銀川市城市排水泵站自控改造應用與實踐

楊 軍

（銀川市市政工程管理處，寧夏銀川 750011）

0 引言

城市排水泵站是城市防汛排澇的重要設施之一。傳統的人工管理模式中排水泵站的啟停，根據經驗值操作，會造成電耗較大、管理粗放。隨著信息化技術的快速發展，人工管理模式逐漸向智慧監管模式方向轉變。通過搭建監控管理系統，借助網絡查詢相關信息，下達管控命令，實現智慧監管。對排水泵站進行自動化監控系統改造是城市社會經濟發展的必然要求，可以有效達到提高泵站管理水平、減員增效的目的。

城市排水泵站監測分為兩類，一類是PLC 遠程自控，一類是泵站視頻監控。排水泵站PLC 遠程自控是為下一步污水處理廠、排水管網和排水泵站聯合調度打下遠端控制基礎，泵站視頻監控是為了實時掌握各排水泵站、道路積水點實時狀況，從而進行更合理有效地維護，更好地提高排水泵站管理水平、提高效率，減少泵站內人工成本及工作強度，實現無人值守。

1 人工管理模式下排水泵站存在主要問題

目前，銀川市現投入運行的泵站共計22 座，其中興慶區7座、金鳳區8 座、西夏區7 座。共有雨水泵31 臺，雨水泵排水總流量為26 470 m3/h，共有污水泵81 臺，污水泵排水總量為105 326 m3/h。2014 年以前，一直采用人工值守的方式來管理泵站。這種管理模式使得排水泵站的啟停，完全依賴于當日值守工作人員的經驗及操作規程。如當污水處理廠水位較低、較高或降雨前，都需通過電話通知相關泵站值守人員手動啟停泵組，而值守人員還需要根據泵站上游管網來水量的大小等因素判斷同時開啟幾臺水泵，以便于及時排出雨污水，又要保證水泵經濟合理運行，避免過度啟停造成水泵故障等問題。這種傳統的人工管理模式存在以下4 個問題：①泵站運行效率不高、可靠性較差。排水泵站各水泵組的啟停完全由值守人員按部就班執行相應操作，對泵組啟停數量也依賴于值守人員。因此，對值守人員的責任心及管理水平要求較高，一旦其操作出現失誤，就容易引發較大事故；②泵站人工費用等管理成本較高、泵組運行電費也不經濟。人工值守泵站需手動開啟高低壓配電設施啟閉開關、集水池閘閥和水泵控制開關等，尤其是集水池閘閥的操作，危險性高且勞動強度大；同時，泵站需24 h 有人值守，值守人員倒班工作，每年需支付其人員工資，相對于泵站維護費用較高；③排水泵站部分設備存在的安全隱患不易被及時發現。部分泵站電氣、泵組運行年限較長，存在開關觸頭接觸不良、操作機械磨損嚴重等問題，而人工值守時因值守人員經驗、水平良莠不齊，不能及時發現存在問題；④市政部門在對排水泵站進行管理時，尤其是降雨時，不能及時掌握泵站集水池、雨污水泵組等的運行情況及相關數據。

2 排水泵站改造內容

2015 年起，銀川市逐步對所轄排水泵站進行PLC 自動化改造，以實現遠程自控。至今，西門泵站、進寧街泵站等10 座排水泵站已實現遠程自控。該自控系統主要包括管理平臺、泵站監控中心（位于大連路泵站內）、泵站測控終端、通信系統、計量測量設備和攝像設備等。即可通過管理平臺，對自動化泵站排水泵組、高低壓配電設施等進行遠程啟閉并監測泵組運行、停止及故障等狀態，實現對泵站電流、電壓、集水池液位控制、時間控制、間隔時間控制、自動控制、遠程控制、每天開泵時間計算、每天流量計算、數據報表、曲線查詢和報警等功能，以及出現異常時進行人工干預。市政排水泵站畫面如圖1 所示。

圖1 市政排水泵站

同時，應急指揮中心管理系統包含各個已改造泵站內的泵房泵組監控、配電室監控、控制室監控、院落監控及城市道路低洼易積水處進行視頻監控等，24 h 不間斷工作，記錄各雨污水泵組、配電室高低壓柜、啟閉機等運行的監測資料，并將監控系統前端數字信號通過內部局域網絡傳輸到各自監控室，再通過網絡硬盤錄像機上傳至顯示屏。通過攝像頭采集現場視頻圖像，并將監控視頻通過專網，傳輸至大連路泵站指揮中心顯示大屏，以達到指揮中心實時查看各個泵站運行情況的需求，便于管理人員實時查看易積水點積水實況、實現無人值守，保障汛期道路積水及時發現、及時處理。系統架構具體如圖2 所示。

圖2 系統架構

為進一步提升泵站科學化管理水平，銀川市將對親水大街泵站、勝利街泵站、正源北街泵站等的高低壓配電設備、水泵泵組、集水池閘閥等進行PLC 自動化改造，實現管轄排水泵站自動化控制全覆蓋和城市防汛時的遠程調度目的。

目前，需改造泵站中勝利路泵站、長城路泵站、閱海應急泵站、正源北街泵站、軍區路（培華路）泵站無PLC 自控設備，根據現有排水設施的建設情況，進行PLC 自控系統新建，實現遠程集中自控；其余7 座泵站已有PLC 自控設備，只需實現遠程集中自控管理。視頻監控方面，需要統一所有泵站的視頻監控、完善相關配套設施，將新改造積水易澇點監控系統、泵站監控系統與既有平臺進行系統對接整合。同時，將所有數據用于信息化集中展示控制，為泵站調度指揮提供依據，方便管理部門對城市排水、防汛調度的整體把控。改造中，前端設備主要為系統配置半球式網絡廣角攝像頭、網絡槍式攝像機，并采用POE 供電方式，完成前端視頻信息的采集；控制部分主要為由24 口千兆交換機、32 路網絡硬盤錄像機等組成，完成視頻傳輸、存儲，錄像回放等功能；顯示部分主要將各個泵站監控控制室內顯示屏顯示本泵站的監控畫面，指揮中心匯集所有泵站的視頻監控畫面，完成畫面實時查看及錄像回放下載等功能。

3 經驗及建議

目前，銀川市泵站自動化改造正在有序推進。PLC 自動控制改造使得排水泵站實現自動化監控，可根據泵站集水池水位、雨污水泵組狀態等工況自動啟閉，泵站監控調度管理更加科學可靠，尤其是汛期為銀川市排水防澇系統運行管理的科學性提供技術支撐。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，應急指揮中心根據各泵站、易澇積水點傳輸的實時監控數據，遠程控制各泵站的啟閉，為防汛搶險隊伍迅速到達積水點提供快速準確的判斷依據。為了進一步提高泵站的管控水平、保障泵站運行可靠經濟，需對現有自控系統進行改進，使水泵泵組間實現優化運行。

（1）銀川市排水泵站多為定速水泵，但城市管網來水量不穩定、泵站進水量變化較大，水泵泵組運行時啟閉頻繁、效率較低，致使水泵泵組及電機容易出現故障。因此需對水泵泵組進行改造，形成變速水泵和定速水泵組合運行。當上游排水管網污水進入泵站時，泵站集水池液位雖不穩定，但通過變速水泵和定速水泵組合優化運行，使水泵泵組連續啟動、暫?；蜿P閉，水泵處于高效區運行，保障泵組進出水量一致、泵站穩定運行的同時，提升泵站工作效率及降低電耗。

（2）隨著銀川市排水泵站自動化控制系統的不斷完善，現有自控設備采用傳統電磁式電流、電壓互感器、斷路器等，按照泵站數字化智能化改造方向，逐步更換為電子式電流、電壓互感器、智能化開關等新型智能化設備，最終實現泵站控制的智能化，提升傳輸數據的準確性和高精度，并提高泵站安全水平。

（3）目前銀川市排水泵站自動控制系統品牌較多、軟件之間不兼容，有些廠家的模塊配件市場上難以買到，不利于后期維護，影響使用，為此需在自動化控制系統改造時逐步采用兼容性強、質量好、市場庫存配件充足的主流產品。

（4）銀川市排水泵站現有管理、技術人員在自動化控制方面需要進一步培養，尤其是需要掌握編程技術及相關工作經驗，一旦泵站自動化系統出現故障，可迅速到達現場，通過讀取記錄數據分析故障原因、泵站運行狀態及發現故障點，提升泵站自動化的人機協作水平。

（5）按照“一網一圖一平臺”的信息化框架，統籌排水管網、排水泵站、污水處理廠及排水溝道等的聯合調度。即在重要河道、管網、泵站、污水處理廠增加水質、水位、水量等數據采集設備的安裝，整合接入已有泵站自控和視頻數據，實現全面的監控覆蓋，為城市防汛、廠網河一體化等排水工作提供重要的數據支持，減少污水處理廠進水負荷，提高處理能效。同時，雨季時，充分發揮排水管網、污水處理廠、排水溝道等的調蓄能力，減少雨季溢流，緩解城市內澇積水問題。

4 結束語

銀川市排水泵站的自控系統正逐步進入無人化值守、統一調度監管階段。隨著城市的不斷發展，仍需對現有自控系統進一步完善，使排水泵站在日常管理運行中更加合理、經濟，保障城市排水系統高效運行的同時，為城市防汛排澇提高更加科學、準確的數據支撐和決策依據。