某水庫(kù)的供水聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

谷琛+羅章海

摘要：供水聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)在水庫(kù)的供水自動(dòng)化過(guò)程中處于中心環(huán)節(jié)，在很大程度上影響著供水效率，一套高效合理的供水聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)將會(huì)給水資源的合理分配供給提供很好的保證，該文主要內(nèi)容即以某水庫(kù)為例設(shè)計(jì)一套合理的供水聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：供水壓力；聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)；放水涵洞；數(shù)據(jù)采集

自2010年以來(lái)，隨著整個(gè)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，伴隨而來(lái)的是對(duì)供水的需求不斷加大，某水庫(kù)作為附近區(qū)域的主要供水水庫(kù)，現(xiàn)行的供水配套設(shè)施已經(jīng)很難滿足這樣的要求，需要進(jìn)行對(duì)各種供水設(shè)施進(jìn)行升級(jí)改造，并設(shè)計(jì)一套合理的供水聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行供水調(diào)度，通過(guò)出口放空涵供水，為水庫(kù)周邊的各工礦企業(yè)及居民用戶提供充足供水水源。

1建設(shè)目標(biāo)

實(shí)現(xiàn)水庫(kù)出口放空涵與出口前池水位的聯(lián)動(dòng)控制：當(dāng)前池水位小于設(shè)定的下限值時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟或增大閘門開(kāi)度，使出庫(kù)流量增大；當(dāng)前池水位大于設(shè)定的下限值時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉或減小閘門開(kāi)度，使出庫(kù)流量減小，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出口管道的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)。通過(guò)本系統(tǒng)的建設(shè)，有效的節(jié)約水資源，保障供水的安全性，提高閘門控制的可靠性和自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)設(shè)備工況和參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，減輕運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度，并把數(shù)據(jù)接人水庫(kù)分中心，在中控室即可完成對(duì)各供水閘控設(shè)施的監(jiān)控。

2總體設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

1）采用國(guó)際成熟品牌產(chǎn)品，執(zhí)行國(guó)際接口標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)留有充分的擴(kuò)展能力，保證系統(tǒng)兼具開(kāi)放性、擴(kuò)展性及完善升級(jí)的能力。

2）系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均要達(dá)到相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。

3）系統(tǒng)要滿足實(shí)時(shí)性、抗干擾能力、可適應(yīng)性、高可用性、易于維護(hù)等特性。

4）系統(tǒng)有助于提升水庫(kù)運(yùn)行管理的自動(dòng)化水平。

5）監(jiān)控系統(tǒng)必須具備防雷、接地保護(hù)等措施。

2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的供水聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)包含有水庫(kù)出口監(jiān)控站及局總調(diào)度中心、調(diào)度分中心、出口管理站和現(xiàn)地控制幾部分。

系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)分設(shè)主控級(jí)、現(xiàn)地單元控制級(jí)和中心調(diào)度級(jí)等三層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。其中，出口放空涵采用光纖經(jīng)由出口管理站，水庫(kù)出口管理站同樣采用光纖將實(shí)現(xiàn)與水庫(kù)管理處調(diào)度分中心的通信。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3系統(tǒng)組成

3.1放空涵控制柜

水庫(kù)出口放空涵的PLC控制柜要求具備對(duì)放空涵工作閘門的自動(dòng)操作功能，PLC控制柜通過(guò)RS485接口將前池水位數(shù)據(jù)接入進(jìn)來(lái)，并根據(jù)水位的實(shí)際變化，自動(dòng)控制工作閘門，從而調(diào)節(jié)前池水位的高低。

在放空涵的PLC柜中安裝一套通訊管理裝置，即可用于采集水位信號(hào)并實(shí)現(xiàn)和PLC的實(shí)時(shí)通訊。

3.2出口管理站監(jiān)測(cè)單元

水庫(kù)出口管理站設(shè)置1套監(jiān)測(cè)單元，核心采用南瑞MB40PLC，用于采集前池水位、流量、管道壓力等數(shù)據(jù)，提供人機(jī)接口，顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，供運(yùn)行人員巡查，并采用網(wǎng)絡(luò)信道與水庫(kù)管理處通信。并根據(jù)實(shí)際需要在機(jī)柜上增加用于水位過(guò)高過(guò)低、水位差過(guò)大、在聯(lián)動(dòng)控制模式下液壓系統(tǒng)故障的聲光報(bào)警燈等報(bào)警裝置，在出現(xiàn)異?；蛭ｋU(xiǎn)情況下及時(shí)向水庫(kù)管理所人員發(fā)出報(bào)警，及時(shí)采取應(yīng)急措施進(jìn)行處理問(wèn)題，以保證設(shè)備和供水安全。

3.3前池現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站

3.3.1水位計(jì)

由于前池水位測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性直接關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，前池水位測(cè)量距放空涵PLC的距離較遠(yuǎn)，采用4～20mA信號(hào)傳輸可能造成數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，系統(tǒng)在前池內(nèi)設(shè)置兩套浮子水位計(jì)，相互備用，并采用RS485的方式將水位信號(hào)接入到放空涵PLC。

基于系統(tǒng)的可靠性考慮，兩套水位計(jì)需要將各自的水位信息分別接人放空涵和管理站的PLC控制柜。由于在一條485通信總線中只允許有1個(gè)主站，而每套水位計(jì)又只有1個(gè)485通信口，所以在本系統(tǒng)中采用交叉通信的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)兩套水位計(jì)的數(shù)據(jù)采集，具體見(jiàn)圖2。在本系統(tǒng)中水位1為MB40PLC采集的水位數(shù)據(jù)，水位2為放空涵GE PLC采集的水位數(shù)據(jù)，（水位1#/2#編號(hào)在觸摸屏和上位機(jī)上保持一致）在其中一套水位計(jì)或PLC出現(xiàn)故障能夠保證正常水位數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，同時(shí)給系統(tǒng)的問(wèn)題處理修復(fù)提供富余的時(shí)間以便恢復(fù)系統(tǒng)正常。

3.3.2流量計(jì)

考慮到計(jì)量精準(zhǔn)性、安裝的難易程度等問(wèn)題，本系統(tǒng)選用TDS-100超聲波流量計(jì)來(lái)測(cè)量封閉管路液體流量，TDS-100超聲波流量計(jì)的兩個(gè)傳感器具有收、發(fā)兩用的特點(diǎn)。安裝方式為插入式z法安裝，使用聲波直接通過(guò)測(cè)量管道的相對(duì)安裝的z法安裝。流量計(jì)控制兩個(gè)傳感器依次接收和發(fā)射超聲波，并記錄相應(yīng)的傳播時(shí)間，通過(guò)計(jì)算時(shí)差，得到的時(shí)差與流體的流速由函數(shù)關(guān)系，如下表述：

其中，安裝流量計(jì)的傳感器安裝輸水管道的管壁上，在現(xiàn)場(chǎng)有一次儀表，如后傳輸?shù)娇刂剖业亩蝺x表，然后通過(guò)出口管理站監(jiān)測(cè)單元進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，在調(diào)度室的閘控工作站上顯示。

3.3.3壓力傳感器

考慮到系統(tǒng)中其中的4條管道為直接供水，中間無(wú)蓄水調(diào)節(jié)，系統(tǒng)在出口管道的閥室內(nèi)設(shè)置4條管道的壓力傳感器，用于監(jiān)視管道運(yùn)行時(shí)的壓力狀況，壓力傳感器要檢測(cè)到壓力首先保證是在滿管運(yùn)行狀態(tài)。本系統(tǒng)中通水管道供水是采用自流方式，能否滿管運(yùn)行將關(guān)系到壓力傳感器采集到的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.3.4采集單元

由于到壓力傳感器的輸出信號(hào)為4～20mA電流信號(hào)，所以不能進(jìn)行超長(zhǎng)距離的傳輸，否則對(duì)信號(hào)有較大影響，因此，需要在控制閥室內(nèi)就近安裝1套現(xiàn)地采集單元，核心是南瑞B(yǎng)20PLC，采用PLC采集4條管道的壓力數(shù)據(jù)，并通過(guò)RS-232口與管理站的監(jiān)測(cè)單元（MB40 PLC）相連。

4結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)在綜合布線、預(yù)定聯(lián)動(dòng)操作、水位精準(zhǔn)測(cè)量、流量的精準(zhǔn)計(jì)算等方面均達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試設(shè)計(jì)要求。在試運(yùn)行期間，聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的安全、可靠性得到了檢驗(yàn)，工作均穩(wěn)定正常，能滿足運(yùn)行管理的要求。通過(guò)系統(tǒng)的建設(shè)，提高了水庫(kù)聯(lián)動(dòng)控制的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)了各主要設(shè)備的實(shí)時(shí)工況監(jiān)測(cè)，確保了主要設(shè)備的正常運(yùn)行狀況，減輕了現(xiàn)場(chǎng)工作人員的工作負(fù)荷，很好地滿足了水庫(kù)周邊的各工礦企業(yè)及居民用戶的供水需求。