智慧水務在泵站改造自控設計中的運用

施晨飛

摘要：隨著城市的發展，技術的提升，智慧水務在城市建設尤其是水環境建設中起到越來越重要的作用，本文通過工程實例詳細介紹了智慧水務在實際工程中的運用及優勢。

1概述

智慧水務是在水務信息化的基礎上高度整合水務信息資源并加以開發利用，以云計算、大數據、物聯網和移動互聯網等信息技術為支撐，通過智能設備感知水務企業生產、環境、狀態等的全方位變化，對海量感知數據進行傳輸、存儲和處理，實現海量數據的智能分析，為水務企業生產、經營、服務和管理提供服務決策支撐，從而達到“智慧”狀態。智慧水務涵蓋了水文、水質、水資源、供水、排水、防汛防澇等各個方面。智慧水務具有實時感知、全面整合、智慧應用、協同運作等突出特征。

本次泵站改造設計以GIS與SCADA系統整合而成的一體化數據管理平臺，深入開展數據挖掘和大數據分析工作，全面提高了城市泵站污水排放的智慧決策和管理水平。

2工程概況

2.1項目背景

南京地區目前正在運行的污水泵站多數已年代久遠，泵站內不少設備老化，且無法買到備品備件，水泵運行效率低下，嚴重影響泵站的排水功能，對其服務范圍內的排水已造成較大影響。部分未建自控系統的泵站無法進行實時監控，無法切實提高排水設施的運行與調度能力，造成管理和維護的極大不便。

2.2目前存在的問題

本工程所涉多座污水泵站建設年代為2002～2009年，與其一并投入運行的撈污機、水泵和配套的啟動柜使用時間已長達近20年。期間該部分設備只經過維護檢修，某些常用設備甚至已進行過數次大修，至今并未更換。同時大部分泵站電氣系統老化，未建自控系統，存在極大安全隱患，無法實時監控與調度。

3 改造方案

3.1工程目標

在盡量利用現狀設施的前提下，通過對污水泵站改造，使其充分發揮排水功能，改善泵站的運行管理條件，提供污水收集系統的安全性、可靠性，實現排水設施運行、調度及管理的科學性及規范性，達到南京市水環境治理的總體要求以及智慧水務的要求。

3.2工程內容

一、建設運行調度管理中心站

建設調度管理中心站，配置硬件、軟件設備，搭建系統平臺，建成中心站調度管理系統。

運行調度管理系統包括泵站SCADA系統、視頻采集及傳輸系統、中心站數據與圖像綜合顯示系統、排水調度輔助決策系統、泵站設施綜合數據庫系統等子系統。

（1）泵站SCADA系統

各泵站點設置自控系統，自控系統采用結構形式為“站點現場PLC+工業以太網（MPLS-VPN）+中心站SCADA系統上位機”。系統包括現場泵站自控系統、中心站SCADA系統、網絡通訊系統。

（2）視頻采集及傳輸系統

為確保排水設施的運行安全，實現遠程調度的可視化，各泵站點設置視頻監控系統，主要針對大門、圍墻、格柵間、重點閘門、泵房內及配電間等重點區域布防，采用“前端網絡攝像機+安防設備網+遠程集中監控”的結構模式。泵、閘站通過電信MPLS-VPN寬帶接入中心站視頻監控平臺。

（3）中心站數據與圖像綜合顯示系統

各泵站、水閘站點通過網絡上傳至中心站的數據與圖像可以WebGIS顯示的方式，以WEB網站發布的形式，實時、動態、定點、定位地顯示排水設施運行實況;并通過該系統與氣象局的網絡接口，動態反應氣象預報的變化、云圖的走向等數據內容;系統數據除在PC端展示外，也可通過APP方式做移動設備展示。

（4）排水調度輔助決策系統

城市排水作為市政水環境中重要的一環，其運行和管理與城區防汛及下游污水處理設施的運行管理密不可分。系統根據SCADA系統、視頻采集及傳輸系統、氣象部門各類信息及視頻信號，依托數據集圖像綜合顯示系統，制定嚴謹的應急預案及調度決策。在突發事件及災害預警時，提供輔助決策;在日常運行時，根據設備運行參數及整個排水系統的工藝參數，提供泵站、水閘運行的優化方案，提供設備管養、維護方案，確保排水設施科學、合理、及時、有效的運行。

（5）泵站設施綜合數據庫系統

項目建設要求形成排水設施實時數據庫、排水設施歷史數據庫、市政設施數據、指令傳達數據庫等，同時對上述數據庫的數據存儲、整理、轉存、備份、變更、增刪等維護功能。在中心站系統運行采用多機冗余備份、并實現數據庫同步功能。

二、新建、擴建自控系統

（1）泵站自控系統

對需要改造的泵站新建自控系統。所有站點監控信號上傳至管理中心站。

泵站設置PLC站，配置高性能PLC、以太網交換機、HMI、UPS等設備，PLC站完成數據采集及監控功能，HMI用于現場顯示及巡檢時進行設備操作、參數修改等功能，UPS為監控設備及檢測儀表提供不間斷電源，在線時間不小于2小時。

（2）在線儀表系統

泵站點根據現狀具體情況設置在線檢測儀表。根據自動化控制要求，泵站需設置超聲波液位計、流量計、液位開關、有害氣體檢測等在線檢測儀表，另可根據需要設置COD、氨氮等水質分析在線檢測儀表。儀表采用4～20mA標準信號或開關量信號接入PLC。三、老舊設備改造

對污水泵站部分老舊設備進行更換。

4 工程優勢及特點

一、采取最新技術，實現數據、視頻的采集及傳輸

泵站采用高可靠性、高穩定性、高開放性的工業級PLC作為數據采集設備，對泵站設備、在線儀表、視頻等數據進行采集，提高了系統的智能化水平。

泵站、閘站設置高清網絡攝像機，實現了防汛指揮的可視化。

數據及視頻信號通過電信部門MPLS-VPN方式上傳至中心站，提高了泵站排水信息的及時性、可靠性及有效性。

二、實現資源整合、信息共享

利用互聯網建設“智慧南京”，實現信息共享。

在本期系統設計中，充分考慮內部、外部的資源整合及信息共享，避免重復建設、重復投資。例如：引入南京市氣象部門的相關信息，及時掌握衛星云圖、現階段及未來時段的氣象信息，通過GIS衛星地圖獲取各個站點及污水管網具體位置、設備運行情況，做好排水調度、人員設備物資的調配等。根據排水設施運行管理系統的攝像頭位置調用實時視頻，全面了解各個站點的水情信息。

三、數據的應用方式多類型、多形式

數據顯示結合GIS技術，實現地圖化。

站點數據不但包括實時數據、歷史數據、統計報表等內容顯示，還包括站點視頻監控信息、人員及物質的配備情況，以及站點水位、流量、水質、機泵運行數據統計分析等內容。

中心站設置大屏顯示系統，具有全屏顯示、多屏顯示、畫中畫、畫面疊加及漫游、畫面自由組合、跨屏顯示、圖像透視等功能，能直觀反映出各站點運行調度情況。

數據除在中心站電腦、工作人員PC機上顯示，還可在移動平板、手機上顯示。

通過多樣化、多形式的數據顯示，及時、準確、全面掌握各站點總體情況，為指揮調度的決策提供更加及時、準確、可靠的技術支撐。

四、系統具有高度開放性和可擴展性

本期調度管理中心站預留公司信息化系統的通訊接口，為今后新站點的接入提供支持，平臺具有高度集成性，南京市所有排水站點信息均接入此平臺，方便調度及管理。同時系統平臺搭建時充分考慮了系統的安全性及性能需求。

五、智慧水務的先進理念

本此泵站改造工程建設充分運用了智慧水務的先進理念，從站點基礎設施建設到智能化管理中心站的建設，貫徹了網格化的管理理念，依托數學模型，開展規劃、建設、管理與調度，為實現科學調度、精細化調度提供決策支持。

系統依托云技術、物聯網、大數據等新技術，實現了平臺化的資源整合，貫徹元素化的管理理念，細化單元、落實責任，提高管理效率。

5 實際運行效果及智慧水務發展展望

本期工程完成后，基本建成了“采集自動化、傳輸網絡化、處理實時化、管理數字化、決策智能化、指揮可視化”的站點調度管理系統。系統運行可靠，在南京市泵站排水調度管理工作中起到了重要的作用。

項目建成后，上述污水泵站正常運行，確保其服務范圍內的污水能夠經市政管網進入污水處理廠，對周邊水環境的影響極其有益，也保障了泵站服務范圍內居民的生活品質。社會效益和環境效益都很明顯。

參考文獻

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