投入式液位计等组成的自动控制系统在高位蓄水池中的应用

引洮一期会宁北部供水工程中的高位蓄水池由于地形复杂、交通不便、点多面广、距离偏远，不宜架设专用的供电和通讯线路。引洮一期会宁北部高位蓄水池统一通过利用太阳能供电系统、信号无线传输和基于PLC 控制阀门开关的方案，实现对高位蓄水池供水的远程控制和监测，减少了现场管理人员的工作量，实现对农村饮水安全工程自动化和信息化的管理。
 
 会宁县地处甘肃省中部，属黄土高原丘陵沟壑区，年平均降水量不到300 mm，蒸发量却超过了3 000 mm。长期以来，会宁县干旱少雨，植被稀疏，自然灾害频发，人均水资源量仅为甘肃省人均资源量的1/7，国内的1/10，全县77%的群众存在饮水不安全问题。引洮一期会宁北部供水工程的建成通水，将彻底解决会宁北部的新庄塬、汉岔、头寨、郭城、河畔、白草塬、土门岘、新塬、刘寨、土高、草滩等11 个乡（镇）23.1 万人及牲畜的安全饮水问题。由于北部11 个乡（镇）多为山区，为了做好供水工作，项目区目前已建成173 座高位蓄水池，通过高位蓄水池实现对周边群众的生产生活供水。
 
　　1 系统的设计思路
在群众居住区选取较高地势建成173 座圆形蓄水池，根据周边群众用水量蓄水池容量从100～1 000 m3大小不等，统一深度3～3.5 m，蓄水池进水管道连接在配水干管线路上，出水管道连接到用水户入村支管线路上。每个蓄水池进水井安装电磁流量计1 台，电动阀1 台；出水井安装计量控制阀1 台，智能式水表1 块，液位抬升器1 台，过滤器1 台；池内安装液位计1 台，液位控制器1 台；池顶装有太阳能供电系统1 套。
 
为了便于工程的统一调度管理和安全经济运行，在水厂设置调度中心，将高位蓄水池所有传感器读数、流量信息、阀门状态信息等通过MODBUS 协议由GPRS 模块上传到调度中心监控系统，接入调度中心一体化平台。通过调度中心发送指令，实现蓄水池的远程控制和监测。也可以在现场控制箱显示屏查看所有参数，现场控制阀门开关，使蓄水池水位始终保持在一个安全、合理的范围。
 
　　2 系统的硬件构成
系统主要硬件设备有太阳能供电系统（光伏组件、逆变控制器、蓄电池等）、投入液位计、液位控制器、电动阀、计量控制阀、电磁流量计、阀门PLC 控制箱、GPRS 无线传输设备等。太阳能供电系统为蓄水池用电设备提供交流380 v/220 v 和直流24 v 电源，并在特殊天气无光照情况下保证用电设备可靠运行3 d；液位计采用投入式液位变送器，实现对蓄水池水位的测量、显示；液位控制器采用电缆式浮球开关，3 个浮球分别固定在蓄水池高、中、低3 个位置，浮球随水位上升和下降时通过内置机构输出开或关信号，控制阀门开关；电磁流量计监测进水流量，根据流量大小调节阀门开度；通过GPRS 无线传输设备，安装SIM 卡，借助GSM电信公网实现调度中心与蓄水池的通讯与控制；计量控制阀根据用水户预购水量使用情况自动控制出水阀门开关。
 
　　3 系统的工作原理
　　3.1 进水控制系统
主要是进水电动阀的控制。由1 个液晶显示屏和两个可编程专用控制模块组成，安装在现场控制箱内。控制箱可选择现场或集控两种蓄水模式。现场蓄水时，按启动按钮开启阀门，按停止按钮关闭阀门；集控模式下，由调度中心通过GPRS 设置手动和自动两种工作模式。手动时，由调度中心发送开阀和关阀命令；自动时根据蓄水池水位高低自动开阀或关阀。当液位变送器有信号时，根据液位百分比低液位开阀，高液位关阀；液位变送器无信号或失灵时，改由为液位浮球开关控制阀门，低水位以下开阀，中水位关阀，高水位报警（此水位下阀门关闭且闭锁手动开阀）。配给流量、水位上下线值可根据蓄水池现场实际情况在控制箱显示屏上手动输入或由GPRS模块远程设置。
 
　　3.2 开阀动作逻辑
接到开阀命令时，*先开至10%初始位置，10 min后根据获取的实际流量数据自动判断，若通过的实际流量PV 低于配给流量SV，则按10%的步数逐步增大阀门开度，直至实际流量与配给流量一致；若过阀实际流量PV 高于配给流量SV，则按10%的步数逐步减小阀门开度，直至实际流量与配给流量一致；阀门zui大可开至****，zui小保持10%开度。
 
　　3.3 关阀动作逻辑
　　接到关阀命令时，阀门以每12 秒10%的步数逐步关闭到全关位置。当满足以下任一条件时，即刻执行缓关阀门程序：一是水池高水位保护输入触点达到上限值；二是集控状态下（不包括现场状态）连续3 min 后收不到GPRS 信号；三是检测到阀门故障输入。
　　3.4 出水控制系统
主要是计量控制阀的控制。由1 个液晶显示屏和1 个专用PLC 控制模块组成，安装在现场控制箱中。智能设备采用双脉冲电子水表计量出水量，当用户预购水量低于10 m3 时，控制系统就会检测到信息并通过GPRS 无线传输设备接入控制中心，控制中心售水系统就会提示该用户预购水量即将用完，工作人员根据提示通过系统向用户管理人员发送提醒信息。当预购水量用完时，控制系统发出关阀指令，计量控制阀关闭，停止供水。待用水户管理人员完成购水后，在控制中心售水系统或现场控制箱读卡区重新刷卡激活后，计量控制阀才会重新打开，恢复正常供水。
 
　　4 系统的优点
通过综合调度系统，可以实现对高位蓄水池供水的远程监测和控制，一方面减少了人力投入，降低了运行成本；另一方面实时报告当前水位状态和阀门工作状况，提高了供水可靠性。采用太阳能供电和无线通信的方式，能有效解决点多面广、布线不便的问题，尤其适合山区蓄水池水位远程控制。利用控制系统采集智能水表用水参数自动控制出水阀门，杜绝了偷水事件，提高了水费回收率。
 
　　5 结语
　　通过本工程高位蓄水池近一年的运行，采用点对点无线开关量信号传输器实现水位信号的无线传输，由PLC 根据设计的水位、流量控制算法对输入的水位信号和实时流量进行分析处理后输出控制信号，实现对阀门的开关控制以及水位的自动调整。实践证明，高位蓄水池自动供水运用这种控制方法是可行的。同时，高位蓄水池自动化供水是一个不断提高的过程，也是一个复杂的系统过程。今后应不断探索和总结，使自动化供水程度进一步提高，满足群众用水的需要。


上一条：通过解决差压式液位计的冻凝问题来实现记量值准确
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