山地城市多池系供水聯(lián)動控制系統(tǒng)研究

周光明

摘要：山地城市供水由于受到地理因素的制約，與平原城市有很大不同。文章針對山地城市多個調(diào)節(jié)池系統(tǒng)的安全、可靠供水，研發(fā)了一套多池系供水聯(lián)動控制系統(tǒng)，并詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)的構(gòu)成及特點。

關(guān)鍵詞：山地城市；多池系；聯(lián)動控制

1.山地城市供水特點

山地供水因受地形限制，依據(jù)地形劃分為不同供水區(qū)域，各區(qū)域設(shè)計有調(diào)節(jié)水池調(diào)節(jié)日夜供水輸差，實現(xiàn)節(jié)能降耗，保障供水安全。然而隨著經(jīng)濟飛速發(fā)展，供水區(qū)域不斷擴大，一些原本各自獨立的供水區(qū)域交合，供水管道連通，但原有的調(diào)節(jié)水池依然發(fā)揮著對各自區(qū)域的調(diào)節(jié)和保障作用。由于各池系標(biāo)高不同，但供水水源相同，如何保障各池系供水安全、保障水質(zhì)安全、如何協(xié)調(diào)控制成為山地城市獨有的新型供水控制需求。圖1是一個多池系供水系統(tǒng)示意圖。圖中A區(qū)管網(wǎng)多余水量會從聯(lián)絡(luò)管流入B區(qū)管網(wǎng)，如果A區(qū)域處于用水低谷，則多余水量進(jìn)入B池。由Y-A池標(biāo)高高于B池，采用傳統(tǒng)單一改變機泵運行數(shù)量調(diào)節(jié)方式，A池則很難進(jìn)水，這樣A區(qū)水壓難以保障。同時由于A池空池時間長，A池容易產(chǎn)生藻類等二次污染。雖然聯(lián)絡(luò)管網(wǎng)將AB兩區(qū)聯(lián)合，由于聯(lián)絡(luò)管網(wǎng)水頭損失和水阻，AB兩區(qū)水壓呈現(xiàn)各自不同，但又存在關(guān)聯(lián)性。文章提出一種多池系供水聯(lián)動控制系統(tǒng)，根據(jù)山地城市多年供水經(jīng)驗以及自動控制技術(shù)、無線通信技術(shù)、現(xiàn)代無線遙測遙控技術(shù)、控制系統(tǒng)安全技術(shù)研制開發(fā)，用于同系統(tǒng)多池系協(xié)調(diào)運行，提高供水水質(zhì)，改善各池系供水平衡。

2.技術(shù)方案

多池系供水聯(lián)動控制系統(tǒng)包括機泵調(diào)度中心、管網(wǎng)監(jiān)測、1-N#調(diào)節(jié)池、PLC控制器和1-N#加壓站機泵控制器。機泵調(diào)度中心通過無線網(wǎng)絡(luò)及管網(wǎng)遙測與管網(wǎng)監(jiān)測儀聯(lián)接，遠(yuǎn)程監(jiān)視管網(wǎng)壓力；管網(wǎng)監(jiān)測儀包括壓力監(jiān)測儀、流量監(jiān)測儀和水質(zhì)監(jiān)測儀；機泵調(diào)度中心通過無線網(wǎng)絡(luò)與1#-N#調(diào)節(jié)池PLC控制器聯(lián)接，檢測調(diào)節(jié)池工況，并根據(jù)檢測及時調(diào)整控制參數(shù)和控制策略；機泵調(diào)度中心通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)與L#--N#加壓站機泵控制器聯(lián)接，控制機泵開停；每個調(diào)節(jié)池PLC控制器都通過控制線聯(lián)接各池的檢測儀表、水位計、進(jìn)水閥以及安全報警裝置。

多池系并聯(lián)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為3層。頂層為機泵調(diào)度中心層，該層遠(yuǎn)程監(jiān)視管網(wǎng)壓力和各調(diào)節(jié)池工況，并根據(jù)檢測及時調(diào)整控制參數(shù)和控制策略；第二層為控制層，調(diào)節(jié)池控制保護邏輯、機泵啟?？刂凭上鄳?yīng)控制PLC根據(jù)調(diào)度中心控制參數(shù)設(shè)置或操作指令控制機泵開停以及閥門調(diào)節(jié)；第三層為儀表檢測層和設(shè)備執(zhí)行層，進(jìn)行控制系統(tǒng)底層信號檢測和電機啟停、閥門開關(guān)。與傳統(tǒng)單調(diào)節(jié)池控制系統(tǒng)相比，調(diào)節(jié)池增加控制層設(shè)備PLC，使控制智能化，并提高可靠性。

現(xiàn)有的多池系控制系統(tǒng)中，采用智能閥作為調(diào)節(jié)池進(jìn)水閥，通過調(diào)節(jié)各池體進(jìn)水閥，能很好地解決多池系平衡供水問題。由于調(diào)節(jié)池通常距離泵站距離較遠(yuǎn)，一般采用無線通信將水位檢測發(fā)送至泵站，而無線傳輸主要問題是傳輸不穩(wěn)定，可能存在較長時間通訊中斷，這些較長時間通訊中斷在常規(guī)控制系統(tǒng)中極有可能會導(dǎo)致生產(chǎn)事故；另外由于地處偏遠(yuǎn)，供電不穩(wěn)定也給控制帶來許多不安全因素，甚至損害控制設(shè)備。因此，多池系供水聯(lián)動控制系的主要技術(shù)就是如何克服無線通信固有的通訊中斷問題、電源穩(wěn)定性問題，以確保調(diào)節(jié)池進(jìn)水閥門控制可靠性，并通過協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)池進(jìn)水閥門控制方式、調(diào)整控制邏輯以實現(xiàn)管網(wǎng)關(guān)聯(lián)運行。另外由于多池系中，不同調(diào)節(jié)池進(jìn)水情況不同，而調(diào)節(jié)池又位于管網(wǎng)末梢，調(diào)節(jié)池空池時間過長或水體滯留時間過長，都容易滋生藻類，為維持池體消毒環(huán)境和防止水體二次污染，多池系控制系統(tǒng)中另一主要技術(shù)是增加對調(diào)節(jié)池出水水質(zhì)監(jiān)測和報警，并通過控制協(xié)調(diào)多池體進(jìn)水周期減少水體滯留和空池時間，保障供水水質(zhì)。

3.方案實現(xiàn)

3.1電源安全控制裝置

針對電源穩(wěn)定性問題，該系統(tǒng)設(shè)置了電源安全控制裝置。采用市電或發(fā)電機，經(jīng)過UPS分別連接AC/Dc和檢測儀表，經(jīng)AC/DC轉(zhuǎn)換后又分別連接PLC控制器、DTU和后備電池。PLC控制器控制發(fā)電機定時發(fā)電，同時連接延時通電保護回路進(jìn)行電源監(jiān)視?？刂葡到y(tǒng)增加了后備電池，確保外部電源故障時短時間內(nèi)通訊暢通，及時發(fā)送相關(guān)報警和監(jiān)視信息。電源監(jiān)視和外部電源掉電報警為系統(tǒng)提供及時電力供電事故報警，提高控制中心應(yīng)急預(yù)處理能力。通電延時回路及隔離電源能有效減少電源不穩(wěn)定時對PLC和儀表的沖擊。

3.2通訊管理單元

為避免無線傳輸中斷的情況，在PLC控制器中增加采集數(shù)據(jù)緩沖池、就地設(shè)備保護模塊和趨勢分析控制模塊。外部無線網(wǎng)絡(luò)通常信道質(zhì)量無法很好保障，只能通過加強與無線網(wǎng)絡(luò)通信商合作，提高信道質(zhì)量，減少通訊事故時信息丟失。具體措施有：增加采集數(shù)據(jù)緩沖池。當(dāng)通訊正常時，數(shù)據(jù)不作緩沖。通訊中斷時，采集數(shù)據(jù)進(jìn)入緩沖池緩存。通訊恢復(fù)時，在實時數(shù)據(jù)收發(fā)同時，陸續(xù)將緩沖池里的歷史采集數(shù)據(jù)傳送至控制中心；增加就地設(shè)備保護，提高通訊中斷時系統(tǒng)安全可靠性。當(dāng)通訊中斷時，也能實現(xiàn)簡單的保護控制邏輯，防止通訊中斷期間發(fā)生生產(chǎn)事故；增加趨勢分析控制?？刂浦行母鶕?jù)當(dāng)前控制參數(shù)變化趨勢，并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)庫，定時刷NPLC趨勢控制目標(biāo)以及安全保護限值。當(dāng)通訊中斷時，PLC檢測判斷工藝參數(shù)是否到達(dá)趨勢控制目標(biāo)，當(dāng)?shù)竭_(dá)控制目標(biāo)后，則按安全保護限值控制設(shè)備，確?？刂七B續(xù)性和安全穩(wěn)定性。

3.3多措施提高系統(tǒng)穩(wěn)定性

由于調(diào)節(jié)池位于管網(wǎng)末梢制高點，而且交通不方便，因此，系統(tǒng)儀表應(yīng)選擇維護周期長或免維護儀表。調(diào)節(jié)池地理位置較高，容易發(fā)生雷擊事件。該系統(tǒng)電源及信號防雷能夠提高系統(tǒng)安全性。在控制中心增加并結(jié)合管網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)形成立體控制，降低單點檢測故障對系統(tǒng)控制產(chǎn)生的影響，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。儀表變化通常呈現(xiàn)連續(xù)均勻變化，因此在調(diào)節(jié)池和控制中心對儀表采集數(shù)據(jù)作樣值分析、濾波處理以及歷史同期趨勢對比，再用于控制可以提高系統(tǒng)可靠性，并提供異常報警。

4.結(jié)語

文章針對山地城市供水特點，研發(fā)出一套多池系供水聯(lián)動控制系統(tǒng)。經(jīng)現(xiàn)場實際運用，該系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，可用于同系統(tǒng)多池系協(xié)調(diào)運行，提高供水水質(zhì)，改善各池系供水平衡，通過對調(diào)節(jié)水池出水水質(zhì)監(jiān)測，并結(jié)合聯(lián)動控制與報警監(jiān)視，增強了對供水水質(zhì)的安全保障。