山地城市多级无人值守供水系统

山地城市多级无人值守供水系统

王陵

（重庆远通电子技术开发有限公司，重庆400000）

摘要：该无人值守系统是在原有人值守加压泵站的基础之上，基于通信网络、自动化等现代化技术，对该加压站为核心的供水系统进行了无人值守改造。改造后的系统在无人操作的情况下，水厂，加压站，高位池三个组成部分之间实现了联动控制。相较于人工控制，该系统的供水机制也更加及时。原加压站工作人员已撤离，为城市供水系统生产节约了人力成本。经过长期的运行结果，该系统具有可靠性高，稳定性好以及推广易的特点。

关键词：山地城市；自动化；无人值守；多级供水

1系统的组成

该系统由四部分组成，即数据中心、水厂中心控制室、加压站无人值守系统、高位池监控系统，

数据中心即数据交换中心，即为其他三部分提供数据交换。所有数据都要经过数据中心处理后才能发送或者被读取。水厂中心控制室可以读取数据中心的数据，包括高位水池水位和加压站无人值守系统的运行参数。并通过数据中心向无人值守系统发送命令。

水厂中心控制室由专人通过人机界面和视频监控系统对加压站和高位池进行监控。中心控制室的工作人员在供水系统正常运行情况下无需对系统进行操作，只需要定时的对视频、水位，水质情况进行巡查即可。一旦有报警反馈到中心控制室，再由工作人员判断处理，为系统安全运行的最后一道保护屏障]。

加压站无人值守系统是整个系统的执行机构，通过控制进水阀的开度，将管网中的水储存到加压站的清水池中；通过增减送水机组，将清水池的水输送到地势较高的高位池中。高位池水位信息，清水池的水位信息以及水质情况，都需要汇集到加压站PLC控制器中，由PLC程序判断启停水泵，开闭阀门，发送实时的运行情况和报警信息到水厂中心控制室。视频监控系统和电子围栏报警系统也是加压站无人值守系统的重要组成部分，防止非工作人员非法进入生产区。水厂中心控制室工作人员还可以通过远程喊话系统驱散无关人员。

高位池是为用户供水的最后一道关卡，水量和水质都将影响到用户的生活质量。它需要通过遥测系统向水厂中心控制室和加压站无人值守系统传输水位、水质信息。同时，该系统同样设有视频监控系统和电子围栏报警系统，与加压站方案相同，不再赘述。

2安全性与可靠性

2.1、安全性

系统的安全性是系统能够正常运行的前提，包括环境安全方案，火灾应急方案。

环境安全方案是为防止非工作人员非法进入生产区域而制定，同时兼顾运行安全等，它的执行机构包括视频监控系统、电子围栏报警系统和远程喊话系统组成。中心控制室的工作人员定时查看视频监控系统，排查安全隐患。视频监控可设置为异常行为报警，一旦有运动的物体，即启动报警，通知中控室查看。电子围栏系统既有防止外来人员翻越围栏的作用，同时，也能够启动报警并通过网络传回中控室。远程喊话系统用于警告或驱赶非法闯入生产区域的人员。

火灾应急方案，系统为每个电气柜，变压柜，控制柜配备烟感检测装置，一旦设备发生起火，烟感检测装置发出报警信号，通过PLC传回中控室。同时PLC也会第一时间关闭进水阀门，停止正在运行的机组。经过一段时间的延迟后，对高压进线总柜做出分闸的动作，让损失减小到最低。

2.2、可靠性

系统的可靠性关系到系统能否长期稳定的运行，实现无人值守的目标。包括控制网络可靠性，控制设备可靠性，控制逻辑可靠性，报警系统可靠性四个方面。

通信网络可靠性是系统可靠性的前提。它保证了四个系统组成部分信息交互。系统采用了“WLAN专网+无线4G专网”冷备的方式。WLAN专网为主网络方式，一旦WLAN专网发生通讯故障，可以通知维护人员切换为备用网络，即无线4G专网。

控制设备可靠性是系统可靠性的重要保障。鉴于可靠性和成本的综合考虑，控制系统采用罗克韦尔公司MicroLogix1400系列PLC。经过长期使用经验，该系列PLC有可靠性好，性能较强，体积小巧，价格较低等特点。用于加压站无人值守系统完全足够。远程数据，即高位池水位，采用唐山平升DATA-6311系列低功耗测控终端。该终端集采集，显示和传输于一体。具有可靠性好，功耗低，使用简易等特点。相较于传统的小型PLC加4G路由器的方式，成本更加低廉。水位传感器是该套系统中最为重要的传感器，且该传感器容易被雷电击坏。所以在做好避雷措施的情况下，采用双热备的设计。1号水位传感器为主控制传感器，在检测到1号水位传感器有异常的情况下，由程序判断，迅速切换到2号水位传感器，保证整个系统运行不受影响。一旦有传感器异常，会通知维护人员到现场更换。

控制逻辑，即PLC程序，是系统可靠性的关键。一个控制系统够不够智能，是由控制逻辑决定的。控制逻辑不仅是要让控制系统动起来，还要考虑到应急事件及处理方法。进水阀位于主供水管道与清水池之间，用户可以选择对进水阀进行恒水位PID控制方式或非PID控制方式（由设定的高低水位限制控制），控制进水阀的开度。

系统控制逻辑中，加压站机组由轮巡方式启动]。在机组都正常情况下，以停机时间作为优先级排序，停机时间较长者优先启动。当某台机组处于非自动状态或者故障状态时，程序将自动跳开该机组，在其他机组中启动优先级靠前的。机组的启停由高位池水位控制为主，加压站本地水位辅助控制。对于高位池水位，用户可自定义高水位，高高水位，低水位，低低水位。当高位池水位到低水位时，启动一台机组；当达到低低水位时，程序判定为用水量较大，启动第二台机组。高位池达到高水位时，停止所有机组；如果高位池达到高高水位，则判定为停机失败，将启动急停措施。对于本地水位，用户可自定义高水位，高高水位，低水位，低低水位。当本地清水池达到低水位时，停止所有机组；当达到低低水位将启动急停措施。当本地清水池达到高水位时，程序判定为PID控制异常，阀门将关闭PID控制，直接关闭阀门，并报警。如果水位达到高高水位，程序判定为阀门关闭异常，综合考虑高位池水位，如果处于较低水位（低于高水位设定50公分）则启动机组，为抢修争取时间。

报警系统可靠性是系统可靠性的最后一道防线]。根据报警的重要性，分为重要报警和非重要报警。重要报警包括水位报警、设备故障、电力故障、通讯报警等，此类故障将在控制逻辑中影响系统的运行。非重要报警包括温度报警，振动报警，压力报警，水浸报警及其他报警，此类故障将通知维护人员到现场检查后，再作处理。报警系统不仅要准确，还要保持适当的敏感性。过分敏感，会造成频繁报警，容易造成监控人员的疲惫，从而忽视重要的报警。对于这种情况，我们采用适当的延迟来区分。

3数据分析

我们通过基于iFIX的SCADA系统，对运行数据进行记录并分析。所示，我们提取了一天的加压站出水流量数据和高位池液位数据进行观察分析。加压站出水流量是加压站向高位池补水的流量，可以反应出机泵的运行情况。高位池液位是控制机泵启停的反馈控制量，可以反应补水的需求。通过两个数据的对比，可以看出控制系统具有良好的准确性和及时性。

4结束语

经过1年多的运行，该系统运行平稳，报警正常，系统对突发事件的处理准确。目前系统已经正式投用。相较于人工启动，具有更安全、更准确、更及时的特点。之前在加压站值班的4名人员已经被安排到其他有需要的地方工作。未来，该系统将继续推广到山地或类山地多级供水方案中，解放大量的人力物力，为城市供水系统生产节约成本。

作者简介：王陵，（1987.05-），男，重庆沙坪坝人，硕士研究生，工程师，研究方向：自动化系统设计与实现。