排水泵站自動化改造助力優化運行及科學調度

申 林，張東華，靳志軍

（1.鞍山市排水有限責任公司，遼寧鞍山 114000；2.遼寧同云科技有限公司，遼寧沈陽 110001；3.北京航天拓撲高科技有限責任公司，北京 100176）

0 引言

排水系統是城市市政基礎設施之一，擔負著城市日常污水排放（生活、工業等）、汛期防洪排澇等重要職能，是城市能夠穩定及安全運行的重要保障。作為城市排水系統的動力樞紐，排水雨污泵站的穩定運行是城市污水、雨水能夠及時排放的前置保障。近年來，隨著城市化進程的加速推進，城市排水系統的規模和運行壓力也相應增大，但是由于泵站管理手段落后，使泵站的能力無法得到充分發揮，導致日常排水不及時、汛期內澇、污水入河等問題發生的頻率越來越高。因此，急需通過排水泵站的自動化改造提高泵站技術管理水平，提升其安全運行能力、快速響應能力、運行優化能力以及科學調度能力。

1 現狀及問題

鞍山市的排水泵站建設年代較早，具有分布廣、站點分散的特點，多數泵站缺少自動化控制設備，即便部分泵站具有自動控制設備，但由于設備老舊基本無法正常運行。由于自動化水平低、技術手段落后，導致排水調度管理工作比較被動，很難做到調度的科學性、及時性，同時也無法實時掌握設備運行狀態，導致運行故障頻發。具體問題如下：

（1）控制手段落后，響應效率低。目前泵站的運行控制主要以人工操作方式為主，日常調度工作只能采取電話通信的方式指揮現場人員完成設備啟停動作，泵站運行調度響應效率低。

（2）運維手段落后，故障頻發。由于缺少泵站機組、格柵機、閘門等設備運行狀態（如電流、電壓、故障等）的實時數據，因此無法實現制定科學的設備養維計劃，導致設備故障頻發、發現滯后，無法保障泵站的運行安全。

（3）管理手段落后，運行優化及科學調度能力弱。目前，泵站的水位、流量、機組運行狀態等信息通常只能通過與現場人員打電話的方式了解，但現場人員無法準確掌握水位、流量等很多數據，阻礙了日常排水運行管理和汛期的防汛調度等工作科學安排和決策。同時由于運行效率低，無法有效控制泵站運維成本，也無法實現泵站的“無人值守”管理。

通過泵站的自動化升級改造，不僅可以實現對泵站工況的動態掌握、智能告警，還可以實現對泵站設備進行遠程控制、智能控制，進一步通過技術大數據分析等技術手段輔助制定泵站運行優化策略和科學調度，從而提升泵站運行管理水平，降低運維成本，提高汛期應急能力和日常運行調度能力。

2 技術路線

在鞍山市排水泵站的自動化升級改造設計中，充分借鑒其他城市排水信息化建設經驗，不僅考慮到泵站現場的自動化升級改造，同時也要為未來的“智慧排水”建設打下堅實的基礎。

2.1 通過自動化改造實現泵站運行狀態全面感知及智能控制

雖然原排水泵站的自動化水平低、信息化建設滯后，但是在自動化改造工作中應盡量減少對原有自動化設備接入和信息平臺整合的工作量。改造工作遵從“統一設計、統一標準”的原則，根據泵站現狀和業務管理需要對各個泵站進行自動化建設，實時采集泵站運行信息（如液位、流量）、設備狀態（如啟停、電流、故障）、環境狀態（氣體）、安防（如視頻、門禁）等，并支持泵站機組、格柵機、傳送帶、閘門等的現場及遠程控制、聯動智能控制。

2.2 借助專線或5G 專網，構建泵站物聯感知“一張網”

鞍山市泵站建設具有泵站空間分布廣、采集信息多等特點，為實現對所有泵站的統一管理，必須滿足所有泵站的統一接入、現場信息（運行數據、視頻監控數據、安防信息、環境信息等）的實時采集、支持中心的遠程控制，因此對網絡的穩定性、傳輸速率、安全性要求較高。在建設過程中采用專線或5G 專網可以滿足上述需求，構建泵站物聯感知“一張網”。

2.3 搭建集中管控平臺，實現泵站一體化管理

結合排水泵站現場管理需求以及中心監管需求，搭建泵站集中管控平臺（圖1）。該平臺具備以下功能：

圖1 某污水廠3#泵站自動化監測控制系統

（1）數據采集及存儲。通過平臺可以實現對泵站的水位、流量、設備（機組、格柵、傳送帶、閘門等）運行狀態、視頻、安防、環境等信息的實時采集，并根據統一的數據標準存入數據庫，為泵站管理提供全面標準化的數據服務支撐。

（2）可視化監控及智能報警。借助GIS（Geographic Information System，地理信息系統）、數據可視化等技術手段，實現對所有接入泵站的統一可視化管理，支持實時查看泵站的空間位置、監測數據、視頻數據等各類信息資源，并根據設定的報警閾值對泵站運行工況、設備運行狀態等進行智能告警。

（3）本地及遠程智能控制。通過平臺可以實現泵站現場智能控制和遠程智能控制，支持根據泵站運行管理需求和實際工藝建立設備運行邏輯控制指令集，實現泵站可以根據當前的水位、流量、設備狀態等信息自動控制各個設備（如機組、格柵機、閘門等）的啟停狀態，實現智能聯動。

（4）數據分析及報表輸出。通過平臺可以實現對泵站運行的實時數據和歷史數據的多維度統計，管理人員可以通過分析結果了解泵站運行數據的變化趨勢、掌握運行數據同期對比等，并支持運行數據查詢結果的報表輸出，輔助泵站運行優化及決策。

2.4 構建排水泵站信息化建設標準體系

標準化是信息化建設的重要核心，在鞍山市排水泵站自動化升級改造工作中，根據自身特點建立了泵站自動化升級改造建設工作的統一標準體系，涵蓋了監測數據指標標準、數據傳輸標準、數據存儲標準、應用系統標準等，為后續待改造或新建的排水泵站提出統一的要求，以便后期的平滑擴展以及統一管理。

3 未來工作重點

泵站自動化升級改造是“智慧排水”建設的重要組成部分，隨時排水信息化建設的不斷深入，未來公司計劃在現有建設的基礎上結合“智慧排水”建設需求持續完善泵站信息化建設，推進泵站業務管理和智能應用的深度融合。

3.1 提升泵站運行精細化監管能力

隨著云計算、大數據、5G 網絡、邊緣計算等新技術的不斷發展，泵站運行狀態信息的實時采集、智能分析以及數據通信的穩定性、準確性以及時效性越來越高，未來不僅能對泵站的水位、流量、設備基礎運行狀態進行快速采集分析，同時還可以采集更高頻次、更大量級的設備運轉信息，借助大數據分析、邊緣計算等技術手段，可以快速得到符合泵站自身運行特點的個性化分析結果。無論是現場人員還是中心管理人員，都可以根據分析結果調整泵站運行策略，從而實現穩定運行及降耗增效。

3.2 提升數據整合及智能分析能力

隨著“智慧排水”信息化建設的不斷推進，可以整合管網GIS 數據、泵站運行數據、管網監測數據、預案資料數據、氣象數據等信息資源，借助大數據分析及數據模型來對城市排水系統的運行趨勢進行推演，通過將實時運行數據與預警閾值的對比研判，得到各類情況下的分析結果，并推薦合適預案，從而為城市排水系統的優化運行和科學調度提供數據支撐和方案參考。

3.3 提升泵站環境監管能力

泵站環境安全主要是包括兩個方面，一是泵站現場運行環境的安全，另一個是泵站排放水質安全。隨著智能采集設備能力的不斷增強和視頻安防設備的不斷優化，未來可以通過氣體采集設備、水質采集設備、視頻監控設備以及安防管理設備的增加來實現對這兩方面安全的實時監管，從而提高環境安全，保障運行安全、人身安全及排放安全。

3.4 提升信息化安全標準

近年來，隨著信息化建設的不斷推進和深入，國家對信息的安全保障越加重視，等級保護標準體系建設越來越完善。同時，隨著智能設備、物聯網技術的不斷推進，工控物聯網的信息安全的保障工作也是信息化建設的重點工作環節，因此，未來需要對排水泵站自動化建設中的潛在的風險及威脅、薄弱的管理環節、安全的防護措施等進行全面評估，從物理資源、網絡環境、服務主機、應用系統和數據信息等方面加強信息安全技術保障，補充和完善系統相應的等級保護建設和管理機制建設，保障信息化建設及應用的安全可控以及有序高效。

4 總結

鞍山市泵站自動化升級改造工作充分利用GIS、物聯網、大數據分析、邊緣計算等技術，通過建立統一的管控平臺實現了對泵站所有信息的全面采集、統一管理以及共享應用，幫助泵站現場管理工作人員和中心管理人員全面、透徹地掌握泵站的運行狀態，為泵站的優化運行和科學調度提供了強大的數據及應用支撐，并為未來“智慧排水”信息化建設打下良好的基礎。

排水泵站的運行管理是一個系統性的工作，在保證安全、實用和經濟性的前提下，通過利用物聯網、大數據分析、邊緣計算、移動互聯等新型技術，加快完善泵站自動化升級改造，更進一步促進和推動“智慧排水”的信息化建設，為城市排水系統的智能化、精細化管理夯實基礎，有利于提升城市安全保障能力，提升居民生活滿意度，實現城市的宜居、宜商。