城市智能化排水系統淺析

張平利

一、引言

城市排水系統，作為城市功能的重要組成部分，在保證居民正常生活上起著重要的作用。目前濮陽市污雨水排放雖然有所改善，但是距離環保要求還有一定差距。河兩側出水口閘板全部是現場開啟和關閉，當開啟雨水閘板時雨水管道內原有沉積的雨水排進河里，造成河水變黑現象。

另外，城區內泵站的集水池都是雨污合流形式的，下雨時開啟雨水泵，集水池內部分污水順著出水口排進河里，也是造成河水變黑的主要原因。為了減少河水污染，河邊出水閘板中雨以下不開啟，全靠污水管道輸送污雨水到污水處理廠處理后排到河里，管道細流不及，造成了路面積水現象。

針對以上問題，本文結合濮陽市污雨水排放現狀進行了分析探討，并提出了一套智能化排水理念。

二、智能化排水系統

智能化排水系統，是一種排水聯動機制，城市排水及污水處理形成了集中統一管理。 具體而言，是指將河道兩側出水口閘板開啟、泵站提排、污水處理等有機結合，實現分散監控，集中管理，使城市排水更加系統化、科學化。

（一）智能化排水系統基本設計思路

本系統主要思路是改造擴容四座污水處理廠，重新布局前期雨水管道，前期雨水管道終端直接和污水處理廠進水池相通，并設置專用閘板，首先主要和各泵站前期雨水泵出口相接通，并設置專用閘板。將河道各排放出口設置一套雨水專用閘板。如果出口管道是方溝采用橡膠密封的手電兩用方閘板。如果出水管道是圓形的就采用手電兩用的不銹鋼球閥，閘板現場控制箱內部現場設置與 PLC 控制終端相匹配的傳輸端口，各個控制現場設置污水監測傳感器、液位控制傳感器。實時監測出口水質和液位情況，并把監測數據上傳到PLC終端柜，現場控制器根據現場液位和水質情況開閉出水閘板。

各市政雨水泵站部分雨水泵改造成前期雨水泵，出口和前期雨水管線相連，雨水泵與通向河道的雨水管道相連，雨水泵通過出水閥門進入河道。當中雨以下雨量時直接開啟前期雨水泵，通過前期雨水泵提排到污水處理廠，處理后再重新排向河道。下大雨前期，啟動前期雨水泵把管道里的沉積雨水排干凈后再啟動雨水泵排向河道，這樣避免了河水變黑又減少路面積水。

另外， 現場PLC監控系統可以實現雨水有效控制。當水質和液位傳感器監測到水位很高，水質達到雨水排放指標時，河邊出水口閘板自動開啟，當河道兩側的雨水出水管道閘板啟閉機打開時泵站設備也相繼運行。當河道出水閘板附近水質監測傳感器檢測到雨水污染超標時閘板自動關閉，同時各雨水泵站雨水泵也相繼關閉，同時市政污水管道的出水閘板打開，前期雨水泵啟動。當水質檢測系統檢測到出口雨水嚴重超標（超過污水處理廠處理能力）時，關閉所有閘板，同時系統報警。同時，現場PLC終端柜把系統采集數據上傳到監控中心，工作人員根據情況查找污染源。

（二）系統初步設計方案

智能化排水系統分管道設施改造和自控系統改造兩部分組成，管道設施改造主要是改造污水廠和市政管線，針對目前管道和污水處理能力分析，目前的管道及處理廠設計標準低，需要重新改造擴容，污水廠進水池的容量需要比原有的再擴容三分之一，市政污水管道需要重新鋪設前期雨水管道，而且前期雨水管道建議設計成1000m×1000m的方溝，主要連接城區內積水點及各前期雨水泵出口，并設有專門閘板。改造低于800mm以下的雨水管道為1000mm以上的管道，而且雨水管道主要與積水點和城區內所有雨水泵出口相接，并設置有專用進出口閘板，所有管道內部的閘板都改造成手電兩用并留有PLC端口，并且和PLC終端柜連接實現就地控制，另外，通過交換機上傳監控中心實現集中監控管理。

智能化排水系統主要由控制中心、分控點兩部分組成。控制中心設在調度監控管理中心，監測控制點 40 個。工控機采用西門子設備，軟件設計采用最流行的軟件平臺，該系統所有設備均設有現場控制開關，開關可以轉換，設有“0”“手動”“自動”。當轉換到“自動”時為計算機控制，轉換到“手動”時啟動現場的“停止”“啟動”按鈕，轉換到“0”時設備停止運行。該狀態是設備處于處理故障或運行發生緊急情況。閘板或水泵類設備的“運行”“停止”狀態必須顯示在計算機畫面上。“開”“關”兩種狀態在計算機畫面上顯示正確位置，這種信號是通過裝在現場的各類傳感器采集到的各種信號，發送到PLC，通過PLC自動實現閘板啟停。現場的閘門啟閉機和水泵等設備設置過載報警，系統運行范圍外的設備啟動或停止，系統發出報警信號。

智能化排水系統還能根據管道壓力識別雨水大小，當預先設置好中雨時開始提開閘板向河道排水，當管道壓力達到一定范圍，污水檢查系統檢測到水成分符合排放標準，河邊出水閘板自動打開，各雨水泵站自動啟動。（見圖）。

（三）各部分功能

1.控制中心

控制中心通過 VPN 與設備與 Internet 網連接，通過 VPN—IP 地址采集各控制點的數據，然后保存到服務器的實時數據庫里，作為數據備份和終端監控軟件調用。實時顯示水位情況、開關狀態和各監測水質情況、流量等參數及各種故障。能用工控機的鼠標鍵盤對各種閘板及水泵進行控制，具有密碼鎖功能。

2. PLC 現場分控站點

根據實際情況設置 40 個現場子站，現場子站選用可編程控制（PLC）

組成控制單元， PLC子站與相應的 MCC 置于同一地點，每個現場子站設置人機界面，并負責采集各種設備的運行狀態信號，負責把各種信號上傳到主控室中的主機，對各設備進行監控。

3. 監控室計算機監控管理系統

主要完成各種設備的集中操作，并對各種設備的運行狀態進行監控及對故障點進行報警，還可以對控制參數進行在線修改和調整，與各現場控制子站點 PLC 進行傳輸、通訊，收集各現場控制子站送來的檢測信息、運行狀態和各種參數，同時進行匯總、運算、處理、報警、故障分析等，最終完成對現場設備的優化控制。

三、智能化排水系統工程建設的可行性

智能化排水系統作為一項系統工程，是環保和科技發展進步的產物，目前城區內原有污水處理廠進行擴容改造。濮陽市正在進行污水雨水分流工程建設及河流截污工程建設施工，智能化排水理念滲透到工程建設中，預計到2020年底，濮陽市城市排水就可以實現智能化控制。

該系統建成后可以實現資源共享，能夠把市政排水、污水處理、城區泵站、防汛、河水治理等有機結合，實現統一管理集中控制，部分疊加的職能合并一起，節省人力和物力。該系統建成后可以實現無人值守，操作起來快捷準確。

四、結語

智能化排水系統，是一種排水聯動機制，城市排水及污水處理形成了集中統一管理，集中監控，徹底解決了河水變黑，路面積水，智能化排水系統是經濟及科技發展的必然產物，具有很大的現實意義。

（責任編輯：冷中華）