投入式液位計(jì)等組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)在高位蓄水池中的應(yīng)用

引洮一期會(huì)寧北部供水工程中的高位蓄水池由于地形復(fù)雜、交通不便、點(diǎn)多面廣、距離偏遠(yuǎn)，不宜架設(shè)專用的供電和通訊線路。引洮一期會(huì)寧北部高位蓄水池統(tǒng)一通過利用太陽能供電系統(tǒng)、信號(hào)無線傳輸和基于PLC 控制閥門開關(guān)的方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)高位蓄水池供水的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)，減少了現(xiàn)場(chǎng)管理人員的工作量，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)村飲水安全工程自動(dòng)化和信息化的管理。
 
 會(huì)寧縣地處甘肅省中部，屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)，年平均降水量不到300 mm，蒸發(fā)量卻超過了3 000 mm。長(zhǎng)期以來，會(huì)寧縣干旱少雨，植被稀疏，自然災(zāi)害頻發(fā)，人均水資源量?jī)H為甘肅省人均資源量的1/7，國(guó)內(nèi)的1/10，全縣77%的群眾存在飲水不安全問題。引洮一期會(huì)寧北部供水工程的建成通水，將徹底解決會(huì)寧北部的新莊塬、漢岔、頭寨、郭城、河畔、白草塬、土門峴、新塬、劉寨、土高、草灘等11 個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）23.1 萬人及牲畜的安全飲水問題。由于北部11 個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）多為山區(qū)，為了做好供水工作，項(xiàng)目區(qū)目前已建成173 座高位蓄水池，通過高位蓄水池實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊群眾的生產(chǎn)生活供水。
 
　　1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路
在群眾居住區(qū)選取較高地勢(shì)建成173 座圓形蓄水池，根據(jù)周邊群眾用水量蓄水池容量從100～1 000 m3大小不等，統(tǒng)一深度3～3.5 m，蓄水池進(jìn)水管道連接在配水干管線路上，出水管道連接到用水戶入村支管線路上。每個(gè)蓄水池進(jìn)水井安裝電磁流量計(jì)1 臺(tái)，電動(dòng)閥1 臺(tái)；出水井安裝計(jì)量控制閥1 臺(tái)，智能式水表1 塊，液位抬升器1 臺(tái)，過濾器1 臺(tái)；池內(nèi)安裝液位計(jì)1 臺(tái)，液位控制器1 臺(tái)；池頂裝有太陽能供電系統(tǒng)1 套。
 
為了便于工程的統(tǒng)一調(diào)度管理和安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，在水廠設(shè)置調(diào)度中心，將高位蓄水池所有傳感器讀數(shù)、流量信息、閥門狀態(tài)信息等通過MODBUS 協(xié)議由GPRS 模塊上傳到調(diào)度中心監(jiān)控系統(tǒng)，接入調(diào)度中心一體化平臺(tái)。通過調(diào)度中心發(fā)送指令，實(shí)現(xiàn)蓄水池的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)。也可以在現(xiàn)場(chǎng)控制箱顯示屏查看所有參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)控制閥門開關(guān)，使蓄水池水位始終保持在一個(gè)安全、合理的范圍。
 
　　2 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
系統(tǒng)主要硬件設(shè)備有太陽能供電系統(tǒng)（光伏組件、逆變控制器、蓄電池等）、投入液位計(jì)、液位控制器、電動(dòng)閥、計(jì)量控制閥、電磁流量計(jì)、閥門PLC 控制箱、GPRS 無線傳輸設(shè)備等。太陽能供電系統(tǒng)為蓄水池用電設(shè)備提供交流380 v/220 v 和直流24 v 電源，并在特殊天氣無光照情況下保證用電設(shè)備可靠運(yùn)行3 d；液位計(jì)采用投入式液位變送器，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄水池水位的測(cè)量、顯示；液位控制器采用電纜式浮球開關(guān)，3 個(gè)浮球分別固定在蓄水池高、中、低3 個(gè)位置，浮球隨水位上升和下降時(shí)通過內(nèi)置機(jī)構(gòu)輸出開或關(guān)信號(hào)，控制閥門開關(guān)；電磁流量計(jì)監(jiān)測(cè)進(jìn)水流量，根據(jù)流量大小調(diào)節(jié)閥門開度；通過GPRS 無線傳輸設(shè)備，安裝SIM 卡，借助GSM電信公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心與蓄水池的通訊與控制；計(jì)量控制閥根據(jù)用水戶預(yù)購(gòu)水量使用情況自動(dòng)控制出水閥門開關(guān)。
 
　　3 系統(tǒng)的工作原理
　　3.1 進(jìn)水控制系統(tǒng)
主要是進(jìn)水電動(dòng)閥的控制。由1 個(gè)液晶顯示屏和兩個(gè)可編程專用控制模塊組成，安裝在現(xiàn)場(chǎng)控制箱內(nèi)。控制箱可選擇現(xiàn)場(chǎng)或集控兩種蓄水模式。現(xiàn)場(chǎng)蓄水時(shí)，按啟動(dòng)按鈕開啟閥門，按停止按鈕關(guān)閉閥門；集控模式下，由調(diào)度中心通過GPRS 設(shè)置手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式。手動(dòng)時(shí)，由調(diào)度中心發(fā)送開閥和關(guān)閥命令；自動(dòng)時(shí)根據(jù)蓄水池水位高低自動(dòng)開閥或關(guān)閥。當(dāng)液位變送器有信號(hào)時(shí)，根據(jù)液位百分比低液位開閥，高液位關(guān)閥；液位變送器無信號(hào)或失靈時(shí)，改由為液位浮球開關(guān)控制閥門，低水位以下開閥，中水位關(guān)閥，高水位報(bào)警（此水位下閥門關(guān)閉且閉鎖手動(dòng)開閥）。配給流量、水位上下線值可根據(jù)蓄水池現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況在控制箱顯示屏上手動(dòng)輸入或由GPRS模塊遠(yuǎn)程設(shè)置。
 
　　3.2 開閥動(dòng)作邏輯
接到開閥命令時(shí)，*先開至10%初始位置，10 min后根據(jù)獲取的實(shí)際流量數(shù)據(jù)自動(dòng)判斷，若通過的實(shí)際流量PV 低于配給流量SV，則按10%的步數(shù)逐步增大閥門開度，直至實(shí)際流量與配給流量一致；若過閥實(shí)際流量PV 高于配給流量SV，則按10%的步數(shù)逐步減小閥門開度，直至實(shí)際流量與配給流量一致；閥門zui大可開至****，zui小保持10%開度。
 
　　3.3 關(guān)閥動(dòng)作邏輯
　　接到關(guān)閥命令時(shí)，閥門以每12 秒10%的步數(shù)逐步關(guān)閉到全關(guān)位置。當(dāng)滿足以下任一條件時(shí)，即刻執(zhí)行緩關(guān)閥門程序：一是水池高水位保護(hù)輸入觸點(diǎn)達(dá)到上限值；二是集控狀態(tài)下（不包括現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)）連續(xù)3 min 后收不到GPRS 信號(hào)；三是檢測(cè)到閥門故障輸入。
　　3.4 出水控制系統(tǒng)
主要是計(jì)量控制閥的控制。由1 個(gè)液晶顯示屏和1 個(gè)專用PLC 控制模塊組成，安裝在現(xiàn)場(chǎng)控制箱中。智能設(shè)備采用雙脈沖電子水表計(jì)量出水量，當(dāng)用戶預(yù)購(gòu)水量低于10 m3 時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)檢測(cè)到信息并通過GPRS 無線傳輸設(shè)備接入控制中心，控制中心售水系統(tǒng)就會(huì)提示該用戶預(yù)購(gòu)水量即將用完，工作人員根據(jù)提示通過系統(tǒng)向用戶管理人員發(fā)送提醒信息。當(dāng)預(yù)購(gòu)水量用完時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出關(guān)閥指令，計(jì)量控制閥關(guān)閉，停止供水。待用水戶管理人員完成購(gòu)水后，在控制中心售水系統(tǒng)或現(xiàn)場(chǎng)控制箱讀卡區(qū)重新刷卡激活后，計(jì)量控制閥才會(huì)重新打開，恢復(fù)正常供水。
 
　　4 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
通過綜合調(diào)度系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高位蓄水池供水的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，一方面減少了人力投入，降低了運(yùn)行成本；另一方面實(shí)時(shí)報(bào)告當(dāng)前水位狀態(tài)和閥門工作狀況，提高了供水可靠性。采用太陽能供電和無線通信的方式，能有效解決點(diǎn)多面廣、布線不便的問題，尤其適合山區(qū)蓄水池水位遠(yuǎn)程控制。利用控制系統(tǒng)采集智能水表用水參數(shù)自動(dòng)控制出水閥門，杜絕了偷水事件，提高了水費(fèi)回收率。
 
　　5 結(jié)語
　　通過本工程高位蓄水池近一年的運(yùn)行，采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線開關(guān)量信號(hào)傳輸器實(shí)現(xiàn)水位信號(hào)的無線傳輸，由PLC 根據(jù)設(shè)計(jì)的水位、流量控制算法對(duì)輸入的水位信號(hào)和實(shí)時(shí)流量進(jìn)行分析處理后輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門的開關(guān)控制以及水位的自動(dòng)調(diào)整。實(shí)踐證明，高位蓄水池自動(dòng)供水運(yùn)用這種控制方法是可行的。同時(shí)，高位蓄水池自動(dòng)化供水是一個(gè)不斷提高的過程，也是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)過程。今后應(yīng)不斷探索和總結(jié)，使自動(dòng)化供水程度進(jìn)一步提高，滿足群眾用水的需要。


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