投入式液位計等組成的自動控制系統在高位蓄水池中的應用

引洮一期會寧北部供水工程中的高位蓄水池由于地形復雜、交通不便、點多面廣、距離偏遠，不宜架設專用的供電和通訊線路。引洮一期會寧北部高位蓄水池統一通過利用太陽能供電系統、信號無線傳輸和基于PLC 控制閥門開關的方案，實現對高位蓄水池供水的遠程控制和監測，減少了現場管理人員的工作量，實現對農村飲水安全工程自動化和信息化的管理。
 
 會寧縣地處甘肅省中部，屬黃土高原丘陵溝壑區，年平均降水量不到300 mm，蒸發量卻超過了3 000 mm。長期以來，會寧縣干旱少雨，植被稀疏，自然災害頻發，人均水資源量僅為甘肅省人均資源量的1/7，國內的1/10，全縣77%的群眾存在飲水不安全問題。引洮一期會寧北部供水工程的建成通水，將徹底解決會寧北部的新莊塬、漢岔、頭寨、郭城、河畔、白草塬、土門峴、新塬、劉寨、土高、草灘等11 個鄉（鎮）23.1 萬人及牲畜的安全飲水問題。由于北部11 個鄉（鎮）多為山區，為了做好供水工作，項目區目前已建成173 座高位蓄水池，通過高位蓄水池實現對周邊群眾的生產生活供水。
 
　　1 系統的設計思路
在群眾居住區選取較高地勢建成173 座圓形蓄水池，根據周邊群眾用水量蓄水池容量從100～1 000 m3大小不等，統一深度3～3.5 m，蓄水池進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。每個蓄水池進水井安裝電磁流量計1 臺，電動閥1 臺；出水井安裝計量控制閥1 臺，智能式水表1 塊，液位抬升器1 臺，過濾器1 臺；池內安裝液位計1 臺，液位控制器1 臺；池頂裝有太陽能供電系統1 套。
 
為了便于工程的統一調度管理和安全經濟運行，在水廠設置調度中心，將高位蓄水池所有傳感器讀數、流量信息、閥門狀態信息等通過MODBUS 協議由GPRS 模塊上傳到調度中心監控系統，接入調度中心一體化平臺。通過調度中心發送指令，實現蓄水池的遠程控制和監測。也可以在現場控制箱顯示屏查看所有參數，現場控制閥門開關，使蓄水池水位始終保持在一個安全、合理的范圍。
 
　　2 系統的硬件構成
系統主要硬件設備有太陽能供電系統（光伏組件、逆變控制器、蓄電池等）、投入液位計、液位控制器、電動閥、計量控制閥、電磁流量計、閥門PLC 控制箱、GPRS 無線傳輸設備等。太陽能供電系統為蓄水池用電設備提供交流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備可靠運行3 d；液位計采用投入式液位變送器，實現對蓄水池水位的測量、顯示；液位控制器采用電纜式浮球開關，3 個浮球分別固定在蓄水池高、中、低3 個位置，浮球隨水位上升和下降時通過內置機構輸出開或關信號，控制閥門開關；電磁流量計監測進水流量，根據流量大小調節閥門開度；通過GPRS 無線傳輸設備，安裝SIM 卡，借助GSM電信公網實現調度中心與蓄水池的通訊與控制；計量控制閥根據用水戶預購水量使用情況自動控制出水閥門開關。
 
　　3 系統的工作原理
　　3.1 進水控制系統
主要是進水電動閥的控制。由1 個液晶顯示屏和兩個可編程專用控制模塊組成，安裝在現場控制箱內?？刂葡淇蛇x擇現場或集控兩種蓄水模式?，F場蓄水時，按啟動按鈕開啟閥門，按停止按鈕關閉閥門；集控模式下，由調度中心通過GPRS 設置手動和自動兩種工作模式。手動時，由調度中心發送開閥和關閥命令；自動時根據蓄水池水位高低自動開閥或關閥。當液位變送器有信號時，根據液位百分比低液位開閥，高液位關閥；液位變送器無信號或失靈時，改由為液位浮球開關控制閥門，低水位以下開閥，中水位關閥，高水位報警（此水位下閥門關閉且閉鎖手動開閥）。配給流量、水位上下線值可根據蓄水池現場實際情況在控制箱顯示屏上手動輸入或由GPRS模塊遠程設置。
 
　　3.2 開閥動作邏輯
接到開閥命令時，*先開至10%初始位置，10 min后根據獲取的實際流量數據自動判斷，若通過的實際流量PV 低于配給流量SV，則按10%的步數逐步增大閥門開度，直至實際流量與配給流量一致；若過閥實際流量PV 高于配給流量SV，則按10%的步數逐步減小閥門開度，直至實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 關閥動作邏輯
　　接到關閥命令時，閥門以每12 秒10%的步數逐步關閉到全關位置。當滿足以下任一條件時，即刻執行緩關閥門程序：一是水池高水位保護輸入觸點達到上限值；二是集控狀態下（不包括現場狀態）連續3 min 后收不到GPRS 信號；三是檢測到閥門故障輸入。
　　3.4 出水控制系統
主要是計量控制閥的控制。由1 個液晶顯示屏和1 個專用PLC 控制模塊組成，安裝在現場控制箱中。智能設備采用雙脈沖電子水表計量出水量，當用戶預購水量低于10 m3 時，控制系統就會檢測到信息并通過GPRS 無線傳輸設備接入控制中心，控制中心售水系統就會提示該用戶預購水量即將用完，工作人員根據提示通過系統向用戶管理人員發送提醒信息。當預購水量用完時，控制系統發出關閥指令，計量控制閥關閉，停止供水。待用水戶管理人員完成購水后，在控制中心售水系統或現場控制箱讀卡區重新刷卡激活后，計量控制閥才會重新打開，恢復正常供水。
 
　　4 系統的優點
通過綜合調度系統，可以實現對高位蓄水池供水的遠程監測和控制，一方面減少了人力投入，降低了運行成本；另一方面實時報告當前水位狀態和閥門工作狀況，提高了供水可靠性。采用太陽能供電和無線通信的方式，能有效解決點多面廣、布線不便的問題，尤其適合山區蓄水池水位遠程控制。利用控制系統采集智能水表用水參數自動控制出水閥門，杜絕了偷水事件，提高了水費回收率。
 
　　5 結語
　　通過本工程高位蓄水池近一年的運行，采用點對點無線開關量信號傳輸器實現水位信號的無線傳輸，由PLC 根據設計的水位、流量控制算法對輸入的水位信號和實時流量進行分析處理后輸出控制信號，實現對閥門的開關控制以及水位的自動調整。實踐證明，高位蓄水池自動供水運用這種控制方法是可行的。同時，高位蓄水池自動化供水是一個不斷提高的過程，也是一個復雜的系統過程。今后應不斷探索和總結，使自動化供水程度進一步提高，滿足群眾用水的需要。


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