一．項(xiàng)目概況

我國(guó)的污水管網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)起步較晚，排污泵站的自動(dòng)化技術(shù)研究也落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，對(duì)于這樣一個(gè)污染嚴(yán)重資源受限的發(fā)展中人口大國(guó)，發(fā)展?jié)M足排放要求、處理效果好、運(yùn)行費(fèi)用低和國(guó)產(chǎn)自動(dòng)化程度高、且自動(dòng)化水平較高的排污系統(tǒng)，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義，也是對(duì)國(guó)家節(jié)能減排的貢獻(xiàn)。

慈溪市位于浙江省東部，寧波市境北部，杭州灣南岸，全市行政區(qū)域面積1361平方公里。轄區(qū)內(nèi)污水輸送管線分為東線、西線、中線及中心城區(qū)，近年來結(jié)合慈溪市排水公司“泵站點(diǎn)上保安保潔和自動(dòng)化控制、輸送線上巡檢維護(hù)和統(tǒng)一調(diào)度”的集約化泵站運(yùn)行管理模式，設(shè)計(jì)建立管轄市域內(nèi)所有排污泵站和污水處理廠的管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控排水泵站和污水處理廠的運(yùn)行工況，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建一套“管網(wǎng)智能調(diào)度”輔助決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化控制、遠(yuǎn)程的在線遙控、各級(jí)泵站的統(tǒng)一調(diào)度、輸送管網(wǎng)與污水處理廠的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的最大化。

項(xiàng)目應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、可編程控制器PLC、工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，結(jié)合污水管網(wǎng)現(xiàn)有特征，設(shè)計(jì)出運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)能夠自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制、具有自動(dòng)故障應(yīng)急處理能力并且具有網(wǎng)絡(luò)通信能力的高性能、高可靠性的污水管網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)。

二．項(xiàng)目設(shè)計(jì)

u 建立一個(gè)集監(jiān)控組態(tài)運(yùn)行、調(diào)度運(yùn)營(yíng)管理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、歷史數(shù)據(jù)查詢以及系統(tǒng)維護(hù)一體化的系統(tǒng)。

u 采集慈溪市域所有污水泵站及污水廠的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)、主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及重要環(huán)境指標(biāo)參數(shù)等。

u 實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)慈溪市域所有污水泵站的工藝過程及全部運(yùn)行設(shè)備的自動(dòng)檢測(cè)和控制。

u 以污水處理廠為基礎(chǔ)單位，可分區(qū)域顯示管網(wǎng)污水走勢(shì)圖，帶有動(dòng)態(tài)參數(shù)顯示，趨勢(shì)報(bào)表顯示，自動(dòng)生成各類報(bào)表。

u 對(duì)各泵站液位數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期存儲(chǔ)后進(jìn)行整理、分析，為調(diào)度決策系統(tǒng)提供參考依據(jù)；

u 報(bào)警系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種故障在中控室進(jìn)行聲、光報(bào)警，并能將故障按預(yù)先設(shè)計(jì)好的分類進(jìn)行打印。

u 逐步實(shí)現(xiàn)污水泵站“現(xiàn)場(chǎng)無人值班或少人值班”的目標(biāo)，減輕操作人員的工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度。

u 通過視頻、安防設(shè)備加裝，使泵站內(nèi)的工藝設(shè)備、人員安全得到最大保障。

三．系統(tǒng)架構(gòu)

管網(wǎng)調(diào)度中心設(shè)立在慈溪市排水公司管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)科，通過分別設(shè)立數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器用于對(duì)管轄市域內(nèi)所有排水泵站的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視、控制；站點(diǎn)分布在慈溪市整個(gè)市域范圍內(nèi)，站點(diǎn)硬件種類眾多分別有西門子S7-200、S7-300，和利時(shí)的LK-210、LK-207，北京安控等系列PLC。系統(tǒng)圖如圖1所示；項(xiàng)目具體實(shí)施細(xì)則如下：

圖1

四．系統(tǒng)功能

管網(wǎng)調(diào)度中心SCADA監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用北京三維力控公司的組態(tài)軟件eForceCon Server V2.0,分別安裝在兩臺(tái)操作員站監(jiān)控計(jì)算機(jī)，雙機(jī)冗余方式，向下通過1000M光纖工業(yè)以太網(wǎng)與各泵站PLC控制系統(tǒng)相連，在調(diào)度中心對(duì)各級(jí)泵站的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并以文字或圖形方式展現(xiàn)；采集數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)服務(wù)器和建模運(yùn)算服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中；設(shè)備在“遠(yuǎn)程”模式下時(shí)，可以通過中控室操作員站遠(yuǎn)程控制泵站內(nèi)設(shè)備的啟停；被控對(duì)象的模擬量參數(shù)設(shè)置范圍限制，超出范圍時(shí)報(bào)警；對(duì)重要數(shù)據(jù)歸檔，保證操作的可靠性和安全性；組態(tài)報(bào)表打印，并按照排水公司運(yùn)行管理格式要求定制泵站的各類運(yùn)行報(bào)表。

4.1  提升泵站工藝過程監(jiān)視；如圖2所示為SCADA系統(tǒng)主監(jiān)視畫面，用于監(jiān)視污水提升泵站的整個(gè)工藝過程。在監(jiān)視畫面中可以查看泵站的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，如泵坑內(nèi)液位的變化、水泵的運(yùn)行電流、硫化氫和水泵運(yùn)行時(shí)間等；同時(shí)也可監(jiān)視泵站內(nèi)各設(shè)備的運(yùn)行狀況及實(shí)時(shí)報(bào)警情況，如水泵的啟停、格柵的啟停、閘門的開關(guān)以及相應(yīng)設(shè)備故障的實(shí)時(shí)報(bào)警信息；

在主監(jiān)視畫面中還提供了通往各分設(shè)備畫面的連接，如果想要對(duì)某個(gè)設(shè)備進(jìn)行操作，可以通過切換按鈕到對(duì)應(yīng)設(shè)備的監(jiān)控畫面。   

圖2

4.2  泵站內(nèi)水泵的遠(yuǎn)程監(jiān)控；在主監(jiān)視畫面中通過關(guān)聯(lián)按鈕切換到水泵的遠(yuǎn)程控制窗口，如圖3所示為泵站內(nèi)水泵的控制畫面；在操作畫面中，可以選擇水泵的運(yùn)行方式為“中控”或“自動(dòng)”；

當(dāng)選擇“中控”控制時(shí)，可通過控制畫面中的“中控啟動(dòng)”和“中控停止”按鈕對(duì)遠(yuǎn)端泵站的水泵進(jìn)行啟、停操作；

當(dāng)選擇“自動(dòng)”控制時(shí)，遠(yuǎn)端泵站內(nèi)的水泵可按預(yù)先設(shè)定好的控制模式，根據(jù)泵坑內(nèi)水位的變化自動(dòng)啟、停水泵。 

圖3

4.3  泵站內(nèi)輔設(shè)的遠(yuǎn)程監(jiān)控；在主監(jiān)視畫面中通過關(guān)聯(lián)按鈕切換到輔助設(shè)備的控制畫面，如圖4所示為泵站輔助設(shè)備的控制畫面；在操作畫面中，可以監(jiān)視泵站內(nèi)除臭、格柵、閘門和運(yùn)輸機(jī)等輔助設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)；同時(shí)也可根據(jù)各輔助設(shè)備所具備不同的工藝過程選擇相應(yīng)的控制模式；

圖中閘門只具備手動(dòng)控制模式，在管網(wǎng)調(diào)度中心通過“手動(dòng)開”和“手動(dòng)關(guān)”按鈕去控制遠(yuǎn)端泵站內(nèi)閘門的開或關(guān)；其他設(shè)備都具備手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制模式；當(dāng)選擇“中控手動(dòng)”時(shí)，可通過對(duì)應(yīng)設(shè)備的“手動(dòng)開”和“手動(dòng)關(guān)”按鈕操控現(xiàn)場(chǎng)相應(yīng)設(shè)備的啟停；當(dāng)選擇“中控自動(dòng)”時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備將根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的運(yùn)行模式自動(dòng)運(yùn)行；  

圖4

4.4  液位的趨勢(shì)報(bào)表查詢；通過任務(wù)欄導(dǎo)航按鈕切換到趨勢(shì)報(bào)表查詢畫面，如圖5所示為泵站液位趨勢(shì)查詢畫面；趨勢(shì)報(bào)表可查詢液位實(shí)時(shí)趨勢(shì)和歷史趨勢(shì)，也可將不同泵站的液位趨勢(shì)走向在同一張報(bào)表中展現(xiàn)出來進(jìn)行比較、分析；

歷史查詢時(shí)首先添加需要查詢的泵站名稱，之后確定查詢的開始時(shí)間，設(shè)置查詢間隔，便可查詢出對(duì)應(yīng)泵站某一歷史時(shí)段內(nèi)的液位趨勢(shì)走向圖；

圖5

4.5  泵站聯(lián)動(dòng)功能；在之前的運(yùn)行模式下，同一污水輸送管線中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)后一級(jí)泵站的液位已經(jīng)達(dá)到了警戒液位，而前級(jí)泵站卻依然在打水，最終導(dǎo)致管線內(nèi)污水溢出、倒灌，甚至淹沒農(nóng)田的情況都經(jīng)常發(fā)生，對(duì)周邊居民的生活造成了不良影響，排水公司也因此遭受重大的經(jīng)濟(jì)損失；考慮到此種情況的發(fā)生，在監(jiān)控系統(tǒng)中加入泵站聯(lián)動(dòng)功能；如圖6所示為污水管網(wǎng)泵站聯(lián)動(dòng)控制畫面；開啟聯(lián)動(dòng)功能后，如果后級(jí)泵站的液位達(dá)到了警戒液位，前級(jí)泵站將自動(dòng)將開啟的水泵轉(zhuǎn)為停止?fàn)顟B(tài)，保證管線輸水能力保持在正常范圍內(nèi)。 

圖6

4.6  自定義統(tǒng)計(jì)報(bào)表；監(jiān)控系統(tǒng)可按照排水公司運(yùn)行管理格式要求定制泵站的運(yùn)營(yíng)報(bào)表，如圖7所示為西部2#泵站日?qǐng)?bào)表中班部分；自定義報(bào)表中可分別按照日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)的格式進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)查詢，查詢指標(biāo)通過配置添加；其中日?qǐng)?bào)查詢又根據(jù)泵站實(shí)際運(yùn)營(yíng)管理情況按早班、中班、晚班進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)查詢；圖中所示日?qǐng)?bào)表中收錄了天氣、液位、水泵運(yùn)行時(shí)間、估算耗電量等指標(biāo)，在每班報(bào)表的小結(jié)中還體現(xiàn)出本班值班員值班期間泵站內(nèi)液位變化的平均值、泵站內(nèi)泵機(jī)的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間以及本班內(nèi)泵站所消耗的電能；統(tǒng)計(jì)報(bào)表的顯示風(fēng)格、形式、框架可自定義。

 圖7

4.7  泵站的信息管理；主要用于管理泵站的基建資料及運(yùn)維情況；泵站長(zhǎng)久運(yùn)營(yíng)管理中，由于人員的變動(dòng)或其他情況造成的管理不善會(huì)使最初泵站的建設(shè)信息不斷的缺失，使得后期對(duì)泵站的運(yùn)維難度逐漸增加，為了杜絕這一現(xiàn)象的延續(xù)，故此增加了泵站信息管理功能模塊如圖8所示為西部4#泵站的信息管理界面，系統(tǒng)維護(hù)人員通過該界面可錄入泵站地址、規(guī)模、建造時(shí)間、地理坐標(biāo)、自控網(wǎng)絡(luò)/視頻地址、管道管徑、進(jìn)水標(biāo)高和出水標(biāo)高等基礎(chǔ)建設(shè)信息；當(dāng)泵站在正常的運(yùn)營(yíng)過程中有發(fā)生維修或保養(yǎng)時(shí)，可以對(duì)泵站具體設(shè)備的維修、保養(yǎng)情況進(jìn)行記錄；

圖8

4.8  管網(wǎng)液位分析功能；提示泵站內(nèi)泵機(jī)的啟停、泵組的切換、格柵的開啟、閥門的開關(guān)等設(shè)備操作都與站內(nèi)液位的變化緊密相連，由此可知液位在提升泵站自動(dòng)化運(yùn)行過程中的重要性；

如圖9所示為監(jiān)控系統(tǒng)按照污水管網(wǎng)分布情況對(duì)同一污水輸送管線中各泵站的液位進(jìn)行分析、比較查詢；圖中同一條污水輸送管線上所有泵站的液位都遵照黃海標(biāo)高的表現(xiàn)形式立體動(dòng)態(tài)的展現(xiàn)給運(yùn)行維護(hù)人員，幫助其分析整條管線上各泵站內(nèi)污水實(shí)時(shí)分布情況，為正確的運(yùn)營(yíng)管理做出判斷。

圖9

4.9  報(bào)警查詢功能；在主監(jiān)視畫面中通過關(guān)聯(lián)按鈕切換到報(bào)警查詢畫面，如圖10所示為SCADA監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警查詢畫面；在操作畫面中通過樹形菜單可選擇查看相應(yīng)提升泵站的歷史報(bào)警信息，并可根據(jù)要求將泵站報(bào)警信息進(jìn)行打??；

圖10

4.10  調(diào)度功能說明

為了實(shí)現(xiàn)泵站的生產(chǎn)管理和宏觀調(diào)度功能，在SCADA監(jiān)控平臺(tái)的基礎(chǔ)上根據(jù)污水流量的動(dòng)態(tài)變化及泵站集水井水位的變化，運(yùn)用智能控制方法對(duì)污水管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)管網(wǎng)水位、流量和污水處理廠受水能力的最優(yōu)調(diào)節(jié)控制，重點(diǎn)解決了各污水輸送管線的輸送流量匹配問題。

4.10.1  調(diào)度策略：如圖11所示為系統(tǒng)調(diào)度策略執(zhí)行示意圖，它以污水管網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和用戶調(diào)度指令作為輸入，輸出為各泵站最優(yōu)泵組啟/停液位組；調(diào)度決策指令發(fā)送至各級(jí)泵站LCS控制系統(tǒng)后，各泵站LCS控制系統(tǒng)按照接受到的最優(yōu)啟停液位組對(duì)本地潛水泵進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，同時(shí)將污水管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)信息通過監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)反饋給管網(wǎng)調(diào)度中心，為系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)度調(diào)整和數(shù)據(jù)的積累作為參考依據(jù)。

圖11

　　4.10.2  調(diào)度計(jì)劃配置；根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，污水管網(wǎng)在不同季節(jié)、不同時(shí)段、不同氣候條件下所需執(zhí)行的調(diào)度策略不同，如圖12所示為調(diào)度計(jì)劃配置功能窗口；事先可根據(jù)季節(jié)或氣候的變化特點(diǎn)不同人工設(shè)置、存儲(chǔ)不同的調(diào)度策略，如正常調(diào)度、高峰調(diào)度、低谷調(diào)度、雷雨調(diào)度等，將設(shè)置的調(diào)度策略進(jìn)行整合后加入到正常的調(diào)度計(jì)劃中執(zhí)行；例如當(dāng)執(zhí)行日調(diào)度計(jì)劃時(shí)，可將一天分為幾個(gè)不同時(shí)段，通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析作為參考依據(jù)，設(shè)置不同時(shí)段內(nèi)泵站內(nèi)泵組的 啟/停 液位；

調(diào)度策略中引入了天氣預(yù)報(bào)連鎖功能，當(dāng)選中投入運(yùn)行時(shí)，可根據(jù)未來（6-24小時(shí)）天氣情況決定投入何種調(diào)度方案，在雷雨季節(jié)時(shí)可提前將污水提升泵站及污水輸送管線內(nèi)的污水排空，充分利用污水管網(wǎng)的蓄水能力，盡可能將收集的污水輸送至污水處理廠處理，減少排江量。該功能的引入實(shí)現(xiàn)了泵站運(yùn)行自動(dòng)化向智能化的跨越。

圖12

五．項(xiàng)目總結(jié)

通過力控eForceCon Server軟件的安裝與部署，現(xiàn)提升泵站控制情況可以在調(diào)度中心統(tǒng)一管理，SCADA監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在中心對(duì)各級(jí)泵站的設(shè)備情況進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和運(yùn)行監(jiān)控；調(diào)度管理系統(tǒng)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、分析后送入調(diào)度輔助決策模塊，通過調(diào)度輔助決策模塊根據(jù)管網(wǎng)內(nèi)污水匹配情況按照預(yù)先設(shè)定好的調(diào)度方案進(jìn)行合理的調(diào)度管理；

排污管網(wǎng)及提升泵站的信息化建設(shè)投入運(yùn)行，真正實(shí)現(xiàn)了監(jiān)、管、控一體化的調(diào)度模式。系統(tǒng)自建成投入運(yùn)行后，大大提升了排水公司的運(yùn)營(yíng)效率。實(shí)現(xiàn)泵站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)一目了然，預(yù)警信息及時(shí)準(zhǔn)確，中心調(diào)度人員對(duì)泵站工作人員的工作狀態(tài)及泵站設(shè)施的現(xiàn)場(chǎng)情況，實(shí)時(shí)掌握。不僅解決了管線的整體調(diào)度問題，還能及時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。提升管理效率的同時(shí)，最大限度的降低了風(fēng)險(xiǎn)，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行；受到了用戶的好評(píng)。