污水廠泵站無人值守工程應(yīng)用研究

摘要：介紹了污水廠泵站無人值守的發(fā)展需求，在西南地區(qū)某城市污水廠泵站的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)無人值守泵站的硬件條件，以及其達(dá)到的功能和目標(biāo)。與有人值守相比較其優(yōu)勢明顯，在減員增效、節(jié)約生產(chǎn)本錢、促進(jìn)污水處理自動(dòng)化水平及加快管網(wǎng)現(xiàn)代化建設(shè)等方面發(fā)展都具有重要的意義，也是未來發(fā)展的趨勢，這也是工業(yè)自動(dòng)化向生產(chǎn)工藝自動(dòng)化滲透的表現(xiàn)。為國內(nèi)污水廠處理工藝的自控提供了很好的樣本，值得推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：污水廠；泵站；無人值守；自動(dòng)控制

近年來隨著用戶對(duì)遠(yuǎn)程泵站自動(dòng)控制質(zhì)量、安全要求的日益高漲，泵站的自動(dòng)化系統(tǒng)作為現(xiàn)代化污水廠管網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)運(yùn)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(dòng)化系統(tǒng)工程的可靠性是調(diào)度治理部門和規(guī)劃部門共同關(guān)心的題目，特別是污水廠泵站實(shí)行無人值班，在減員增效、節(jié)約生產(chǎn)本錢、促進(jìn)污水處理自動(dòng)化水平及加快管網(wǎng)現(xiàn)代化建設(shè)等方面發(fā)展都具有重要的意義。因此，實(shí)行水利設(shè)施安全監(jiān)控技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)“無人值守（或少人值守）”是水利行業(yè)發(fā)展的整體趨勢。

1、泵站實(shí)現(xiàn)無人值守的目的

先進(jìn)的污水處理工藝流程，必須要有先進(jìn)的檢測、監(jiān)視、控制設(shè)備及優(yōu)化的應(yīng)用控制軟件系統(tǒng)加以技術(shù)保證，才能保證優(yōu)質(zhì)的污水處理，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)；才能實(shí)現(xiàn)科學(xué)化的生產(chǎn)與經(jīng)營管理。在優(yōu)化污水處理方案的基礎(chǔ)上，通過選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行控制模式，優(yōu)化過程參數(shù)，自動(dòng)化系統(tǒng)能大大降低污水處理過程的能耗、物耗和人工費(fèi)用，使泵站逐步實(shí)現(xiàn)安全、高效、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式?！耙匀藶楸?、技術(shù)創(chuàng)新、管理一流、優(yōu)質(zhì)排放”是重慶水務(wù)有限公司的生產(chǎn)運(yùn)行、管理質(zhì)量方針。因此，實(shí)現(xiàn)潼南大佛寺泵站全過程的自動(dòng)化監(jiān)測與控制是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的根本保障，采用當(dāng)今先進(jìn)而成熟的自動(dòng)化檢測與控制技術(shù)，從而為改善運(yùn)行操作條件、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高勞動(dòng)效率、節(jié)約能耗提供堅(jiān)實(shí)、可靠的保障。

2、系統(tǒng)組成

2.1 系統(tǒng)框架

本系統(tǒng)構(gòu)架范圍：在線檢測工藝儀表、在線檢測電力參數(shù)儀表、可控機(jī)泵、可編程PLC、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電信光纖以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通道、中央計(jì)算機(jī)控制中心等。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

泵站PLC與中控上位機(jī)通訊一定要穩(wěn)定可靠，本系統(tǒng)利用電信光纖實(shí)現(xiàn)有線的以太網(wǎng)通訊。

現(xiàn)場PLC控制站、現(xiàn)場在線檢測儀表、泵與格柵機(jī)的現(xiàn)場控制箱、視頻獨(dú)立系統(tǒng)、中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)共同組成的典型的集散型監(jiān)測、控制系統(tǒng)。

監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想是將污水處理廠泵站的視頻、控制數(shù)據(jù)等相關(guān)信號(hào)通過光纜、傳輸線纜傳輸?shù)轿鬯畯S辦公樓的控制中心服務(wù)器，可以通過中心服務(wù)器對(duì)信號(hào)進(jìn)行瀏覽、存儲(chǔ)并且可以通過連接的廣域網(wǎng)向任何地方傳輸。真正實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)集中管理和資源共享的目標(biāo)。

從安全防范的角度，保障污水處理廠泵站空間范圍內(nèi)的建筑、設(shè)備的安全、防盜、防火，具體所要實(shí)現(xiàn)的功能有：

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

（2）重點(diǎn)部位和通道攝像機(jī)的安裝，起到24小時(shí)不間斷視頻監(jiān)控；

（3）對(duì)云臺(tái)、鏡頭和其他輔助設(shè)備的控制；

（4）視頻、控制信號(hào)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(dá)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(shè)備；

PLC柜內(nèi)加裝1：1隔離變壓器；

——數(shù)字量輸出信號(hào)為無源觸點(diǎn)，容量220VAC，2A，并有繼電器隔離；

——連接所有信號(hào)電纜的端子排并使信號(hào)正常工作；

——提供完整的信號(hào)連接表，清楚地表明各種信號(hào)名稱和端子排上的位置；

——將信號(hào)按下述分類進(jìn)行組合：

數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、模擬輸入、模擬輸出

數(shù)字組和模擬組適當(dāng)分開，使互交叉耦合達(dá)到可以忽視的程度。

（1）過電壓保護(hù)裝置

PLC柜內(nèi)加裝過電壓保護(hù)分為電源和信號(hào)保護(hù)。

一一電源部分：在PLC柜安裝電源避雷器。

——信號(hào)部分：在PLC的通信網(wǎng)絡(luò)端口及4～20mA模擬量信號(hào)的設(shè)備進(jìn)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(fā)界面程序方便人員現(xiàn)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(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境

泵站PLC站，建設(shè)在現(xiàn)有的泵站控制室，PLC站安裝現(xiàn)場條件需滿足《PLc通用技術(shù)條件》的要求。保護(hù)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(shè)電源防雷器及UPs。

2.4 泵、壓榨機(jī)選擇的控制方式

控制方式采用就地手動(dòng)、遠(yuǎn)程手動(dòng)、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制等三種方式。

就地手動(dòng)模式：現(xiàn)場置于就地檔，通過就地控制箱或MCC上的按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的啟停操作。

遠(yuǎn)程手動(dòng)模式：現(xiàn)場置于遠(yuǎn)程檔，在中控計(jì)算機(jī)（上位機(jī)）上，通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊界面上的啟/停按鈕來控制設(shè)備啟動(dòng)或停止。

自動(dòng)方式：現(xiàn)場置于遠(yuǎn)程檔，設(shè)備的運(yùn)行完全由PLC根據(jù)泵站的工況、泵站工藝參數(shù)、泵池液位高低來完成對(duì)設(shè)備的啟?？刂?，而不需要人工干予。

三種方式的控制級(jí)別由高到低為：就地手動(dòng)控制、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制、自動(dòng)控制。控制方案以工藝處理核心技術(shù)為依托，建立控制模型，通過對(duì)整個(gè)泵池水位一電力參數(shù)狀態(tài)一泵電機(jī)、閥門狀態(tài)等過程參數(shù)的采集與分析，經(jīng)過自控系統(tǒng)經(jīng)典的建模算法，自動(dòng)得出各個(gè)工藝環(huán)節(jié)設(shè)備的協(xié)調(diào)運(yùn)行方案，從而自動(dòng)控制相應(yīng)環(huán)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行，保證各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的參數(shù)達(dá)到最佳狀態(tài)。

3、無人值守系統(tǒng)達(dá)到的功能

生產(chǎn)過程控制自動(dòng)化系統(tǒng)，生產(chǎn)過程自動(dòng)控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)泵站生產(chǎn)現(xiàn)場的無人值守為目的，主要功能包括：

（1）生產(chǎn)過程各種主要工藝參數(shù)的采集，各種能耗、物耗和進(jìn)、出廠水流量的計(jì)量和累計(jì)，生產(chǎn)過程備工況和工藝流程狀況監(jiān)測，生產(chǎn)過程設(shè)備的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，計(jì)算機(jī)控制與傳統(tǒng)電氣控制自由切換。

（2）獨(dú)立的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其高清圖像信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸至潼南污水處理廠，全方位掌握電氣設(shè)備、大門口、低壓配電間的安全動(dòng)態(tài)信息。

（3）生產(chǎn)參數(shù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和歷史回溯，數(shù)據(jù)回歸分析和趨勢分析。包括事故狀態(tài)的自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)，事故類別的自動(dòng)判定；處理方案的輔助決策支持系統(tǒng)。

4、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

（1）運(yùn)行維護(hù)實(shí)現(xiàn)各工藝環(huán)節(jié)無人職守運(yùn)行，設(shè)備維護(hù)采用巡檢方式。

（2）操作實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，在中央控制室遠(yuǎn)程監(jiān)視、操作與自動(dòng)控制。

（3）經(jīng)營管理上實(shí)現(xiàn)降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高勞動(dòng)效率、節(jié)約能耗、產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)達(dá)標(biāo)。

（4）建立計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)智能分析系統(tǒng)：通過系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)時(shí)采集的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)（在線檢測儀表數(shù)據(jù)），將采集數(shù)據(jù)與泵站各工藝環(huán)節(jié)的要求達(dá)標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、分析、處理，得出對(duì)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)參數(shù)的自動(dòng)評(píng)價(jià)，并自動(dòng)得出針對(duì)工藝設(shè)備運(yùn)行的控制方案，直接控制工藝設(shè)備的運(yùn)行：同時(shí)通過操作界面提示操作人員，該進(jìn)行何種操作與調(diào)整，以保障各個(gè)工藝環(huán)節(jié)參數(shù)達(dá)標(biāo)運(yùn)行。

（5）建立計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)：根據(jù)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)嚴(yán)格的參數(shù)達(dá)標(biāo)要求，建立計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過程的程序化邏輯控制。

（6）建立計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的自動(dòng)故障識(shí)別與報(bào)警系統(tǒng)：根據(jù)設(shè)備的故障狀況（硬故障和軟故障），計(jì)算機(jī)自動(dòng)分析和判斷。分故障等級(jí)、類型進(jìn)行報(bào)警提示，系統(tǒng)并自動(dòng)發(fā)出參考指令，提示操作人員進(jìn)行故障處理。

5、預(yù)期效益

無人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng)，其關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)大中型泵站的“無人值守、少人看管”的全自動(dòng)化控制管理，為泵站減員增效提供了條件，利用優(yōu)化調(diào)度在線運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、增效，創(chuàng)造了巨大的效益。此無人值守泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)投入運(yùn)行后，有效降低了運(yùn)行管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，每年可節(jié)約人工和辦公費(fèi)用20萬元。泵站無人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng)以其完善、可靠的監(jiān)控及保護(hù)功能，可有效的避免以前常發(fā)生的設(shè)備事故，減少了設(shè)備事故損失，平均每年減少設(shè)備損失50萬元。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控后，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，方便了領(lǐng)導(dǎo)查詢，為樞紐的運(yùn)行管理與調(diào)度決策提供了方便，保證了調(diào)度的實(shí)時(shí)性，促進(jìn)了管理水平的提高。

6、結(jié)束語

提高污水排放管理的科技含量和科技手段，是體現(xiàn)一個(gè)城市市政建設(shè)、管理水平先進(jìn)性的標(biāo)志。隨著國內(nèi)城市的發(fā)展，雨污水泵站的“統(tǒng)一管理、無人值守”已成為發(fā)展方向。國內(nèi)技術(shù)正處于嘗試階段，并逐步得到應(yīng)用，值得為城市污水管網(wǎng)監(jiān)控推薦。