计算机自动化控制在城市应急供水工程中的应用

　　摘 要:文章详细介绍了烟台市城市供水应急工程自动化控制系统的设计思想、工作原理、功能结构及运行特点。系统建成后，经实际投入运营证明，本计算机自动化控制系统不仅保证了工程水体置换及供水的可靠性，而且实现了高效节能的生产目的。

　　关键词：计算机;自动化控制;应急工程;应用

　　Abstract: This paper introduces design idea, working principle, function structure and operation characteristics of the automation control system for urban water supply emergency engineering of Yantai city. After the completion of the system, it proves through the practical operation that the computer automatic control system not only ensures the reliability of the engineering water displacement and supply, and realizes the production purpose of high efficiency and energy saving.

　　Key words: computer; automation control; emergency projects; application

　　中图分类号：TV674 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2012)

　　1 引言

　　门楼水库为烟台市区重要的供水水源地。烟台市将对门楼水库除险加固工程施工，门楼水库可供水量将大为减少，施工期16个月烟台市城市供水形势十分严峻。

　　门楼水库除险加固工程建设的同时，同步实施烟台市城市供水应急工程，对永福园地下水库下游库区进行水体置换，一方面可以切实解决因水库施工放水造成的城市供水不足问题，为施工期间城市供水提供充足的替代水源，确保城市供水安全;另一方面也为保障城市长远发展用水需求奠定良好的基础，同时通过水体置换，抽咸补淡，改善并逐步恢复该区域的生态环境。

　　本工程规划对永福园地下水库下游库区即大沙埠橡胶坝以下河段5.7Km2范围内布设抽水井进行水体置换。该区域地下水中CI-含量大都在200—250mg/l以上，靠近坝轴线处局部大于500 mg/l，超过饮用水卫生标准。其外围17.75Km2的范的围内CI-含量多120—180mg/l。本次确定大沙埠橡胶坝以下河段5.7Km2置换区水体置换目标为地下水中CI-含量小于150mg/l，达到地下水Ⅱ类水标准，如果置换时间和条件许可尽可能的把区内地下水CI-含量降为100mg/l以下。水体置换采取在地下水库下游库区，沿内、外夹河及河间地块新打水体置换井抽水，然后回灌补源的方案。排水主干管沿各置换井附近布设，管径为DN200—DN600，在截渗坝下游200m处修建挡水围堰，将抽出的苦咸水送至围堰以下顺河道自流入海。

　　本工程共新打置换抽水井30眼，置换抽水井具有置换抽水和供水的双重功能，在水体置换期间，起抽水置换的作用;水体置换完成后，向自来水公司供水期间，起供水作用。每眼井内布置1台200QJQ80-60/4型潜水泵、1台FFM62型电磁流量计、1台MPM489型压力变送器，置换抽水井抽水能力为5万m3/d;另外为监测供水区域的水位，在30眼抽水置换井周围布设15观测井，观测井内布设1台MPM489W型投入式液位计，实时监测供水区域的地下水位，进而控制对地下水的开采。

　　本文以烟台市城市供水应急工程的计算机自动化控制系统为例，简述了计算机自动化控制的系统设计，系统的结构及功能;分析了以计算机作为控制监测主机，工业以太环网交换机作为数据交换通道，远程智能管控器作为现场控制，进行数据采集设计的遥控、遥测系统的特点。同时对系统建成后的运行效益进行了分析。

　　2 计算机自动化控制系统的设计

　　2.1 设计思想

　　采用新材料、新技术和新工艺，实现烟台市城市供水应急工程水体置换及供水的自动化管理。设计采用PLC+计算机方式，对30台潜水泵通过智能管控器进行集中远程监控;采用PLC与变频技术相结合，对潜水泵实行变频恒压控制。

　　2.2 系统的结构及功能

　　2.2.1 系统的结构

　　烟台市城市供水应急工程计算机自动化控制系统共分为三个系统[1]：中控室系统、现场测控系统、智能仪表和设备系统。中控室设置在生产办公室内，现场测控系统、智能仪表和设备系统分别设置在30个置换抽水井井室内。

　　(1)中控室系统 。中控室系统配有1台工控机、1台工业以太环网交换机、1套打印机系统及组态软件等，形成一套综合的数据业务平台。主要实现与现场测控系统的数据传送和通讯，可对应急供水系统中的30台潜水泵的运行情况进行查询分析，及时掌握潜水泵的各项技术指标，并根据实际需要自动调节进行控制。

　　(2)现场测控系统。烟台市城市供水应急工程共有30眼抽水置换井，分布比较分散，故在每眼抽水置换井均设置一个现场测控系统。根据要求，自动控制潜水泵的启停，监测设备的运行状态，采集和传输流量、压力、配电电流、电压、故障等数据。

　　(3)智能仪表和设备系统。智能仪表和设备主要包括电磁流量计、压力变送器和投入式液位计等，仪表和设备布置在30眼抽水置换井井室内，监测潜水泵的流量、压力及置换井周围的水位等，并通过智能管控器将数据采集到现场测控系统[2]。系统图见图1。

　　图1 系统原理图

　　2.2.2 系统的功能

　　本次应急供水工程的远程监控系统是基于工业以太环网交换机和光纤通信网络的专业监控系统，实现大规模的远程监控，通过多线程的完全并发通信，采用高性能的服务器以及远程测控终端，实现远距离遥测、遥信、遥控、遥调的需要，可以在几秒钟时间内获取各个子站的各种数据，并完成遥控、遥调功能，同时具有许多系统无法比拟的实时响应速度以及接近于零故障和零维护的高可靠性。

　　(1)数据采集功能

　　1)定时采集数据：中控室可定时向所有现场测控单元发出监测命令，实现对抽水置换井的定时数据监测，水泵的电压、电流、压力、流量、水位观测井内的水位等。

　　2)按需采集数据：中控室可在任何时刻请求召唤一眼或多眼抽水置换井的数据，并修改抽水置换井终端的通讯参数及报警限值等。

　　(2)数据处理功能：中控室对采集到的各种数据，按照其不同类型、名称、属性、时序进行分类，建立数据库。对采集到的各种数据，按要求以不同的形式进行显示。如数据、画面、表格、曲线等，并可用颜色和符号表明数据的性质。

　　(3)人机界面：在显示屏上显示细腻的图像和逼真的动画，能够生成各采集数据的时间曲线，根据需要生成各类报表，定时或者随机打印，进行历史数据的综合查询及实时数据的显示，故障发生时，可自动推出报警画面，显示故障点和故障状态，并按报警等级做出相应的反应。

　　(4)防盗报警功能：由于30眼抽水置换井布置较分散，各井现场控制站配套安装防盗报警装置，当有人进入井室时，现场发出警报声响，并立即将报警信息发回中控室，进而可以远程快速布防。

　　(5)软件功能：具有强大的数据库支持和存储能力，系统支持SQL Server和其他可以通过ODBC接口进行访问的数据库系统，其中对于Sybase数据库服务器，可以选用UNIX或Windows Xp操作系统。客户端可以使用哦Open Client和ODBC两种接口。

　　(6)系统的其他功能：中控室设有一台远程GPRS数据接入服务器接受已建34眼观测井内的液位计的液位信号，完成了新建自动化控制系统与已建自动水位观测井液位的衔接。34眼观测井的液位采用锂电池式无线浮子液位计通过GPRS模块传送到中控室的工况机上。观测井监控原理见图2。

　　图2 观测井监控原理图

　　2.2.3 计算机自动化控制系统的特点

　　(1)管理方便

　　在工控机上可以显示每台水泵的运行参数，当水泵发生故障时报警画面自动弹出，具有专家报表功能。

　　(2)功能齐全：具有手动/自动功能

　　手动：在工控机上可以手动启动每一台水泵的运行与停止，也可以设定水泵的出水流量。

　　自动：可以根据中控室的调度流量启动水泵的运行台数，调节水泵的出水流量，使系统按照调度流量自动运行。

　　(3)稳定可靠

　　智能管控器以西门子作为核心元件，以太网交换机和光线作为系统的通讯工具和介质具有抗干扰能力强的优势，传输速度快，运行稳定;并且30个现场控制站形成环网，任意一个管控器掉线或损坏以及光线断裂，数据也可以通过另一段进行通讯，不会影响系统工作。

　　(4)保护齐全

　　系统具有过滤、漏电、短路、缺相、水井水位过低等保护功能，我们将水泵的出水流量作为参考保护点，如水泵运转频率达到50Hz，流量为0，此时观察水泵其他故障点若没动作，即水明水井也为过低。此时水泵自动停止运行、同时报警。

　　(5)自动网络管理

　　本自动控制系统通讯采用工业以太网，在日常运行中可能发生光纤跳线松动接触不良、光纤断掉等故障，若人工检查判断故障点将是一个很大的工作量，因此具有智能网管具有很大的优势。本工程的自动网络管理功能，不管是交换机的跳线脱落还是交换机故障，中控室的工控机均会显示相应的水源井的位置，同时报警。

　　3 系统的实施及运行情况

　　本系统自安装调试成功，投入运行以来，工作正常，性能稳定，在一定程度产生了明显的经济效益和社会效益。

　　(1)经济效益

　　本工程计算机自动化控制系统的投入运行，不仅圆满完成了地下水库水体置换的目标，而且达到了向城市供水的任务，降低了生产成本，节省了劳动力，为单位创造了巨大的经济效益。自2010年4月20日开始置换抽水运行，截至2010年10月30日，30眼置换抽水井共运行9.7万台时，抽水量870万m3。抽水置换运行初期，置换区内30眼井中有13眼氯离子含量超饮用水标准(250 mg/l)，置换区氯离子含量初始平均值为252.3 mg/l，通过置换运行，置换区地下水中氯离子含量下降明显，总体呈波动下降趋势， 30眼井氯离子含量平均降低113.4mg/l，其中18眼井降幅超过100 mg/l，最大井降幅为282.8 mg/l，置换区氯离子含量现状平均值为138.9mg/l， 30眼井氯离子含量平均值达到置换目标(低于150 mg/l)，达到生活饮用水水源卫生标准。永福园地下水库水体置换与补源工程按设计要求已全部完成，门楼水库16个月施工期间，烟台市城市供水应急工程累计向自来水公司供水2435万m3，产生了较大的经济效益，总水资源费为1948万元。

　　(2)社会效益

　　烟台市城市供水应急工程计算机自动化控制系统的建成投运，首先满足在门楼水库施工期间城市居民的用水需求，缓解了供需水矛盾，对维护社会稳定和加快人水和谐的节水型社会建设起了极大的推动作用。其次，通过抽咸补淡，改善并逐步恢复该区域的生态环境，满足城市供水水质要求，作为烟台市战略储备水源地。为烟台市区今后的社会持续快速发展，提供了水源保障。

　　参考文献

　　[1] 王德毓，甘金颖，供水系统计算机监控设计[J]，辽宁工程技术大学学报2005，24(6)：884～886

　　[2] 颜翠英，秦肖榛，应用现场总线技术设计远程供水系统[J]，河北工业科技2003，20(4)：52～54