智慧水务在泵站改造自控设计中的运用

施晨飞

摘要：随着城市的发展，技术的提升，智慧水务在城市建设尤其是水环境建设中起到越来越重要的作用，本文通过工程实例详细介绍了智慧水务在实际工程中的运用及优势。

1概述

智慧水务是在水务信息化的基础上高度整合水务信息资源并加以开发利用，以云计算、大数据、物联网和移动互联网等信息技术为支撑，通过智能设备感知水务企业生产、环境、状态等的全方位变化，对海量感知数据进行传输、存储和处理，实现海量数据的智能分析，为水务企业生产、经营、服务和管理提供服务决策支撑，从而达到“智慧”状态。智慧水务涵盖了水文、水质、水资源、供水、排水、防汛防涝等各个方面。智慧水务具有实时感知、全面整合、智慧应用、协同运作等突出特征。

本次泵站改造设计以GIS与SCADA系统整合而成的一体化数据管理平台，深入开展数据挖掘和大数据分析工作，全面提高了城市泵站污水排放的智慧决策和管理水平。

2工程概况

2.1项目背景

南京地区目前正在运行的污水泵站多数已年代久远，泵站内不少设备老化，且无法买到备品备件，水泵运行效率低下，严重影响泵站的排水功能，对其服务范围内的排水已造成较大影响。部分未建自控系统的泵站无法进行实时监控，无法切实提高排水设施的运行与调度能力，造成管理和维护的极大不便。

2.2目前存在的问题

本工程所涉多座污水泵站建设年代为2002～2009年，与其一并投入运行的捞污机、水泵和配套的启动柜使用时间已长达近20年。期间该部分设备只经过维护检修，某些常用设备甚至已进行过数次大修，至今并未更换。同时大部分泵站电气系统老化，未建自控系统，存在极大安全隐患，无法实时监控与调度。

3 改造方案

3.1工程目标

在尽量利用现状设施的前提下，通过对污水泵站改造，使其充分发挥排水功能，改善泵站的运行管理条件，提供污水收集系统的安全性、可靠性，实现排水设施运行、调度及管理的科学性及规范性，达到南京市水环境治理的总体要求以及智慧水务的要求。

3.2工程内容

一、建设运行调度管理中心站

建设调度管理中心站，配置硬件、软件设备，搭建系统平台，建成中心站调度管理系统。

運行调度管理系统包括泵站SCADA系统、视频采集及传输系统、中心站数据与图像综合显示系统、排水调度辅助决策系统、泵站设施综合数据库系统等子系统。

（1）泵站SCADA系统

各泵站点设置自控系统，自控系统采用结构形式为“站点现场PLC+工业以太网（MPLS-VPN）+中心站SCADA系统上位机”。系统包括现场泵站自控系统、中心站SCADA系统、网络通讯系统。

（2）视频采集及传输系统

为确保排水设施的运行安全，实现远程调度的可视化，各泵站点设置视频监控系统，主要针对大门、围墙、格栅间、重点闸门、泵房内及配电间等重点区域布防，采用“前端网络摄像机+安防设备网+远程集中监控”的结构模式。泵、闸站通过电信MPLS-VPN宽带接入中心站视频监控平台。

（3）中心站数据与图像综合显示系统

各泵站、水闸站点通过网络上传至中心站的数据与图像可以WebGIS显示的方式，以WEB网站发布的形式，实时、动态、定点、定位地显示排水设施运行实况;并通过该系统与气象局的网络接口，动态反应气象预报的变化、云图的走向等数据内容;系统数据除在PC端展示外，也可通过APP方式做移动设备展示。

（4）排水调度辅助决策系统

城市排水作为市政水环境中重要的一环，其运行和管理与城区防汛及下游污水处理设施的运行管理密不可分。系统根据SCADA系统、视频采集及传输系统、气象部门各类信息及视频信号，依托数据集图像综合显示系统，制定严谨的应急预案及调度决策。在突发事件及灾害预警时，提供辅助决策;在日常运行时，根据设备运行参数及整个排水系统的工艺参数，提供泵站、水闸运行的优化方案，提供设备管养、维护方案，确保排水设施科学、合理、及时、有效的运行。

（5）泵站设施综合数据库系统

项目建设要求形成排水设施实时数据库、排水设施历史数据库、市政设施数据、指令传达数据库等，同时对上述数据库的数据存储、整理、转存、备份、变更、增删等维护功能。在中心站系统运行采用多机冗余备份、并实现数据库同步功能。

二、新建、扩建自控系统

（1）泵站自控系统

对需要改造的泵站新建自控系统。所有站点监控信号上传至管理中心站。

泵站设置PLC站，配置高性能PLC、以太网交换机、HMI、UPS等设备，PLC站完成数据采集及监控功能，HMI用于现场显示及巡检时进行设备操作、参数修改等功能，UPS为监控设备及检测仪表提供不间断电源，在线时间不小于2小时。

（2）在线仪表系统

泵站点根据现状具体情况设置在线检测仪表。根据自动化控制要求，泵站需设置超声波液位计、流量计、液位开关、有害气体检测等在线检测仪表，另可根据需要设置COD、氨氮等水质分析在线检测仪表。仪表采用4～20mA标准信号或开关量信号接入PLC。三、老旧设备改造

对污水泵站部分老旧设备进行更换。

4 工程优势及特点

一、采取最新技术，实现数据、视频的采集及传输

泵站采用高可靠性、高稳定性、高开放性的工业级PLC作为数据采集设备，对泵站设备、在线仪表、视频等数据进行采集，提高了系统的智能化水平。

泵站、闸站设置高清网络摄像机，实现了防汛指挥的可视化。

数据及视频信号通过电信部门MPLS-VPN方式上传至中心站，提高了泵站排水信息的及时性、可靠性及有效性。

二、实现资源整合、信息共享

利用互联网建设“智慧南京”，实现信息共享。

在本期系统设计中，充分考虑内部、外部的资源整合及信息共享，避免重复建设、重复投资。例如：引入南京市气象部门的相关信息，及时掌握卫星云图、现阶段及未来时段的气象信息，通过GIS卫星地图获取各个站点及污水管网具体位置、设备运行情况，做好排水调度、人员设备物资的调配等。根据排水设施运行管理系统的摄像头位置调用实时视频，全面了解各个站点的水情信息。

三、数据的应用方式多类型、多形式

数据显示结合GIS技术，实现地图化。

站点数据不但包括实时数据、历史数据、统计报表等内容显示，还包括站点视频监控信息、人员及物质的配备情况，以及站点水位、流量、水质、机泵运行数据统计分析等内容。

中心站设置大屏显示系统，具有全屏显示、多屏显示、画中画、画面叠加及漫游、画面自由组合、跨屏显示、图像透视等功能，能直观反映出各站点运行调度情况。

数据除在中心站电脑、工作人员PC机上显示，还可在移动平板、手机上显示。

通过多样化、多形式的数据顯示，及时、准确、全面掌握各站点总体情况，为指挥调度的决策提供更加及时、准确、可靠的技术支撑。

四、系统具有高度开放性和可扩展性

本期调度管理中心站预留公司信息化系统的通讯接口，为今后新站点的接入提供支持，平台具有高度集成性，南京市所有排水站点信息均接入此平台，方便调度及管理。同时系统平台搭建时充分考虑了系统的安全性及性能需求。

五、智慧水务的先进理念

本此泵站改造工程建设充分运用了智慧水务的先进理念，从站点基础设施建设到智能化管理中心站的建设，贯彻了网格化的管理理念，依托数学模型，开展规划、建设、管理与调度，为实现科学调度、精细化调度提供决策支持。

系统依托云技术、物联网、大数据等新技术，实现了平台化的资源整合，贯彻元素化的管理理念，细化单元、落实责任，提高管理效率。

5 实际运行效果及智慧水务发展展望

本期工程完成后，基本建成了“采集自动化、传输网络化、处理实时化、管理数字化、决策智能化、指挥可视化”的站点调度管理系统。系统运行可靠，在南京市泵站排水调度管理工作中起到了重要的作用。

项目建成后，上述污水泵站正常运行，确保其服务范围内的污水能够经市政管网进入污水处理厂，对周边水环境的影响极其有益，也保障了泵站服务范围内居民的生活品质。社会效益和环境效益都很明显。

参考文献

[1]廖正伟，胡燕华，丁陈.智慧水务研究与实践[M].北京：科学出版社，2018

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[3]林望黎.基于常规水质指标的城市河道污染源判别方法研究[D].浙江大学，2019.