银川市城市排水泵站自控改造应用与实践

2021-02-10杨军

设备管理与维修 2021年24期

杨军

（银川市市政工程管理处，宁夏银川 750011）

0 引言

城市排水泵站是城市防汛排涝的重要设施之一。传统的人工管理模式中排水泵站的启停，根据经验值操作，会造成电耗较大、管理粗放。随着信息化技术的快速发展，人工管理模式逐渐向智慧监管模式方向转变。通过搭建监控管理系统，借助网络查询相关信息，下达管控命令，实现智慧监管。对排水泵站进行自动化监控系统改造是城市社会经济发展的必然要求，可以有效达到提高泵站管理水平、减员增效的目的。

城市排水泵站监测分为两类，一类是PLC 远程自控，一类是泵站视频监控。排水泵站PLC 远程自控是为下一步污水处理厂、排水管网和排水泵站联合调度打下远端控制基础，泵站视频监控是为了实时掌握各排水泵站、道路积水点实时状况，从而进行更合理有效地维护，更好地提高排水泵站管理水平、提高效率，减少泵站内人工成本及工作强度，实现无人值守。

1 人工管理模式下排水泵站存在主要问题

目前，银川市现投入运行的泵站共计22 座，其中兴庆区7座、金凤区8 座、西夏区7 座。共有雨水泵31 台，雨水泵排水总流量为26 470 m3/h，共有污水泵81 台，污水泵排水总量为105 326 m3/h。2014 年以前，一直采用人工值守的方式来管理泵站。这种管理模式使得排水泵站的启停，完全依赖于当日值守工作人员的经验及操作规程。如当污水处理厂水位较低、较高或降雨前，都需通过电话通知相关泵站值守人员手动启停泵组，而值守人员还需要根据泵站上游管网来水量的大小等因素判断同时开启几台水泵，以便于及时排出雨污水，又要保证水泵经济合理运行，避免过度启停造成水泵故障等问题。这种传统的人工管理模式存在以下4 个问题：①泵站运行效率不高、可靠性较差。排水泵站各水泵组的启停完全由值守人员按部就班执行相应操作，对泵组启停数量也依赖于值守人员。因此，对值守人员的责任心及管理水平要求较高，一旦其操作出现失误，就容易引发较大事故；②泵站人工费用等管理成本较高、泵组运行电费也不经济。人工值守泵站需手动开启高低压配电设施启闭开关、集水池闸阀和水泵控制开关等，尤其是集水池闸阀的操作，危险性高且劳动强度大；同时，泵站需24 h 有人值守，值守人员倒班工作，每年需支付其人员工资，相对于泵站维护费用较高；③排水泵站部分设备存在的安全隐患不易被及时发现。部分泵站电气、泵组运行年限较长，存在开关触头接触不良、操作机械磨损严重等问题，而人工值守时因值守人员经验、水平良莠不齐，不能及时发现存在问题；④市政部门在对排水泵站进行管理时，尤其是降雨时，不能及时掌握泵站集水池、雨污水泵组等的运行情况及相关数据。

2 排水泵站改造内容

2015 年起，银川市逐步对所辖排水泵站进行PLC 自动化改造，以实现远程自控。至今，西门泵站、进宁街泵站等10 座排水泵站已实现远程自控。该自控系统主要包括管理平台、泵站监控中心（位于大连路泵站内）、泵站测控终端、通信系统、计量测量设备和摄像设备等。即可通过管理平台，对自动化泵站排水泵组、高低压配电设施等进行远程启闭并监测泵组运行、停止及故障等状态，实现对泵站电流、电压、集水池液位控制、时间控制、间隔时间控制、自动控制、远程控制、每天开泵时间计算、每天流量计算、数据报表、曲线查询和报警等功能，以及出现异常时进行人工干预。市政排水泵站画面如图1 所示。

图1 市政排水泵站

同时，应急指挥中心管理系统包含各个已改造泵站内的泵房泵组监控、配电室监控、控制室监控、院落监控及城市道路低洼易积水处进行视频监控等，24 h 不间断工作，记录各雨污水泵组、配电室高低压柜、启闭机等运行的监测资料，并将监控系统前端数字信号通过内部局域网络传输到各自监控室，再通过网络硬盘录像机上传至显示屏。通过摄像头采集现场视频图像，并将监控视频通过专网，传输至大连路泵站指挥中心显示大屏，以达到指挥中心实时查看各个泵站运行情况的需求，便于管理人员实时查看易积水点积水实况、实现无人值守，保障汛期道路积水及时发现、及时处理。系统架构具体如图2 所示。

图2 系统架构

为进一步提升泵站科学化管理水平，银川市将对亲水大街泵站、胜利街泵站、正源北街泵站等的高低压配电设备、水泵泵组、集水池闸阀等进行PLC 自动化改造，实现管辖排水泵站自动化控制全覆盖和城市防汛时的远程调度目的。

目前，需改造泵站中胜利路泵站、长城路泵站、阅海应急泵站、正源北街泵站、军区路（培华路）泵站无PLC 自控设备，根据现有排水设施的建设情况，进行PLC 自控系统新建，实现远程集中自控；其余7 座泵站已有PLC 自控设备，只需实现远程集中自控管理。视频监控方面，需要统一所有泵站的视频监控、完善相关配套设施，将新改造积水易涝点监控系统、泵站监控系统与既有平台进行系统对接整合。同时，将所有数据用于信息化集中展示控制，为泵站调度指挥提供依据，方便管理部门对城市排水、防汛调度的整体把控。改造中，前端设备主要为系统配置半球式网络广角摄像头、网络枪式摄像机，并采用POE 供电方式，完成前端视频信息的采集；控制部分主要为由24 口千兆交换机、32 路网络硬盘录像机等组成，完成视频传输、存储，录像回放等功能；显示部分主要将各个泵站监控控制室内显示屏显示本泵站的监控画面，指挥中心汇集所有泵站的视频监控画面，完成画面实时查看及录像回放下载等功能。

3 经验及建议

目前，银川市泵站自动化改造正在有序推进。PLC 自动控制改造使得排水泵站实现自动化监控，可根据泵站集水池水位、雨污水泵组状态等工况自动启闭，泵站监控调度管理更加科学可靠，尤其是汛期为银川市排水防涝系统运行管理的科学性提供技术支撑。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，应急指挥中心根据各泵站、易涝积水点传输的实时监控数据，远程控制各泵站的启闭，为防汛抢险队伍迅速到达积水点提供快速准确的判断依据。为了进一步提高泵站的管控水平、保障泵站运行可靠经济，需对现有自控系统进行改进，使水泵泵组间实现优化运行。

（1）银川市排水泵站多为定速水泵，但城市管网来水量不稳定、泵站进水量变化较大，水泵泵组运行时启闭频繁、效率较低，致使水泵泵组及电机容易出现故障。因此需对水泵泵组进行改造，形成变速水泵和定速水泵组合运行。当上游排水管网污水进入泵站时，泵站集水池液位虽不稳定，但通过变速水泵和定速水泵组合优化运行，使水泵泵组连续启动、暂停或关闭，水泵处于高效区运行，保障泵组进出水量一致、泵站稳定运行的同时，提升泵站工作效率及降低电耗。

（2）随着银川市排水泵站自动化控制系统的不断完善，现有自控设备采用传统电磁式电流、电压互感器、断路器等，按照泵站数字化智能化改造方向，逐步更换为电子式电流、电压互感器、智能化开关等新型智能化设备，最终实现泵站控制的智能化，提升传输数据的准确性和高精度，并提高泵站安全水平。

（3）目前银川市排水泵站自动控制系统品牌较多、软件之间不兼容，有些厂家的模块配件市场上难以买到，不利于后期维护，影响使用，为此需在自动化控制系统改造时逐步采用兼容性强、质量好、市场库存配件充足的主流产品。

（4）银川市排水泵站现有管理、技术人员在自动化控制方面需要进一步培养，尤其是需要掌握编程技术及相关工作经验，一旦泵站自动化系统出现故障，可迅速到达现场，通过读取记录数据分析故障原因、泵站运行状态及发现故障点，提升泵站自动化的人机协作水平。

（5）按照“一网一图一平台”的信息化框架，统筹排水管网、排水泵站、污水处理厂及排水沟道等的联合调度。即在重要河道、管网、泵站、污水处理厂增加水质、水位、水量等数据采集设备的安装，整合接入已有泵站自控和视频数据，实现全面的监控覆盖，为城市防汛、厂网河一体化等排水工作提供重要的数据支持，减少污水处理厂进水负荷，提高处理能效。同时，雨季时，充分发挥排水管网、污水处理厂、排水沟道等的调蓄能力，减少雨季溢流，缓解城市内涝积水问题。