智慧水務(wù)在泵站改造自控設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

施晨飛

摘要：隨著城市的發(fā)展，技術(shù)的提升，智慧水務(wù)在城市建設(shè)尤其是水環(huán)境建設(shè)中起到越來越重要的作用，本文通過工程實(shí)例詳細(xì)介紹了智慧水務(wù)在實(shí)際工程中的運(yùn)用及優(yōu)勢(shì)。

1概述

智慧水務(wù)是在水務(wù)信息化的基礎(chǔ)上高度整合水務(wù)信息資源并加以開發(fā)利用，以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)為支撐，通過智能設(shè)備感知水務(wù)企業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境、狀態(tài)等的全方位變化，對(duì)海量感知數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、存儲(chǔ)和處理，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的智能分析，為水務(wù)企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、服務(wù)和管理提供服務(wù)決策支撐，從而達(dá)到“智慧”狀態(tài)。智慧水務(wù)涵蓋了水文、水質(zhì)、水資源、供水、排水、防汛防澇等各個(gè)方面。智慧水務(wù)具有實(shí)時(shí)感知、全面整合、智慧應(yīng)用、協(xié)同運(yùn)作等突出特征。

本次泵站改造設(shè)計(jì)以GIS與SCADA系統(tǒng)整合而成的一體化數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，深入開展數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)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(xiàng)目背景

南京地區(qū)目前正在運(yùn)行的污水泵站多數(shù)已年代久遠(yuǎn)，泵站內(nèi)不少設(shè)備老化，且無法買到備品備件，水泵運(yùn)行效率低下，嚴(yán)重影響泵站的排水功能，對(duì)其服務(wù)范圍內(nèi)的排水已造成較大影響。部分未建自控系統(tǒng)的泵站無法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，無法切實(shí)提高排水設(shè)施的運(yùn)行與調(diào)度能力，造成管理和維護(hù)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(shè)年代為2002～2009年，與其一并投入運(yùn)行的撈污機(jī)、水泵和配套的啟動(dòng)柜使用時(shí)間已長達(dá)近20年。期間該部分設(shè)備只經(jīng)過維護(hù)檢修，某些常用設(shè)備甚至已進(jìn)行過數(shù)次大修，至今并未更換。同時(shí)大部分泵站電氣系統(tǒng)老化，未建自控系統(tǒng)，存在極大安全隱患，無法實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)度。

3 改造方案

3.1工程目標(biāo)

在盡量利用現(xiàn)狀設(shè)施的前提下，通過對(duì)污水泵站改造，使其充分發(fā)揮排水功能，改善泵站的運(yùn)行管理?xiàng)l件，提供污水收集系統(tǒng)的安全性、可靠性，實(shí)現(xiàn)排水設(shè)施運(yùn)行、調(diào)度及管理的科學(xué)性及規(guī)范性，達(dá)到南京市水環(huán)境治理的總體要求以及智慧水務(wù)的要求。

3.2工程內(nèi)容

一、建設(shè)運(yùn)行調(diào)度管理中心站

建設(shè)調(diào)度管理中心站，配置硬件、軟件設(shè)備，搭建系統(tǒng)平臺(tái)，建成中心站調(diào)度管理系統(tǒng)。

運(yùn)行調(diào)度管理系統(tǒng)包括泵站SCADA系統(tǒng)、視頻采集及傳輸系統(tǒng)、中心站數(shù)據(jù)與圖像綜合顯示系統(tǒng)、排水調(diào)度輔助決策系統(tǒng)、泵站設(shè)施綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等子系統(tǒng)。

（1）泵站SCADA系統(tǒng)

各泵站點(diǎn)設(shè)置自控系統(tǒng)，自控系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)形式為“站點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)PLC+工業(yè)以太網(wǎng)（MPLS-VPN）+中心站SCADA系統(tǒng)上位機(jī)”。系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)泵站自控系統(tǒng)、中心站SCADA系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)。

（2）視頻采集及傳輸系統(tǒng)

為確保排水設(shè)施的運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)度的可視化，各泵站點(diǎn)設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，主要針對(duì)大門、圍墻、格柵間、重點(diǎn)閘門、泵房內(nèi)及配電間等重點(diǎn)區(qū)域布防，采用“前端網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)+安防設(shè)備網(wǎng)+遠(yuǎn)程集中監(jiān)控”的結(jié)構(gòu)模式。泵、閘站通過電信MPLS-VPN寬帶接入中心站視頻監(jiān)控平臺(tái)。

（3）中心站數(shù)據(jù)與圖像綜合顯示系統(tǒng)

各泵站、水閘站點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)上傳至中心站的數(shù)據(jù)與圖像可以WebGIS顯示的方式，以WEB網(wǎng)站發(fā)布的形式，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、定點(diǎn)、定位地顯示排水設(shè)施運(yùn)行實(shí)況;并通過該系統(tǒng)與氣象局的網(wǎng)絡(luò)接口，動(dòng)態(tài)反應(yīng)氣象預(yù)報(bào)的變化、云圖的走向等數(shù)據(jù)內(nèi)容;系統(tǒng)數(shù)據(jù)除在PC端展示外，也可通過APP方式做移動(dòng)設(shè)備展示。

（4）排水調(diào)度輔助決策系統(tǒng)

城市排水作為市政水環(huán)境中重要的一環(huán)，其運(yùn)行和管理與城區(qū)防汛及下游污水處理設(shè)施的運(yùn)行管理密不可分。系統(tǒng)根據(jù)SCADA系統(tǒng)、視頻采集及傳輸系統(tǒng)、氣象部門各類信息及視頻信號(hào)，依托數(shù)據(jù)集圖像綜合顯示系統(tǒng)，制定嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽?yīng)急預(yù)案及調(diào)度決策。在突發(fā)事件及災(zāi)害預(yù)警時(shí)，提供輔助決策;在日常運(yùn)行時(shí)，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及整個(gè)排水系統(tǒng)的工藝參數(shù)，提供泵站、水閘運(yùn)行的優(yōu)化方案，提供設(shè)備管養(yǎng)、維護(hù)方案，確保排水設(shè)施科學(xué)、合理、及時(shí)、有效的運(yùn)行。

（5）泵站設(shè)施綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

項(xiàng)目建設(shè)要求形成排水設(shè)施實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、排水設(shè)施歷史數(shù)據(jù)庫、市政設(shè)施數(shù)據(jù)、指令傳達(dá)數(shù)據(jù)庫等，同時(shí)對(duì)上述數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、整理、轉(zhuǎn)存、備份、變更、增刪等維護(hù)功能。在中心站系統(tǒng)運(yùn)行采用多機(jī)冗余備份、并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫同步功能。

二、新建、擴(kuò)建自控系統(tǒng)

（1）泵站自控系統(tǒng)

對(duì)需要改造的泵站新建自控系統(tǒng)。所有站點(diǎn)監(jiān)控信號(hào)上傳至管理中心站。

泵站設(shè)置PLC站，配置高性能PLC、以太網(wǎng)交換機(jī)、HMI、UPS等設(shè)備，PLC站完成數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控功能，HMI用于現(xiàn)場(chǎng)顯示及巡檢時(shí)進(jìn)行設(shè)備操作、參數(shù)修改等功能，UPS為監(jiān)控設(shè)備及檢測(cè)儀表提供不間斷電源，在線時(shí)間不小于2小時(shí)。

（2）在線儀表系統(tǒng)

泵站點(diǎn)根據(jù)現(xiàn)狀具體情況設(shè)置在線檢測(cè)儀表。根據(jù)自動(dòng)化控制要求，泵站需設(shè)置超聲波液位計(jì)、流量計(jì)、液位開關(guān)、有害氣體檢測(cè)等在線檢測(cè)儀表，另可根據(jù)需要設(shè)置COD、氨氮等水質(zhì)分析在線檢測(cè)儀表。儀表采用4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)或開關(guān)量信號(hào)接入PLC。三、老舊設(shè)備改造

對(duì)污水泵站部分老舊設(shè)備進(jìn)行更換。

4 工程優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)

一、采取最新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、視頻的采集及傳輸

泵站采用高可靠性、高穩(wěn)定性、高開放性的工業(yè)級(jí)PLC作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，對(duì)泵站設(shè)備、在線儀表、視頻等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，提高了系統(tǒng)的智能化水平。

泵站、閘站設(shè)置高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)了防汛指揮的可視化。

數(shù)據(jù)及視頻信號(hào)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(shí)性、可靠性及有效性。

二、實(shí)現(xiàn)資源整合、信息共享

利用互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)“智慧南京”，實(shí)現(xiàn)信息共享。

在本期系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，充分考慮內(nèi)部、外部的資源整合及信息共享，避免重復(fù)建設(shè)、重復(fù)投資。例如：引入南京市氣象部門的相關(guān)信息，及時(shí)掌握衛(wèi)星云圖、現(xiàn)階段及未來時(shí)段的氣象信息，通過GIS衛(wèi)星地圖獲取各個(gè)站點(diǎn)及污水管網(wǎng)具體位置、設(shè)備運(yùn)行情況，做好排水調(diào)度、人員設(shè)備物資的調(diào)配等。根據(jù)排水設(shè)施運(yùn)行管理系統(tǒng)的攝像頭位置調(diào)用實(shí)時(shí)視頻，全面了解各個(gè)站點(diǎn)的水情信息。

三、數(shù)據(jù)的應(yīng)用方式多類型、多形式

數(shù)據(jù)顯示結(jié)合GIS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地圖化。

站點(diǎn)數(shù)據(jù)不但包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等內(nèi)容顯示，還包括站點(diǎn)視頻監(jiān)控信息、人員及物質(zhì)的配備情況，以及站點(diǎn)水位、流量、水質(zhì)、機(jī)泵運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等內(nèi)容。

中心站設(shè)置大屏顯示系統(tǒng)，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(diǎn)運(yùn)行調(diào)度情況。

數(shù)據(jù)除在中心站電腦、工作人員PC機(jī)上顯示，還可在移動(dòng)平板、手機(jī)上顯示。

通過多樣化、多形式的數(shù)據(jù)顯示，及時(shí)、準(zhǔn)確、全面掌握各站點(diǎn)總體情況，為指揮調(diào)度的決策提供更加及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠的技術(shù)支撐。

四、系統(tǒng)具有高度開放性和可擴(kuò)展性

本期調(diào)度管理中心站預(yù)留公司信息化系統(tǒng)的通訊接口，為今后新站點(diǎn)的接入提供支持，平臺(tái)具有高度集成性，南京市所有排水站點(diǎn)信息均接入此平臺(tái)，方便調(diào)度及管理。同時(shí)系統(tǒng)平臺(tái)搭建時(shí)充分考慮了系統(tǒng)的安全性及性能需求。

五、智慧水務(wù)的先進(jìn)理念

本此泵站改造工程建設(shè)充分運(yùn)用了智慧水務(wù)的先進(jìn)理念，從站點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)到智能化管理中心站的建設(shè)，貫徹了網(wǎng)格化的管理理念，依托數(shù)學(xué)模型，開展規(guī)劃、建設(shè)、管理與調(diào)度，為實(shí)現(xiàn)科學(xué)調(diào)度、精細(xì)化調(diào)度提供決策支持。

系統(tǒng)依托云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)化的資源整合，貫徹元素化的管理理念，細(xì)化單元、落實(shí)責(zé)任，提高管理效率。

5 實(shí)際運(yùn)行效果及智慧水務(wù)發(fā)展展望

本期工程完成后，基本建成了“采集自動(dòng)化、傳輸網(wǎng)絡(luò)化、處理實(shí)時(shí)化、管理數(shù)字化、決策智能化、指揮可視化”的站點(diǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)行可靠，在南京市泵站排水調(diào)度管理工作中起到了重要的作用。

項(xiàng)目建成后，上述污水泵站正常運(yùn)行，確保其服務(wù)范圍內(nèi)的污水能夠經(jīng)市政管網(wǎng)進(jìn)入污水處理廠，對(duì)周邊水環(huán)境的影響極其有益，也保障了泵站服務(wù)范圍內(nèi)居民的生活品質(zhì)。社會(huì)效益和環(huán)境效益都很明顯。

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