銀川市城市排水泵站自控改造應(yīng)用與實踐

楊 軍

（銀川市市政工程管理處，寧夏銀川 750011）

0 引言

城市排水泵站是城市防汛排澇的重要設(shè)施之一。傳統(tǒng)的人工管理模式中排水泵站的啟停，根據(jù)經(jīng)驗值操作，會造成電耗較大、管理粗放。隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，人工管理模式逐漸向智慧監(jiān)管模式方向轉(zhuǎn)變。通過搭建監(jiān)控管理系統(tǒng)，借助網(wǎng)絡(luò)查詢相關(guān)信息，下達(dá)管控命令，實現(xiàn)智慧監(jiān)管。對排水泵站進(jìn)行自動化監(jiān)控系統(tǒng)改造是城市社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然要求，可以有效達(dá)到提高泵站管理水平、減員增效的目的。

城市排水泵站監(jiān)測分為兩類，一類是PLC 遠(yuǎn)程自控，一類是泵站視頻監(jiān)控。排水泵站PLC 遠(yuǎn)程自控是為下一步污水處理廠、排水管網(wǎng)和排水泵站聯(lián)合調(diào)度打下遠(yuǎn)端控制基礎(chǔ)，泵站視頻監(jiān)控是為了實時掌握各排水泵站、道路積水點實時狀況，從而進(jìn)行更合理有效地維護(hù)，更好地提高排水泵站管理水平、提高效率，減少泵站內(nèi)人工成本及工作強(qiáng)度，實現(xiàn)無人值守。

1 人工管理模式下排水泵站存在主要問題

目前，銀川市現(xiàn)投入運(yùn)行的泵站共計22 座，其中興慶區(qū)7座、金鳳區(qū)8 座、西夏區(qū)7 座。共有雨水泵31 臺，雨水泵排水總流量為26 470 m3/h，共有污水泵81 臺，污水泵排水總量為105 326 m3/h。2014 年以前，一直采用人工值守的方式來管理泵站。這種管理模式使得排水泵站的啟停，完全依賴于當(dāng)日值守工作人員的經(jīng)驗及操作規(guī)程。如當(dāng)污水處理廠水位較低、較高或降雨前，都需通過電話通知相關(guān)泵站值守人員手動啟停泵組，而值守人員還需要根據(jù)泵站上游管網(wǎng)來水量的大小等因素判斷同時開啟幾臺水泵，以便于及時排出雨污水，又要保證水泵經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)行，避免過度啟停造成水泵故障等問題。這種傳統(tǒng)的人工管理模式存在以下4 個問題：①泵站運(yùn)行效率不高、可靠性較差。排水泵站各水泵組的啟停完全由值守人員按部就班執(zhí)行相應(yīng)操作，對泵組啟停數(shù)量也依賴于值守人員。因此，對值守人員的責(zé)任心及管理水平要求較高，一旦其操作出現(xiàn)失誤，就容易引發(fā)較大事故；②泵站人工費用等管理成本較高、泵組運(yùn)行電費也不經(jīng)濟(jì)。人工值守泵站需手動開啟高低壓配電設(shè)施啟閉開關(guān)、集水池閘閥和水泵控制開關(guān)等，尤其是集水池閘閥的操作，危險性高且勞動強(qiáng)度大；同時，泵站需24 h 有人值守，值守人員倒班工作，每年需支付其人員工資，相對于泵站維護(hù)費用較高；③排水泵站部分設(shè)備存在的安全隱患不易被及時發(fā)現(xiàn)。部分泵站電氣、泵組運(yùn)行年限較長，存在開關(guān)觸頭接觸不良、操作機(jī)械磨損嚴(yán)重等問題，而人工值守時因值守人員經(jīng)驗、水平良莠不齊，不能及時發(fā)現(xiàn)存在問題；④市政部門在對排水泵站進(jìn)行管理時，尤其是降雨時，不能及時掌握泵站集水池、雨污水泵組等的運(yùn)行情況及相關(guān)數(shù)據(jù)。

2 排水泵站改造內(nèi)容

2015 年起，銀川市逐步對所轄排水泵站進(jìn)行PLC 自動化改造，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程自控。至今，西門泵站、進(jìn)寧街泵站等10 座排水泵站已實現(xiàn)遠(yuǎn)程自控。該自控系統(tǒng)主要包括管理平臺、泵站監(jiān)控中心（位于大連路泵站內(nèi)）、泵站測控終端、通信系統(tǒng)、計量測量設(shè)備和攝像設(shè)備等。即可通過管理平臺，對自動化泵站排水泵組、高低壓配電設(shè)施等進(jìn)行遠(yuǎn)程啟閉并監(jiān)測泵組運(yùn)行、停止及故障等狀態(tài)，實現(xiàn)對泵站電流、電壓、集水池液位控制、時間控制、間隔時間控制、自動控制、遠(yuǎn)程控制、每天開泵時間計算、每天流量計算、數(shù)據(jù)報表、曲線查詢和報警等功能，以及出現(xiàn)異常時進(jìn)行人工干預(yù)。市政排水泵站畫面如圖1 所示。

圖1 市政排水泵站

同時，應(yīng)急指揮中心管理系統(tǒng)包含各個已改造泵站內(nèi)的泵房泵組監(jiān)控、配電室監(jiān)控、控制室監(jiān)控、院落監(jiān)控及城市道路低洼易積水處進(jìn)行視頻監(jiān)控等，24 h 不間斷工作，記錄各雨污水泵組、配電室高低壓柜、啟閉機(jī)等運(yùn)行的監(jiān)測資料，并將監(jiān)控系統(tǒng)前端數(shù)字信號通過內(nèi)部局域網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)礁髯员O(jiān)控室，再通過網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)上傳至顯示屏。通過攝像頭采集現(xiàn)場視頻圖像，并將監(jiān)控視頻通過專網(wǎng)，傳輸至大連路泵站指揮中心顯示大屏，以達(dá)到指揮中心實時查看各個泵站運(yùn)行情況的需求，便于管理人員實時查看易積水點積水實況、實現(xiàn)無人值守，保障汛期道路積水及時發(fā)現(xiàn)、及時處理。系統(tǒng)架構(gòu)具體如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)

為進(jìn)一步提升泵站科學(xué)化管理水平，銀川市將對親水大街泵站、勝利街泵站、正源北街泵站等的高低壓配電設(shè)備、水泵泵組、集水池閘閥等進(jìn)行PLC 自動化改造，實現(xiàn)管轄排水泵站自動化控制全覆蓋和城市防汛時的遠(yuǎn)程調(diào)度目的。

目前，需改造泵站中勝利路泵站、長城路泵站、閱海應(yīng)急泵站、正源北街泵站、軍區(qū)路（培華路）泵站無PLC 自控設(shè)備，根據(jù)現(xiàn)有排水設(shè)施的建設(shè)情況，進(jìn)行PLC 自控系統(tǒng)新建，實現(xiàn)遠(yuǎn)程集中自控；其余7 座泵站已有PLC 自控設(shè)備，只需實現(xiàn)遠(yuǎn)程集中自控管理。視頻監(jiān)控方面，需要統(tǒng)一所有泵站的視頻監(jiān)控、完善相關(guān)配套設(shè)施，將新改造積水易澇點監(jiān)控系統(tǒng)、泵站監(jiān)控系統(tǒng)與既有平臺進(jìn)行系統(tǒng)對接整合。同時，將所有數(shù)據(jù)用于信息化集中展示控制，為泵站調(diào)度指揮提供依據(jù)，方便管理部門對城市排水、防汛調(diào)度的整體把控。改造中，前端設(shè)備主要為系統(tǒng)配置半球式網(wǎng)絡(luò)廣角攝像頭、網(wǎng)絡(luò)槍式攝像機(jī)，并采用POE 供電方式，完成前端視頻信息的采集；控制部分主要為由24 口千兆交換機(jī)、32 路網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)等組成，完成視頻傳輸、存儲，錄像回放等功能；顯示部分主要將各個泵站監(jiān)控控制室內(nèi)顯示屏顯示本泵站的監(jiān)控畫面，指揮中心匯集所有泵站的視頻監(jiān)控畫面，完成畫面實時查看及錄像回放下載等功能。

3 經(jīng)驗及建議

目前，銀川市泵站自動化改造正在有序推進(jìn)。PLC 自動控制改造使得排水泵站實現(xiàn)自動化監(jiān)控，可根據(jù)泵站集水池水位、雨污水泵組狀態(tài)等工況自動啟閉，泵站監(jiān)控調(diào)度管理更加科學(xué)可靠，尤其是汛期為銀川市排水防澇系統(tǒng)運(yùn)行管理的科學(xué)性提供技術(shù)支撐。在2018 年7 月23 日、2020 年8 月16 日、2021 年3月31 日等城市防汛中，應(yīng)急指揮中心根據(jù)各泵站、易澇積水點傳輸?shù)膶崟r監(jiān)控數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程控制各泵站的啟閉，為防汛搶險隊伍迅速到達(dá)積水點提供快速準(zhǔn)確的判斷依據(jù)。為了進(jìn)一步提高泵站的管控水平、保障泵站運(yùn)行可靠經(jīng)濟(jì)，需對現(xiàn)有自控系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，使水泵泵組間實現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行。

（1）銀川市排水泵站多為定速水泵，但城市管網(wǎng)來水量不穩(wěn)定、泵站進(jìn)水量變化較大，水泵泵組運(yùn)行時啟閉頻繁、效率較低，致使水泵泵組及電機(jī)容易出現(xiàn)故障。因此需對水泵泵組進(jìn)行改造，形成變速水泵和定速水泵組合運(yùn)行。當(dāng)上游排水管網(wǎng)污水進(jìn)入泵站時，泵站集水池液位雖不穩(wěn)定，但通過變速水泵和定速水泵組合優(yōu)化運(yùn)行，使水泵泵組連續(xù)啟動、暫?；蜿P(guān)閉，水泵處于高效區(qū)運(yùn)行，保障泵組進(jìn)出水量一致、泵站穩(wěn)定運(yùn)行的同時，提升泵站工作效率及降低電耗。

（2）隨著銀川市排水泵站自動化控制系統(tǒng)的不斷完善，現(xiàn)有自控設(shè)備采用傳統(tǒng)電磁式電流、電壓互感器、斷路器等，按照泵站數(shù)字化智能化改造方向，逐步更換為電子式電流、電壓互感器、智能化開關(guān)等新型智能化設(shè)備，最終實現(xiàn)泵站控制的智能化，提升傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和高精度，并提高泵站安全水平。

（3）目前銀川市排水泵站自動控制系統(tǒng)品牌較多、軟件之間不兼容，有些廠家的模塊配件市場上難以買到，不利于后期維護(hù)，影響使用，為此需在自動化控制系統(tǒng)改造時逐步采用兼容性強(qiáng)、質(zhì)量好、市場庫存配件充足的主流產(chǎn)品。

（4）銀川市排水泵站現(xiàn)有管理、技術(shù)人員在自動化控制方面需要進(jìn)一步培養(yǎng)，尤其是需要掌握編程技術(shù)及相關(guān)工作經(jīng)驗，一旦泵站自動化系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可迅速到達(dá)現(xiàn)場，通過讀取記錄數(shù)據(jù)分析故障原因、泵站運(yùn)行狀態(tài)及發(fā)現(xiàn)故障點，提升泵站自動化的人機(jī)協(xié)作水平。

（5）按照“一網(wǎng)一圖一平臺”的信息化框架，統(tǒng)籌排水管網(wǎng)、排水泵站、污水處理廠及排水溝道等的聯(lián)合調(diào)度。即在重要河道、管網(wǎng)、泵站、污水處理廠增加水質(zhì)、水位、水量等數(shù)據(jù)采集設(shè)備的安裝，整合接入已有泵站自控和視頻數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全面的監(jiān)控覆蓋，為城市防汛、廠網(wǎng)河一體化等排水工作提供重要的數(shù)據(jù)支持，減少污水處理廠進(jìn)水負(fù)荷，提高處理能效。同時，雨季時，充分發(fā)揮排水管網(wǎng)、污水處理廠、排水溝道等的調(diào)蓄能力，減少雨季溢流，緩解城市內(nèi)澇積水問題。

4 結(jié)束語

銀川市排水泵站的自控系統(tǒng)正逐步進(jìn)入無人化值守、統(tǒng)一調(diào)度監(jiān)管階段。隨著城市的不斷發(fā)展，仍需對現(xiàn)有自控系統(tǒng)進(jìn)一步完善，使排水泵站在日常管理運(yùn)行中更加合理、經(jīng)濟(jì)，保障城市排水系統(tǒng)高效運(yùn)行的同時，為城市防汛排澇提高更加科學(xué)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐和決策依據(jù)。