程优化等业务统一到了同一个平台上，为用户提供智能化的接口，从而减少了大量的服务器、网络设备、UPS电源等硬件资源，节约投资成本，提高管理效率[7]。

参考文献：

[1]甘肃省水利厅,甘肃省农村饮水安全工程“十二五”规划报告[S].

[2]黄祚继,黄忠赤,马浩.水利工程自动化现状与适应技术分析研究[J].水利建设与管理,2012,32(10):53-55.

[3]刘辉.水利水电工程勘测设计行业信息化发展思考[J].水利规划与设计,2017(1):78-81.

[4]赵勇.试论泵站电气自动化的设计思路[J].陕西水利,2011(2):47-48.

作者：苏焘 单位：平凉市水利水电勘测设计院