污水廠泵站無人值守工程應用研究

摘要：介紹了污水廠泵站無人值守的發展需求，在西南地區某城市污水廠泵站的應用。實現無人值守泵站的硬件條件，以及其達到的功能和目標。與有人值守相比較其優勢明顯，在減員增效、節約生產本錢、促進污水處理自動化水平及加快管網現代化建設等方面發展都具有重要的意義，也是未來發展的趨勢，這也是工業自動化向生產工藝自動化滲透的表現。為國內污水廠處理工藝的自控提供了很好的樣本，值得推廣應用。

關鍵詞：污水廠；泵站；無人值守；自動控制

近年來隨著用戶對遠程泵站自動控制質量、安全要求的日益高漲，泵站的自動化系統作為現代化污水廠管網安全、經濟、優質運行的主要支柱之一已越來越為人們所重視。搞好泵站的自動化系統工程的可靠性是調度治理部門和規劃部門共同關心的題目，特別是污水廠泵站實行無人值班，在減員增效、節約生產本錢、促進污水處理自動化水平及加快管網現代化建設等方面發展都具有重要的意義。因此，實行水利設施安全監控技術改造，實現“無人值守（或少人值守）”是水利行業發展的整體趨勢。

1、泵站實現無人值守的目的

先進的污水處理工藝流程，必須要有先進的檢測、監視、控制設備及優化的應用控制軟件系統加以技術保證，才能保證優質的污水處理，達到排放標準；才能實現科學化的生產與經營管理。在優化污水處理方案的基礎上，通過選擇適當的運行控制模式，優化過程參數，自動化系統能大大降低污水處理過程的能耗、物耗和人工費用，使泵站逐步實現安全、高效、經濟的運行方式。“以人為本、技術創新、管理一流、優質排放”是重慶水務有限公司的生產運行、管理質量方針。因此，實現潼南大佛寺泵站全過程的自動化監測與控制是實現這一目標的根本保障，采用當今先進而成熟的自動化檢測與控制技術，從而為改善運行操作條件、降低勞動強度、提高勞動效率、節約能耗提供堅實、可靠的保障。

2、系統組成

2.1 系統框架

本系統構架范圍：在線檢測工藝儀表、在線檢測電力參數儀表、可控機泵、可編程PLC、視頻監控系統、電信光纖以太網網絡通道、中央計算機控制中心等。

2.2 系統結構

泵站PLC與中控上位機通訊一定要穩定可靠，本系統利用電信光纖實現有線的以太網通訊。

現場PLC控制站、現場在線檢測儀表、泵與格柵機的現場控制箱、視頻獨立系統、中央監控計算機共同組成的典型的集散型監測、控制系統。

監控系統設計思想是將污水處理廠泵站的視頻、控制數據等相關信號通過光纜、傳輸線纜傳輸到污水廠辦公樓的控制中心服務器，可以通過中心服務器對信號進行瀏覽、存儲并且可以通過連接的廣域網向任何地方傳輸。真正實現了網絡集中管理和資源共享的目標。

從安全防范的角度，保障污水處理廠泵站空間范圍內的建筑、設備的安全、防盜、防火，具體所要實現的功能有：

（1）泵站范圍內的監視，以保證工作的可監視、可記錄性，防止意外發生以及日后取證。

（2）重點部位和通道攝像機的安裝，起到24小時不間斷視頻監控；

（3）對云臺、鏡頭和其他輔助設備的控制；

（4）視頻、控制信號通過同軸電纜和光纜傳輸。

PLC選用羅克韋爾公司的Micrologixl400系列控制器1766-L32BWAA，達到如下要求：

（1）加裝隔離裝置

——配置繼電器或光電耦合器，隔離PLC與被測控的設備；

PLC柜內加裝1：1隔離變壓器；

——數字量輸出信號為無源觸點，容量220VAC，2A，并有繼電器隔離；

——連接所有信號電纜的端子排并使信號正常工作；

——提供完整的信號連接表，清楚地表明各種信號名稱和端子排上的位置；

——將信號按下述分類進行組合：

數字輸入、數字輸出、模擬輸入、模擬輸出

數字組和模擬組適當分開，使互交叉耦合達到可以忽視的程度。

（1）過電壓保護裝置

PLC柜內加裝過電壓保護分為電源和信號保護。

一一電源部分：在PLC柜安裝電源避雷器。

——信號部分：在PLC的通信網絡端口及4～20mA模擬量信號的設備進線和出線端口總線與信道防雷器。

泵站PLC柜面板加裝觸摸屏，開發界面程序方便人員現場操作。

觸摸屏選用羅克韋爾的271lP系列。編程軟件用ME。

2.3 自動化系統設備運行環境

泵站PLC站，建設在現有的泵站控制室，PLC站安裝現場條件需滿足《PLc通用技術條件》的要求。保護接地電阻≤4Q，防雷接地電阻≤4Q，防靜電電阻≤10Q。PLC電源取自低壓配電屏儀表控制配電回路，回路裝設電源防雷器及UPs。

2.4 泵、壓榨機選擇的控制方式

控制方式采用就地手動、遠程手動、遠程自動控制等三種方式。

就地手動模式：現場置于就地檔，通過就地控制箱或MCC上的按鈕實現對設備的啟停操作。

遠程手動模式：現場置于遠程檔，在中控計算機（上位機）上，通過鼠標點擊界面上的啟/停按鈕來控制設備啟動或停止。

自動方式：現場置于遠程檔，設備的運行完全由PLC根據泵站的工況、泵站工藝參數、泵池液位高低來完成對設備的啟停控制，而不需要人工干予。

三種方式的控制級別由高到低為：就地手動控制、遠程手動控制、自動控制。控制方案以工藝處理核心技術為依托，建立控制模型，通過對整個泵池水位一電力參數狀態一泵電機、閥門狀態等過程參數的采集與分析，經過自控系統經典的建模算法，自動得出各個工藝環節設備的協調運行方案，從而自動控制相應環節設備的運行，保證各個工藝環節的參數達到最佳狀態。

3、無人值守系統達到的功能

生產過程控制自動化系統，生產過程自動控制系統以實現泵站生產現場的無人值守為目的，主要功能包括：

（1）生產過程各種主要工藝參數的采集，各種能耗、物耗和進、出廠水流量的計量和累計，生產過程備工況和工藝流程狀況監測，生產過程設備的遠程計算機自動控制，計算機控制與傳統電氣控制自由切換。

（2）獨立的視頻監控系統，其高清圖像信號實時傳輸至潼南污水處理廠，全方位掌握電氣設備、大門口、低壓配電間的安全動態信息。

（3）生產參數的數據存儲和歷史回溯，數據回歸分析和趨勢分析。包括事故狀態的自動記錄、存儲，事故類別的自動判定；處理方案的輔助決策支持系統。

4、系統實現目標

（1）運行維護實現各工藝環節無人職守運行，設備維護采用巡檢方式。

（2）操作實現集中監控，在中央控制室遠程監視、操作與自動控制。

（3）經營管理上實現降低勞動強度、提高勞動效率、節約能耗、產品優質達標。

（4）建立計算機數據智能分析系統：通過系統自動實時采集的生產過程數據（在線檢測儀表數據），將采集數據與泵站各工藝環節的要求達標數據進行比較、分析、處理，得出對各個工藝環節參數的自動評價，并自動得出針對工藝設備運行的控制方案，直接控制工藝設備的運行：同時通過操作界面提示操作人員，該進行何種操作與調整，以保障各個工藝環節參數達標運行。

（5）建立計算機自動監視系統：根據各個工藝環節嚴格的參數達標要求，建立計算機對生產過程的程序化邏輯控制。

（6）建立計算機對現場設備的自動故障識別與報警系統：根據設備的故障狀況（硬故障和軟故障），計算機自動分析和判斷。分故障等級、類型進行報警提示，系統并自動發出參考指令，提示操作人員進行故障處理。

5、預期效益

無人值守綜合監控系統，其關鍵技術實現了對大中型泵站的“無人值守、少人看管”的全自動化控制管理，為泵站減員增效提供了條件，利用優化調度在線運行，實現了節能、增效，創造了巨大的效益。此無人值守泵站遠程監控系統投入運行后，有效降低了運行管理人員的勞動強度，每年可節約人工和辦公費用20萬元。泵站無人值守綜合監控系統以其完善、可靠的監控及保護功能，可有效的避免以前常發生的設備事故，減少了設備事故損失，平均每年減少設備損失50萬元。系統實現聯網監控后，可實現數據共享，方便了領導查詢，為樞紐的運行管理與調度決策提供了方便，保證了調度的實時性，促進了管理水平的提高。

6、結束語

提高污水排放管理的科技含量和科技手段，是體現一個城市市政建設、管理水平先進性的標志。隨著國內城市的發展，雨污水泵站的“統一管理、無人值守”已成為發展方向。國內技術正處于嘗試階段，并逐步得到應用，值得為城市污水管網監控推薦。