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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(guò)了3 000 mm。長(zhǎng)期以來(lái),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,全國(guó)的1/10,全縣77%的群眾存在飲水不安全問(wèn)題。引洮一期會(huì)寧北部供水工程的建成通水,將*解決會(huì)寧北部的新莊塬、漢岔、頭寨、郭城、河畔、白草塬、土門(mén)峴、新塬、劉寨、土高、草灘等11 個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))23.1 萬(wàn)人及牲畜的安全飲水問(wèn)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(guò)高位蓄水池實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊群眾的生產(chǎn)生活供水。
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)的供電和通訊線(xiàn)路。引洮一期會(huì)寧北部高位蓄水池統(tǒng)一通過(guò)利用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)、信號(hào)無(wú)線(xiàn)傳輸和基于PLC 控制閥門(mén)開(kāi)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。
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(xiàn)路上,出水管道連接到用水戶(hù)入村支管線(xiàn)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(guò)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(yáng)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(chǎng)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(mén)狀態(tài)信息等通過(guò)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(guò)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(mén)開(kāi)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(yáng)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(mén)PLC 控制箱、GPRS 無(wú)線(xiàn)傳輸設(shè)備等。太陽(yáng)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(wú)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(kāi)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(guò)內(nèi)置機(jī)構(gòu)輸出開(kāi)或關(guān)信號(hào),控制閥門(mén)開(kāi)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(mén)開(kāi)度;通過(guò)GPRS 無(wú)線(xiàn)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(hù)預(yù)購(gòu)水量使用情況自動(dòng)控制出水閥門(mén)開(kāi)關(guān)。
3、系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
通過(guò)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(mén)工作狀況,提高了供水可靠性。采用太陽(yáng)能供電和無(wú)線(xiàn)通信的方式,能有效解決點(diǎn)多面廣、布線(xiàn)不便的問(wèn)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(mén),杜絕了偷水事件,提高了水費(fèi)回收率。
4、系統(tǒng)的工作原理
4.1 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)可編程控制模塊組成,安裝在現(xiàn)場(chǎng)控制箱內(nèi)??刂葡淇蛇x擇現(xiàn)場(chǎng)或集控兩種蓄水模式?,F(xiàn)場(chǎng)蓄水時(shí),按啟動(dòng)按鈕開(kāi)啟閥門(mén),按停止按鈕關(guān)閉閥門(mén);集控模式下,由調(diào)度中心通過(guò)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(kāi)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(kāi)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(kāi)閥,高液位關(guān)閥;液位變送器無(wú)信號(hào)或失靈時(shí),改由為液位浮球開(kāi)關(guān)控制閥門(mén),低水位以下開(kāi)閥,中水位關(guān)閥,高水位報(bào)警(此水位下閥門(mén)關(guān)閉且閉鎖手動(dòng)開(kāi)閥)。配給流量、水位上下線(xiàn)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。
4.2 開(kāi)閥動(dòng)作邏輯
接到開(kāi)閥命令時(shí),首先開(kāi)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(guò)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(mén)開(kāi)度,直至實(shí)際流量與配給流量一致;若過(guò)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(mén)開(kāi)度,直至實(shí)際流量與配給流量一致;閥門(mén)大可開(kāi)至,小保持10%開(kāi)度。
4.3 關(guān)閥動(dòng)作邏輯
接到關(guān)閥命令時(shí),閥門(mén)以每12 秒10%的步數(shù)逐步關(guān)閉到全關(guān)位置。當(dāng)滿(mǎn)足以下任一條件時(shí),即刻執(zhí)行緩關(guān)閥門(mén)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(mén)故障輸入。
4.4 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)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(hù)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(guò)GPRS 無(wú)線(xiàn)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(hù)預(yù)購(gòu)水量即將用完,工作人員根據(jù)提示通過(guò)系統(tǒng)向用戶(hù)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(hù)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(kāi),恢復(fù)正常供水。
5、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)本工程高位蓄水池近一年的運(yùn)行,采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)開(kāi)關(guān)量信號(hào)傳輸器實(shí)現(xiàn)水位信號(hào)的無(wú)線(xiàn)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(mén)的開(kāi)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(guò)程,也是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)過(guò)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(mǎn)足群眾用水的需要。
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