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慈溪市城市排水管网调度系统

一.项目概况

我国的污水管网自动化技术起步较晚,排污泵站的自动化技术研究也落后于发达国家,对于这样一个污染严重资源受限的发展中人口大国,发展满足排放要求、处理效果好、运行费用低和国产自动化程度高、且自动化水平较高的排污系统,对经济发展具有重大的现实意义,也是对国家节能减排的贡献。

慈溪市位于浙江省东部,宁波市境北部,杭州湾南岸,全市行政区域面积1361平方公里。辖区内污水输送管线分为东线、西线、中线及中心城区,近年来结合慈溪市排水公司“泵站点上保安保洁和自动化控制、输送线上巡检维护和统一调度”的集约化泵站运行管理模式,设计建立管辖市域内所有排污泵站和污水处理厂的管网SCADA系统,实时监控排水泵站和污水处理厂的运行工况,并在此基础上构建一套“管网智能调度”辅助决策系统,实现对泵站现场的自动化控制、远程的在线遥控、各级泵站的统一调度、输送管网与污水处理厂的应急联动,实现经济效益、社会效益的最大化。

项目应用先进的计算机控制技术、可编程控制器PLC、工业自动化组态软件技术以及网络通信等技术,结合污水管网现有特征,设计出运行状态和参数能够自动检测和自动控制、具有自动故障应急处理能力并且具有网络通信能力的高性能、高可靠性的污水管网调度系统。

二.项目设计

  建立一个集监控组态运行、调度运营管理、实时数据存储、历史数据查询以及系统维护一体化的系统。

  采集慈溪市域所有污水泵站及污水厂的工艺参数、电气参数、主要设备的运行状态及重要环境指标参数等。

  实现对整个慈溪市域所有污水泵站的工艺过程及全部运行设备的自动检测和控制。

  以污水处理厂为基础单位,可分区域显示管网污水走势图,带有动态参数显示,趋势报表显示,自动生成各类报表。

  对各泵站液位数据进行长期存储后进行整理、分析,为调度决策系统提供参考依据;

  报警系统将现场设备的各种故障在中控室进行声、光报警,并能将故障按预先设计好的分类进行打印。

  逐步实现污水泵站“现场无人值班或少人值班”的目标,减轻操作人员的工作量和劳动强度。

  通过视频、安防设备加装,使泵站内的工艺设备、人员安全得到最大保障。

三.系统架构

管网调度中心设立在慈溪市排水公司管网运营科,通过分别设立数据服务器、应用服务器用于对管辖市域内所有排水泵站的运行情况进行监视、控制;站点分布在慈溪市整个市域范围内,站点硬件种类众多分别有西门子S7-200S7-300,和利时的LK-210LK-207,北京安控等系列PLC系统图如图1所示;项目具体实施细则如下:


图1

四.系统功能

管网调度中心SCADA监控系统软件采用北京三维力控公司的组态软件eForceCon Server V2.0,分别安装在两台操作员站监控计算机,双机冗余方式,向下通过1000M光纤工业以太网与各泵站PLC控制系统相连,在调度中心对各级泵站的运行数据进行实时采集,并以文字或图形方式展现;采集数据写入数据服务器和建模运算服务器的数据库中;设备在“远程”模式下时,可以通过中控室操作员站远程控制泵站内设备的启停;被控对象的模拟量参数设置范围限制,超出范围时报警;对重要数据归档,保证操作的可靠性和安全性;组态报表打印,并按照排水公司运行管理格式要求定制泵站的各类运行报表。

4.1  提升泵站工艺过程监视;如图2所示为SCADA系统主监视画面,用于监视污水提升泵站的整个工艺过程。在监视画面中可以查看泵站的实时运行数据,如泵坑内液位的变化、水泵的运行电流、硫化氢和水泵运行时间等;同时也可监视泵站内各设备的运行状况及实时报警情况,如水泵的启停、格栅的启停、闸门的开关以及相应设备故障的实时报警信息;

在主监视画面中还提供了通往各分设备画面的连接,如果想要对某个设备进行操作,可以通过切换按钮到对应设备的监控画面。   


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4.2  泵站内水泵的远程监控;在主监视画面中通过关联按钮切换到水泵的远程控制窗口,如图3所示为泵站内水泵的控制画面;在操作画面中,可以选择水泵的运行方式为“中控”或“自动”;

当选择“中控”控制时,可通过控制画面中的“中控启动”和“中控停止”按钮对远端泵站的水泵进行启、停操作;

当选择“自动”控制时,远端泵站内的水泵可按预先设定好的控制模式,根据泵坑内水位的变化自动启、停水泵。 


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4.3  泵站内辅设的远程监控;在主监视画面中通过关联按钮切换到辅助设备的控制画面,如图4所示为泵站辅助设备的控制画面;在操作画面中,可以监视泵站内除臭、格栅、闸门和运输机等辅助设备的当前状态;同时也可根据各辅助设备所具备不同的工艺过程选择相应的控制模式;

图中闸门只具备手动控制模式,在管网调度中心通过“手动开”和“手动关”按钮去控制远端泵站内闸门的开或关;其他设备都具备手动和自动两种控制模式;当选择“中控手动”时,可通过对应设备的“手动开”和“手动关”按钮操控现场相应设备的启停;当选择“中控自动”时,现场设备将根据预先设定好的运行模式自动运行;  

  

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4.4  液位的趋势报表查询;通过任务栏导航按钮切换到趋势报表查询画面,如图5所示为泵站液位趋势查询画面;趋势报表可查询液位实时趋势和历史趋势,也可将不同泵站的液位趋势走向在同一张报表中展现出来进行比较、分析;

历史查询时首先添加需要查询的泵站名称,之后确定查询的开始时间,设置查询间隔,便可查询出对应泵站某一历史时段内的液位趋势走向图;


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4.5  泵站联动功能;在之前的运行模式下,同一污水输送管线中,经常会出现后一级泵站的液位已经达到了警戒液位,而前级泵站却依然在打水,最终导致管线内污水溢出、倒灌,甚至淹没农田的情况都经常发生,对周边居民的生活造成了不良影响,排水公司也因此遭受重大的经济损失;考虑到此种情况的发生,在监控系统中加入泵站联动功能;如图6所示为污水管网泵站联动控制画面;开启联动功能后,如果后级泵站的液位达到了警戒液位,前级泵站将自动将开启的水泵转为停止状态,保证管线输水能力保持在正常范围内。 



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4.6  自定义统计报表;监控系统可按照排水公司运行管理格式要求定制泵站的运营报表,如图7所示为西部2#泵站日报表中班部分;自定义报表中可分别按照日报、月报、年报的格式进行数据统计查询,查询指标通过配置添加;其中日报查询又根据泵站实际运营管理情况按早班、中班、晚班进行分类统计查询;图中所示日报表中收录了天气、液位、水泵运行时间、估算耗电量等指标,在每班报表的小结中还体现出本班值班员值班期间泵站内液位变化的平均值、泵站内泵机的累计运行时间以及本班内泵站所消耗的电能;统计报表的显示风格、形式、框架可自定义。


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4.7  泵站的信息管理;主要用于管理泵站的基建资料及运维情况;泵站长久运营管理中,由于人员的变动或其他情况造成的管理不善会使最初泵站的建设信息不断的缺失,使得后期对泵站的运维难度逐渐增加,为了杜绝这一现象的延续,故此增加了泵站信息管理功能模块如图8所示为西部4#泵站的信息管理界面,系统维护人员通过该界面可录入泵站地址、规模、建造时间、地理坐标、自控网络/视频地址、管道管径、进水标高和出水标高等基础建设信息;当泵站在正常的运营过程中有发生维修或保养时,可以对泵站具体设备的维修、保养情况进行记录;


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4.8  管网液位分析功能;提示泵站内泵机的启停、泵组的切换、格栅的开启、阀门的开关等设备操作都与站内液位的变化紧密相连,由此可知液位在提升泵站自动化运行过程中的重要性;

如图9所示为监控系统按照污水管网分布情况对同一污水输送管线中各泵站的液位进行分析、比较查询;图中同一条污水输送管线上所有泵站的液位都遵照黄海标高的表现形式立体动态的展现给运行维护人员,帮助其分析整条管线上各泵站内污水实时分布情况,为正确的运营管理做出判断。


图9



4.9  报警查询功能;在主监视画面中通过关联按钮切换到报警查询画面,如图10所示为SCADA监控系统报警查询画面;在操作画面中通过树形菜单可选择查看相应提升泵站的历史报警信息,并可根据要求将泵站报警信息进行打印


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4.10  调度功能说明

为了实现泵站的生产管理和宏观调度功能,在SCADA监控平台的基础上根据污水流量的动态变化及泵站集水井水位的变化,运用智能控制方法对污水管网进行优化控制,实现了对管网水位、流量和污水处理厂受水能力的最优调节控制,重点解决了各污水输送管线的输送流量匹配问题。

4.10.1  调度策略:如图11所示为系统调度策略执行示意图,它以污水管网历史运行数据和用户调度指令作为输入,输出为各泵站最优泵组启/停液位组;调度决策指令发送至各级泵站LCS控制系统后,各泵站LCS控制系统按照接受到的最优启停液位组对本地潜水泵进行自动调节控制,同时将污水管网的运行状态信息通过监控系统实时反馈给管网调度中心,为系统进行进一步的调度调整和数据的积累作为参考依据。

          

         图11                           

4.10.2  调度计划配置;根据运行经验,污水管网在不同季节、不同时段、不同气候条件下所需执行的调度策略不同,如图12所示为调度计划配置功能窗口;事先可根据季节或气候的变化特点不同人工设置、存储不同的调度策略,如正常调度、高峰调度、低谷调度、雷雨调度等,将设置的调度策略进行整合后加入到正常的调度计划中执行;例如当执行日调度计划时,可将一天分为几个不同时段,通过对历史数据的分析作为参考依据,设置不同时段内泵站内泵组的 启/停 液位;

调度策略中引入了天气预报连锁功能,当选中投入运行时,可根据未来(6-24小时)天气情况决定投入何种调度方案,在雷雨季节时可提前将污水提升泵站及污水输送管线内的污水排空,充分利用污水管网的蓄水能力,尽可能将收集的污水输送至污水处理厂处理,减少排江量。该功能的引入实现了泵站运行自动化向智能化的跨越。


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五.项目总结

通过力控eForceCon Server软件的安装与部署,现提升泵站控制情况可以在调度中心统一管理,SCADA监控系统可以实现在中心对各级泵站的设备情况进行远程数据采集和运行监控;调度管理系统对采集数据进行处理、存储、分析后送入调度辅助决策模块,通过调度辅助决策模块根据管网内污水匹配情况按照预先设定好的调度方案进行合理的调度管理;

排污管网及提升泵站的信息化建设投入运行,真正实现了监、管、控一体化的调度模式。系统自建成投入运行后,大大提升了排水公司的运营效率。实现泵站设备运行状态一目了然,预警信息及时准确,中心调度人员对泵站工作人员的工作状态及泵站设施的现场情况,实时掌握。不仅解决了管线的整体调度问题,还能及时应对突发事件。提升管理效率的同时,最大限度的降低了风险,确保系统安全运行;受到了用户的好评。