城市智能化排水系统浅析

张平利

一、引言

城市排水系统，作为城市功能的重要组成部分，在保证居民正常生活上起着重要的作用。目前濮阳市污雨水排放虽然有所改善，但是距离环保要求还有一定差距。河两侧出水口闸板全部是现场开启和关闭，当开启雨水闸板时雨水管道内原有沉积的雨水排进河里，造成河水变黑现象。

另外，城区内泵站的集水池都是雨污合流形式的，下雨时开启雨水泵，集水池内部分污水顺着出水口排进河里，也是造成河水变黑的主要原因。为了减少河水污染，河边出水闸板中雨以下不开启，全靠污水管道输送污雨水到污水处理厂处理后排到河里，管道细流不及，造成了路面积水现象。

针对以上问题，本文结合濮阳市污雨水排放现状进行了分析探讨，并提出了一套智能化排水理念。

二、智能化排水系统

智能化排水系统，是一种排水联动机制，城市排水及污水处理形成了集中统一管理。 具体而言，是指将河道两侧出水口闸板开启、泵站提排、污水处理等有机结合，实现分散监控，集中管理，使城市排水更加系统化、科学化。

（一）智能化排水系统基本设计思路

本系统主要思路是改造扩容四座污水处理厂，重新布局前期雨水管道，前期雨水管道终端直接和污水处理厂进水池相通，并设置专用闸板，首先主要和各泵站前期雨水泵出口相接通，并设置专用闸板。将河道各排放出口设置一套雨水专用闸板。如果出口管道是方沟采用橡胶密封的手电两用方闸板。如果出水管道是圆形的就采用手电两用的不锈钢球阀，闸板现场控制箱内部现场设置与 PLC 控制终端相匹配的传输端口，各个控制现场设置污水监测传感器、液位控制传感器。实时监测出口水质和液位情况，并把监测数据上传到PLC终端柜，现场控制器根据现场液位和水质情况开闭出水闸板。

各市政雨水泵站部分雨水泵改造成前期雨水泵，出口和前期雨水管线相连，雨水泵与通向河道的雨水管道相连，雨水泵通过出水阀门进入河道。当中雨以下雨量时直接开启前期雨水泵，通过前期雨水泵提排到污水处理厂，处理后再重新排向河道。下大雨前期，启动前期雨水泵把管道里的沉积雨水排干净后再启动雨水泵排向河道，这样避免了河水变黑又减少路面积水。

另外， 现场PLC监控系统可以实现雨水有效控制。当水质和液位传感器监测到水位很高，水质达到雨水排放指标时，河边出水口闸板自动开启，当河道两侧的雨水出水管道闸板启闭机打开时泵站设备也相继运行。当河道出水闸板附近水质监测传感器检测到雨水污染超标时闸板自动关闭，同时各雨水泵站雨水泵也相继关闭，同时市政污水管道的出水闸板打开，前期雨水泵启动。当水质检测系统检测到出口雨水严重超标（超过污水处理厂处理能力）时，关闭所有闸板，同时系统报警。同时，现场PLC终端柜把系统采集数据上传到监控中心，工作人员根据情况查找污染源。

（二）系统初步设计方案

智能化排水系统分管道设施改造和自控系统改造两部分组成，管道设施改造主要是改造污水厂和市政管线，针对目前管道和污水处理能力分析，目前的管道及处理厂设计标准低，需要重新改造扩容，污水厂进水池的容量需要比原有的再扩容三分之一，市政污水管道需要重新铺设前期雨水管道，而且前期雨水管道建议设计成1000m×1000m的方沟，主要连接城区内积水点及各前期雨水泵出口，并设有专门闸板。改造低于800mm以下的雨水管道为1000mm以上的管道，而且雨水管道主要与积水点和城区内所有雨水泵出口相接，并设置有专用进出口闸板，所有管道内部的闸板都改造成手电两用并留有PLC端口，并且和PLC终端柜连接实现就地控制，另外，通过交换机上传监控中心实现集中监控管理。

智能化排水系统主要由控制中心、分控点两部分组成。控制中心设在调度监控管理中心，监测控制点 40 个。工控机采用西门子设备，软件设计采用最流行的软件平台，该系统所有设备均设有现场控制开关，开关可以转换，设有“0”“手动”“自动”。当转换到“自动”时为计算机控制，转换到“手动”时启动现场的“停止”“启动”按钮，转换到“0”时设备停止运行。该状态是设备处于处理故障或運行发生紧急情况。闸板或水泵类设备的“运行”“停止”状态必须显示在计算机画面上。“开”“关”两种状态在计算机画面上显示正确位置，这种信号是通过装在现场的各类传感器采集到的各种信号，发送到PLC，通过PLC自动实现闸板启停。现场的闸门启闭机和水泵等设备设置过载报警，系统运行范围外的设备启动或停止，系统发出报警信号。

智能化排水系统还能根据管道压力识别雨水大小，当预先设置好中雨时开始提开闸板向河道排水，当管道压力达到一定范围，污水检查系统检测到水成分符合排放标准，河边出水闸板自动打开，各雨水泵站自动启动。（见图）。

（三）各部分功能

1.控制中心

控制中心通过 VPN 与设备与 Internet 网连接，通过 VPN—IP 地址采集各控制点的数据，然后保存到服务器的实时数据库里，作为数据备份和终端监控软件调用。实时显示水位情况、开关状态和各监测水质情况、流量等参数及各种故障。能用工控机的鼠标键盘对各种闸板及水泵进行控制，具有密码锁功能。

2. PLC 现场分控站点

根据实际情况设置 40 个现场子站，现场子站选用可编程控制（PLC）

组成控制单元， PLC子站与相应的 MCC 置于同一地点，每个现场子站设置人机界面，并负责采集各种设备的运行状态信号，负责把各种信号上传到主控室中的主机，对各设备进行监控。

3. 监控室计算机监控管理系统

主要完成各种设备的集中操作，并对各种设备的运行状态进行监控及对故障点进行报警，还可以对控制参数进行在线修改和调整，与各现场控制子站点 PLC 进行传输、通讯，收集各现场控制子站送来的检测信息、运行状态和各种参数，同时进行汇总、运算、处理、报警、故障分析等，最终完成对现场设备的优化控制。

三、智能化排水系统工程建设的可行性

智能化排水系统作为一项系统工程，是环保和科技发展进步的产物，目前城区内原有污水处理厂进行扩容改造。濮阳市正在进行污水雨水分流工程建设及河流截污工程建设施工，智能化排水理念渗透到工程建设中，预计到2020年底，濮阳市城市排水就可以实现智能化控制。

该系统建成后可以实现资源共享，能够把市政排水、污水处理、城区泵站、防汛、河水治理等有机结合，实现统一管理集中控制，部分叠加的职能合并一起，节省人力和物力。该系统建成后可以实现无人值守，操作起来快捷准确。

四、结语

智能化排水系统，是一种排水联动机制，城市排水及污水处理形成了集中统一管理，集中监控，彻底解决了河水变黑，路面积水，智能化排水系统是经济及科技发展的必然产物，具有很大的现实意义。

（责任编辑：冷中华）