污水厂泵站无人值守工程应用研究

摘要：介绍了污水厂泵站无人值守的发展需求，在西南地区某城市污水厂泵站的应用。实现无人值守泵站的硬件条件，以及其达到的功能和目标。与有人值守相比较其优势明显，在减员增效、节约生产本钱、促进污水处理自动化水平及加快管网现代化建设等方面发展都具有重要的意义，也是未来发展的趋势，这也是工业自动化向生产工艺自动化渗透的表现。为国内污水厂处理工艺的自控提供了很好的样本，值得推广应用。

关键词：污水厂；泵站；无人值守；自动控制

近年来随着用户对远程泵站自动控制质量、安全要求的日益高涨，泵站的自动化系统作为现代化污水厂管网安全、经济、优质运行的主要支柱之一已越来越为人们所重视。搞好泵站的自动化系统工程的可靠性是调度治理部门和规划部门共同关心的题目，特别是污水厂泵站实行无人值班，在减员增效、节约生产本钱、促进污水处理自动化水平及加快管网现代化建设等方面发展都具有重要的意义。因此，实行水利设施安全监控技术改造，实现“无人值守（或少人值守）”是水利行业发展的整体趋势。

1、泵站实现无人值守的目的

先进的污水处理工艺流程，必须要有先进的检测、监视、控制设备及优化的应用控制软件系统加以技术保证，才能保证优质的污水处理，达到排放标准；才能实现科学化的生产与经营管理。在优化污水处理方案的基础上，通过选择适当的运行控制模式，优化过程参数，自动化系统能大大降低污水处理过程的能耗、物耗和人工费用，使泵站逐步实现安全、高效、经济的运行方式。“以人为本、技术创新、管理一流、优质排放”是重庆水务有限公司的生产运行、管理质量方针。因此，实现潼南大佛寺泵站全过程的自动化监测与控制是实现这一目标的根本保障，采用当今先进而成熟的自动化检测与控制技术，从而为改善运行操作条件、降低劳动强度、提高劳动效率、节约能耗提供坚实、可靠的保障。

2、系统组成

2.1 系统框架

本系统构架范围：在线检测工艺仪表、在线检测电力参数仪表、可控机泵、可编程PLC、视频监控系统、电信光纤以太网网络通道、中央计算机控制中心等。

2.2 系统结构

泵站PLC与中控上位机通讯一定要稳定可靠，本系统利用电信光纤实现有线的以太网通讯。

现场PLC控制站、现场在线检测仪表、泵与格栅机的现场控制箱、视频独立系统、中央监控计算机共同组成的典型的集散型监测、控制系统。

监控系统设计思想是将污水处理厂泵站的视频、控制数据等相关信号通过光缆、传输线缆传输到污水厂办公楼的控制中心服务器，可以通过中心服务器对信号进行浏览、存储并且可以通过连接的广域网向任何地方传输。真正实现了网络集中管理和资源共享的目标。

从安全防范的角度，保障污水处理厂泵站空间范围内的建筑、设备的安全、防盗、防火，具体所要实现的功能有：

（1）泵站范围内的监视，以保证工作的可监视、可记录性，防止意外发生以及日后取证。

（2）重点部位和通道摄像机的安装，起到24小时不间断视频监控；

（3）对云台、镜头和其他辅助设备的控制；

（4）视频、控制信号通过同轴电缆和光缆传输。

PLC选用罗克韦尔公司的Micrologixl400系列控制器1766-L32BWAA，达到如下要求：

（1）加装隔离装置

——配置继电器或光电耦合器，隔离PLC与被测控的设备；

PLC柜内加装1：1隔离变压器；

——数字量输出信号为无源触点，容量220VAC，2A，并有继电器隔离；

——连接所有信号电缆的端子排并使信号正常工作；

——提供完整的信号连接表，清楚地表明各种信号名称和端子排上的位置；

——将信号按下述分类进行组合：

数字输入、数字输出、模拟输入、模拟输出

数字组和模拟组适当分开，使互交叉耦合达到可以忽视的程度。

（1）过电压保护装置

PLC柜内加装过电压保护分为电源和信号保护。

一一电源部分：在PLC柜安装电源避雷器。

——信号部分：在PLC的通信网络端口及4～20mA模拟量信号的设备进线和出线端口总线与信道防雷器。

泵站PLC柜面板加装触摸屏，开发界面程序方便人员现场操作。

触摸屏选用罗克韦尔的271lP系列。编程软件用ME。

2.3 自动化系统设备运行环境

泵站PLC站，建设在现有的泵站控制室，PLC站安装现场条件需满足《PLc通用技术条件》的要求。保护接地电阻≤4Q，防雷接地电阻≤4Q，防静电电阻≤10Q。PLC电源取自低压配电屏仪表控制配电回路，回路装设电源防雷器及UPs。

2.4 泵、压榨机选择的控制方式

控制方式采用就地手动、远程手动、远程自动控制等三种方式。

就地手动模式：现场置于就地档，通过就地控制箱或MCC上的按钮实现对设备的启停操作。

远程手动模式：现场置于远程档，在中控计算机（上位机）上，通过鼠标点击界面上的启/停按钮来控制设备启动或停止。

自动方式：现场置于远程档，设备的运行完全由PLC根据泵站的工况、泵站工艺参数、泵池液位高低来完成对设备的启停控制，而不需要人工干予。

三种方式的控制级别由高到低为：就地手动控制、远程手动控制、自动控制。控制方案以工艺处理核心技术为依托，建立控制模型，通过对整个泵池水位一电力参数状态一泵电机、阀门状态等过程参数的采集与分析，经过自控系统经典的建模算法，自动得出各个工艺环节设备的协调运行方案，从而自动控制相应环节设备的运行，保证各个工艺环节的参数达到最佳状态。

3、无人值守系统达到的功能

生产过程控制自动化系统，生产过程自动控制系统以实现泵站生产现场的无人值守为目的，主要功能包括：

（1）生产过程各种主要工艺参数的采集，各种能耗、物耗和进、出厂水流量的计量和累计，生产过程备工况和工艺流程状况监测，生产过程设备的远程计算机自动控制，计算机控制与传统电气控制自由切换。

（2）独立的视频监控系统，其高清图像信号实时传输至潼南污水处理厂，全方位掌握电气设备、大门口、低压配电间的安全动态信息。

（3）生产参数的数据存储和历史回溯，数据回归分析和趋势分析。包括事故状态的自动记录、存储，事故类别的自动判定；处理方案的辅助决策支持系统。

4、系统实现目标

（1）运行维护实现各工艺环节无人职守运行，设备维护采用巡检方式。

（2）操作实现集中监控，在中央控制室远程监视、操作与自动控制。

（3）经营管理上实现降低劳动强度、提高劳动效率、节约能耗、产品优质达标。

（4）建立计算机数据智能分析系统：通过系统自动实时采集的生产过程数据（在线检测仪表数据），将采集数据与泵站各工艺环节的要求达标数据进行比较、分析、处理，得出对各个工艺环节参数的自动评价，并自动得出针对工艺设备运行的控制方案，直接控制工艺设备的运行：同时通过操作界面提示操作人员，该进行何种操作与调整，以保障各个工艺环节参数达标运行。

（5）建立计算机自动监视系统：根据各个工艺环节严格的参数达标要求，建立计算机对生产过程的程序化逻辑控制。

（6）建立计算机对现场设备的自动故障识别与报警系统：根据设备的故障状况（硬故障和软故障），计算机自动分析和判断。分故障等级、类型进行报警提示，系统并自动发出参考指令，提示操作人员进行故障处理。

5、预期效益

无人值守综合监控系统，其关键技术实现了对大中型泵站的“无人值守、少人看管”的全自动化控制管理，为泵站减员增效提供了条件，利用优化调度在线运行，实现了节能、增效，创造了巨大的效益。此无人值守泵站远程监控系统投入运行后，有效降低了运行管理人员的劳动强度，每年可节约人工和办公费用20万元。泵站无人值守综合监控系统以其完善、可靠的监控及保护功能，可有效的避免以前常发生的设备事故，减少了设备事故损失，平均每年减少设备损失50万元。系统实现联网监控后，可实现数据共享，方便了领导查询，为枢纽的运行管理与调度决策提供了方便，保证了调度的实时性，促进了管理水平的提高。

6、结束语

提高污水排放管理的科技含量和科技手段，是体现一个城市市政建设、管理水平先进性的标志。随着国内城市的发展，雨污水泵站的“统一管理、无人值守”已成为发展方向。国内技术正处于尝试阶段，并逐步得到应用，值得为城市污水管网监控推荐。