無人值守泵站的工藝邏輯設計及應用

陸栩

（上宸工程設計集團有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引言

近年來，人們對于環(huán)境保護話題愈發(fā)關注，城市污水是人們?nèi)粘＝佑|最多的污染物質(zhì)之一，城市污水的有效處理是保護城市綠色生態(tài)環(huán)境的關鍵點。相對于大型污水處理廠，污水泵站具有建設周期短、占地面積小、價格較低、建設環(huán)境要求低的優(yōu)勢，但其在城市中的分布大多較為分散，難以統(tǒng)一管理，進而使得在后期運營中耗費的人力、物力資源大幅度上升[1]。因此，本研究基于無人值守的概念對傳統(tǒng)污水泵站進行了改良設計，在不影響其工作效率的情況下，降低管理成本，為研究人員開發(fā)更加具有推廣使用價值的污水無人值守泵站提供參考。

1 無人值守泵站的設計思路與原則

1.1 設計思路

創(chuàng)建一個完善先進的城市污水處理流程，其基礎是必須具有先進的污水處理設備、檢測設備、監(jiān)視設備、控制設備及簡單易操作的穩(wěn)定的應用控制渠道，多方面共同進步才能保證污水處理工作的質(zhì)量與效率，實現(xiàn)污水無人值守泵站的科學化經(jīng)營管理[2]。在使得污水處理流程自動化后，通過調(diào)整無人值守泵站的控制模式，優(yōu)化城市污水的處理方案，減少泵污水處理站工作所消耗的能源、物力資源和人力資源，使無人值守泵站逐步走向安全保障、高效處理、經(jīng)濟實惠的發(fā)展道路[3]。因此，本研究所提出的無人值守泵站設計思路如下：無人值守泵站主要由兩部分組成，第一部分是完成污水處理的工作設備的自動化及遠程可控制化，第二部分實現(xiàn)泵站工作無人值守的控制系統(tǒng)。首先，無人值守泵站的污水處理設備與傳統(tǒng)污水泵站在污水處理原理上是相同的，都是將城市污水集中到泵站的污水池中，再根據(jù)污水種類等使用相關污水處理材料及設備進行處理，之后由污水池排出到城市地下水系統(tǒng)[4]。無人值守泵站的污水處理系統(tǒng)由三個污水泵池配合兩臺水泵進行工作，城市污水通過水泵集中進入無人值守泵站后，首先進入中間泵池進行沉降，沉降結束后污水進入降解泵池，進行降解處理后再次流入污水泵池，通過污水泵完成污水排放。這項工作在傳統(tǒng)污水泵站中需要16～20 人同時進行工作，且工作量較大，工作環(huán)境惡劣[5]，因此在無人值守泵站的設計中應設置污水泵的自動化管理系統(tǒng)。其次，在污水處理自動化的基礎上，其設計思路如下：①污水處理設備的自動化控制。②污水處理設備故障信息自動傳輸。③無人值守泵站工作情況實時檢測。④無人值守泵站管理遠程控制。結合無人值守泵站的所需功能，本研究進行了污水泵站的改良設計。

1.2 設計原則

無人值守泵站的設計原則如下。

（1）污水排放安全。無人值守泵站應保證排出污水的安全性，在污水未達到國家標準前絕不將污水排出[6]，因此，在設計無人值守泵站時要充分考慮城市污水的多樣性，讓無人值守泵站在脫離大量人工監(jiān)管的情況下仍然能夠安全高效完成污水處理工作。

（2）故障及時應對。在設計無人值守泵站的信息傳輸系統(tǒng)時，要考慮到設備故障信息的傳遞及時性[7]，采用多類型信息傳輸模式，在無人值守泵站發(fā)生故障時，結合網(wǎng)頁、APP、短信等方式，及時提醒管理人員組織工程師進行檢修[8]。

（3）設備安防管理。在設計無人值守泵站的監(jiān)控系統(tǒng)時，不僅要保證無人值守泵站內(nèi)設備的監(jiān)控，還需考慮無人值守泵站設備的相關安防管理監(jiān)控，將二者結合形成無人值守泵站特有的獨立監(jiān)控系統(tǒng)，以便管理者對無人值守泵站進行管理[9]。

（4）保持一定空白空間。無人值守泵站作為小型污水泵站，其大多分散分布在城市各個地點，在設計無人值守泵站時要考慮到城市環(huán)境的變化性，在設計無人值守泵站建設方案時預留一定的空白空間[10]，以便在后期無人值守泵站因周圍環(huán)境變化而加大工作量時，管理者能夠快速建設新的電路設備硬件，及時擴展無人值守泵站系統(tǒng)管理范圍。

2 無人值守泵站的設計方案

2.1 污水處理設備自動化

污水處理設備自動化改造的重點主要在污水池水泵的自動控制，最終達到污水池的污水含量在無人值守泵站的處理能力范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)污水含量過多而處理不足，出現(xiàn)無人值守泵站排出的處理后污水不符合國家標準要求的情況，其結構設計如圖1 所示。在設置污水池時提前根據(jù)無人值守泵站工作量計算好污水池的預設水位及水位，并在水位界線出設置a、b、c、d4個感應器，感應器與污水泵A、B 相連接控制。當污水池中的水位達到期望水位時，感應器b 向污水泵A 傳輸幸好，污水泵A 自動關閉，停止污水流入；若當水位超過期望水位達到水位上限時，感應器a 向管理人員發(fā)送故障警報，管理人員立即人工停止污水泵A 工作并檢查解決污水泵A 的故障。在進行一段時間的污水處理后，污水通過污水泵B 排出無人值守泵站，當水位降低到期望水位時，感應器c 向污水泵B 發(fā)出關閉指令，停止污水的流出并向污水泵A 發(fā)出開啟指令，增加污水池中的污水量；當污水水位過低達到感應器d 的位置時，感應器d 向管理人員發(fā)出警報，提醒管理人員檢查污水池時候發(fā)生泄漏或其他故障。

圖1 無人值守泵站污水自動化處理系統(tǒng)

2.2 無人值守泵站遠程控制系統(tǒng)

建立無人值守泵站遠程控制系統(tǒng)需要在泵站原有的通信電路基礎上，以可編程邏輯控制器（PLC）對無人值守泵站現(xiàn)場的各個設備數(shù)據(jù)進行分析采集并對設備發(fā)出相關控制指令，可編程邏輯控制器連接通用分組無線業(yè)務設備（GPRS），并利用網(wǎng)絡向管理人員輸送無人值守泵站故障等信息于云服務器中，管理人員即可通過手機或電腦及時接收無人值守泵站故障燈信息，并通過遠程控制無人值守泵站中的相關設備，做到設備及時停啟及故障及時檢修。無人值守泵站的設計要點如下：①可編程邏輯控制器（PLC）。PLC 是無人值守泵站遠程管控的關鍵部分，其直接連接著無人值守泵站的各設備自動管理系統(tǒng)，對無人值守泵站設備的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控，并在設備出現(xiàn)故障時輸出信號，從而減少無人值守泵站設備工作的監(jiān)察工作人員數(shù)量，讓無人值守泵站管理人員一人即可實時掌控無人值守泵站的所有設備情況。②通用分組無線業(yè)務設備（GPRS）。在PLC 對無人值守泵站進行整體管理后，GPRS 設備實現(xiàn)了無人值守泵站的遠程化管理。GPRS設備與PLC 連接后，PLC 所檢測到的數(shù)據(jù)信息可以隨時上傳至網(wǎng)絡，直接連接管理人員的手機或電腦云平臺，使得管理人員即使在無人值守泵站的千里之外，依然能夠隨時管控無人值守泵站，實現(xiàn)泵站無人值守運營。③無人值守泵站遠程控制系統(tǒng)。在PLC 與GPRS 連接完畢后，控制系統(tǒng)的基本構架已經(jīng)完成，但管控無人值守泵站不僅僅只有這兩項工作，在遠程控制系統(tǒng)的實際應用中，還應將無人值守泵站的設備監(jiān)控系統(tǒng)、污水處理輔料投入系統(tǒng)、無人值守泵站安防管理系統(tǒng)等同時納入遠程管理系統(tǒng)，做到真正的無人值守泵站一體化管理。

2.3 無人值守泵站總結構設計

在建設無人值守泵站時，要將自動化污水處理設備與遠程控制系統(tǒng)相結合起來，共同運作完成無人值守泵站的污水處理工作，其總體結構如圖2 所示。無人值守泵站控制系統(tǒng)功能包含以下4 個部分：①無人值守泵站遠程控制。污水泵的開啟與關閉，自動污水處理工作，污水進出閥門的自動控制與遠程人工控制。②視頻監(jiān)控。無人值守泵站配置有攝像頭等視頻監(jiān)控裝置，起到輔助無人值守泵站整體環(huán)境的現(xiàn)場監(jiān)控，包括污水處理設備監(jiān)控及無人值守泵站安防環(huán)境監(jiān)控等，使得無人值守泵站處理污水工作能夠得到有效控制，管理人員以手機或電腦即可通過視頻監(jiān)控無人值守泵站現(xiàn)場，直接觀察到無人值守泵站的運作情況及現(xiàn)場是否有無關人員進入。③故障警報。在無人值守泵站設備出現(xiàn)問題時，向管理人員發(fā)送故障警報信息，包括故障發(fā)生內(nèi)容、發(fā)生時間、故障維修恢復時間，無人值守泵站設備恢復工作后自動生成警報時間并整合成文件并提供多種查詢方法，以年為單位統(tǒng)計無人值守泵站故障發(fā)生情況，以供管理人員查看，調(diào)整設備日常保養(yǎng)安排，對常發(fā)生故障的設備進行檢修更換。④統(tǒng)計計量。系統(tǒng)自動記錄無人值守泵站內(nèi)污水泵、閥門設備的啟、停次數(shù)及運行總時間，對處理后排出污水的檢測結果進行記錄、分析，以年為單位生成無人值守泵站工作報告。

圖2 無人值守泵站結構

3 無人值守泵站的應用

3.1 應用效果

實驗選取了位于北京的一處污水處理泵站進行改造，在完成對傳統(tǒng)污水泵站的無人值守改造后，即使在污水處理的高峰期，污水池中的污水都保證在預設范圍內(nèi)，且經(jīng)過處理排出的污水皆達到了國家標準的要求。管理者通過無人值守泵站管理終端遠程管理污水泵，且成果接收到了無人值守泵站控制系統(tǒng)傳輸?shù)臒o人值守泵站設備故障信息，及時進行了相關處理。在工作兩年后，經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)污水處理效率明顯上升，無人值守泵站自動化運行良好，在兩年內(nèi)僅發(fā)生了1 次設備故障，并及時得到了解決，無人值守泵站的工作人員由原本的19 人轉變?yōu)? 人，無人值守泵站運營成本大大降低，設備使用年限增長，無人值守泵站經(jīng)濟效益增長顯著。

3.2 產(chǎn)生的問題及解決建議

雖然無人值守泵站的使用優(yōu)勢眾多，但在其運行期間依然出現(xiàn)了部分問題。下文對這些問題進行闡述并提出解決建議，以期相關人員在后續(xù)研究中能夠進一步優(yōu)化無人值守泵站的工藝邏輯設計。

（1）設備老化。在無人值守泵站的改造過程中，發(fā)現(xiàn)原有污水處理設備老化嚴重，部分設備出現(xiàn)了磨損或毀壞，這加大了污水處理設備自動化改造難度，對于后續(xù)無人值守泵站設備的故障維修、日常保養(yǎng)等也造成了極大的麻煩。對于這個問題，相關人員在對傳統(tǒng)泵站進行無人值守改造是要提前對泵站設備進行檢查更換，并定時安排人員對所有設備進行保養(yǎng)，以保證無人值守泵站的運行流暢。

（2）管理人員專業(yè)能力不足。無人值守泵站減少了人力資源的耗費，但同時也提高了對管理人員專業(yè)能力的要求。與傳統(tǒng)泵站不同，無人值守泵站的管理人員需要掌控無人值守泵站全部工作流程，在無人值守泵站設備出現(xiàn)問題時要能夠立即給出解決方案并及時對故障設備進行處理，盡可能減短無人值守泵站設備故障延續(xù)時間，快速恢復無人值守泵站工作系統(tǒng)以減少無人值守泵站經(jīng)濟損失。要解決該問題，需要城市環(huán)境管理部門與管理人員共同努力，一方面城市環(huán)境管理部門應提供足夠的專業(yè)技術培訓，以提高管理人員專業(yè)能力，另一方面，管理人員本身也應積極學習無人值守泵站及污水處理的相關知識，掌握無人值守泵站設備各種類故障的處理方法，維持無人值守泵站運行的穩(wěn)定性。

4 結語

污水泵站在建設城市美好環(huán)境中起著不可忽視的作用，對傳統(tǒng)污水泵站的改良優(yōu)化，開發(fā)無人值守泵站是提升城市污水處理效率的有效途徑。本研究設計了一種無人值守泵站，對其實際應用效果進行了展示，期待能夠為我國環(huán)保行業(yè)的發(fā)展提供有益影響。