一．項目概況
我國的污水管網自動化技術起步較晚，排污泵站的自動化技術研究也落后于發達國家，對于這樣一個污染嚴重資源受限的發展中人口大國，發展滿足排放要求、處理效果好、運行費用低和國產自動化程度高、且自動化水平較高的排污系統，對經濟發展具有重大的現實意義，也是對國家節能減排的貢獻。
慈溪市位于浙江省東部，寧波市境北部，杭州灣南岸，全市行政區域面積1361平方公里。轄區內污水輸送管線分為東線、西線、中線及中心城區，近年來結合慈溪市排水公司“泵站點上保安保潔和自動化控制、輸送線上巡檢維護和統一調度”的集約化泵站運行管理模式，設計建立管轄市域內所有排污泵站和污水處理廠的管網SCADA系統，實時監控排水泵站和污水處理廠的運行工況，并在此基礎上構建一套“管網智能調度”輔助決策系統，實現對泵站現場的自動化控制、遠程的在線遙控、各級泵站的統一調度、輸送管網與污水處理廠的應急聯動，實現經濟效益、社會效益的最大化。
項目應用先進的計算機控制技術、可編程控制器PLC、工業自動化組態軟件技術以及網絡通信等技術，結合污水管網現有特征，設計出運行狀態和參數能夠自動檢測和自動控制、具有自動故障應急處理能力并且具有網絡通信能力的高性能、高可靠性的污水管網調度系統。
二．項目設計
u 建立一個集監控組態運行、調度運營管理、實時數據存儲、歷史數據查詢以及系統維護一體化的系統。
u 采集慈溪市域所有污水泵站及污水廠的工藝參數、電氣參數、主要設備的運行狀態及重要環境指標參數等。
u 實現對整個慈溪市域所有污水泵站的工藝過程及全部運行設備的自動檢測和控制。
u 以污水處理廠為基礎單位，可分區域顯示管網污水走勢圖，帶有動態參數顯示，趨勢報表顯示，自動生成各類報表。
u 對各泵站液位數據進行長期存儲后進行整理、分析，為調度決策系統提供參考依據；
u 報警系統將現場設備的各種故障在中控室進行聲、光報警，并能將故障按預先設計好的分類進行打印。
u 逐步實現污水泵站“現場無人值班或少人值班”的目標，減輕操作人員的工作量和勞動強度。
u 通過視頻、安防設備加裝，使泵站內的工藝設備、人員安全得到最大保障。
三．系統架構
管網調度中心設立在慈溪市排水公司管網運營科，通過分別設立數據服務器、應用服務器用于對管轄市域內所有排水泵站的運行情況進行監視、控制；站點分布在慈溪市整個市域范圍內，站點硬件種類眾多分別有西門子S7-200、S7-300，和利時的LK-210、LK-207，北京安控等系列PLC。系統圖如圖1所示；項目具體實施細則如下：
圖1
四．系統功能
管網調度中心SCADA監控系統軟件采用北京三維力控公司的組態軟件eForceCon Server V2.0,分別安裝在兩臺操作員站監控計算機，雙機冗余方式，向下通過1000M光纖工業以太網與各泵站PLC控制系統相連，在調度中心對各級泵站的運行數據進行實時采集，并以文字或圖形方式展現；采集數據寫入數據服務器和建模運算服務器的數據庫中；設備在“遠程”模式下時，可以通過中控室操作員站遠程控制泵站內設備的啟停；被控對象的模擬量參數設置范圍限制，超出范圍時報警；對重要數據歸檔，保證操作的可靠性和安全性；組態報表打印，并按照排水公司運行管理格式要求定制泵站的各類運行報表。
4.1 提升泵站工藝過程監視；如圖2所示為SCADA系統主監視畫面，用于監視污水提升泵站的整個工藝過程。在監視畫面中可以查看泵站的實時運行數據，如泵坑內液位的變化、水泵的運行電流、硫化氫和水泵運行時間等；同時也可監視泵站內各設備的運行狀況及實時報警情況，如水泵的啟停、格柵的啟停、閘門的開關以及相應設備故障的實時報警信息；
在主監視畫面中還提供了通往各分設備畫面的連接，如果想要對某個設備進行操作，可以通過切換按鈕到對應設備的監控畫面。
圖2
4.2 泵站內水泵的遠程監控；在主監視畫面中通過關聯按鈕切換到水泵的遠程控制窗口，如圖3所示為泵站內水泵的控制畫面；在操作畫面中，可以選擇水泵的運行方式為“中控”或“自動”；
當選擇“中控”控制時，可通過控制畫面中的“中控啟動”和“中控停止”按鈕對遠端泵站的水泵進行啟、停操作；
當選擇“自動”控制時，遠端泵站內的水泵可按預先設定好的控制模式，根據泵坑內水位的變化自動啟、停水泵。
圖3
4.3 泵站內輔設的遠程監控；在主監視畫面中通過關聯按鈕切換到輔助設備的控制畫面，如圖4所示為泵站輔助設備的控制畫面；在操作畫面中，可以監視泵站內除臭、格柵、閘門和運輸機等輔助設備的當前狀態；同時也可根據各輔助設備所具備不同的工藝過程選擇相應的控制模式；
圖中閘門只具備手動控制模式，在管網調度中心通過“手動開”和“手動關”按鈕去控制遠端泵站內閘門的開或關；其他設備都具備手動和自動兩種控制模式；當選擇“中控手動”時，可通過對應設備的“手動開”和“手動關”按鈕操控現場相應設備的啟停；當選擇“中控自動”時，現場設備將根據預先設定好的運行模式自動運行；
圖4
4.4 液位的趨勢報表查詢；通過任務欄導航按鈕切換到趨勢報表查詢畫面，如圖5所示為泵站液位趨勢查詢畫面；趨勢報表可查詢液位實時趨勢和歷史趨勢，也可將不同泵站的液位趨勢走向在同一張報表中展現出來進行比較、分析；
歷史查詢時首先添加需要查詢的泵站名稱，之后確定查詢的開始時間，設置查詢間隔，便可查詢出對應泵站某一歷史時段內的液位趨勢走向圖；
圖5
4.5 泵站聯動功能；在之前的運行模式下，同一污水輸送管線中，經常會出現后一級泵站的液位已經達到了警戒液位，而前級泵站卻依然在打水，最終導致管線內污水溢出、倒灌，甚至淹沒農田的情況都經常發生，對周邊居民的生活造成了不良影響，排水公司也因此遭受重大的經濟損失；考慮到此種情況的發生，在監控系統中加入泵站聯動功能；如圖6所示為污水管網泵站聯動控制畫面；開啟聯動功能后，如果后級泵站的液位達到了警戒液位，前級泵站將自動將開啟的水泵轉為停止狀態，保證管線輸水能力保持在正常范圍內。
圖6
4.6 自定義統計報表；監控系統可按照排水公司運行管理格式要求定制泵站的運營報表，如圖7所示為西部2#泵站日報表中班部分；自定義報表中可分別按照日報、月報、年報的格式進行數據統計查詢，查詢指標通過配置添加；其中日報查詢又根據泵站實際運營管理情況按早班、中班、晚班進行分類統計查詢；圖中所示日報表中收錄了天氣、液位、水泵運行時間、估算耗電量等指標，在每班報表的小結中還體現出本班值班員值班期間泵站內液位變化的平均值、泵站內泵機的累計運行時間以及本班內泵站所消耗的電能；統計報表的顯示風格、形式、框架可自定義。
圖7
4.7 泵站的信息管理；主要用于管理泵站的基建資料及運維情況；泵站長久運營管理中，由于人員的變動或其他情況造成的管理不善會使最初泵站的建設信息不斷的缺失，使得后期對泵站的運維難度逐漸增加，為了杜絕這一現象的延續，故此增加了泵站信息管理功能模塊如圖8所示為西部4#泵站的信息管理界面，系統維護人員通過該界面可錄入泵站地址、規模、建造時間、地理坐標、自控網絡/視頻地址、管道管徑、進水標高和出水標高等基礎建設信息；當泵站在正常的運營過程中有發生維修或保養時，可以對泵站具體設備的維修、保養情況進行記錄；
圖8
4.8 管網液位分析功能；提示泵站內泵機的啟停、泵組的切換、格柵的開啟、閥門的開關等設備操作都與站內液位的變化緊密相連，由此可知液位在提升泵站自動化運行過程中的重要性；
如圖9所示為監控系統按照污水管網分布情況對同一污水輸送管線中各泵站的液位進行分析、比較查詢；圖中同一條污水輸送管線上所有泵站的液位都遵照黃海標高的表現形式立體動態的展現給運行維護人員，幫助其分析整條管線上各泵站內污水實時分布情況，為正確的運營管理做出判斷。
圖9
4.9 報警查詢功能；在主監視畫面中通過關聯按鈕切換到報警查詢畫面，如圖10所示為SCADA監控系統報警查詢畫面；在操作畫面中通過樹形菜單可選擇查看相應提升泵站的歷史報警信息，并可根據要求將泵站報警信息進行打印；
圖10
4.10 調度功能說明
為了實現泵站的生產管理和宏觀調度功能，在SCADA監控平臺的基礎上根據污水流量的動態變化及泵站集水井水位的變化，運用智能控制方法對污水管網進行優化控制，實現了對管網水位、流量和污水處理廠受水能力的最優調節控制，重點解決了各污水輸送管線的輸送流量匹配問題。
4.10.1 調度策略：如圖11所示為系統調度策略執行示意圖，它以污水管網歷史運行數據和用戶調度指令作為輸入，輸出為各泵站最優泵組啟/停液位組；調度決策指令發送至各級泵站LCS控制系統后，各泵站LCS控制系統按照接受到的最優啟停液位組對本地潛水泵進行自動調節控制，同時將污水管網的運行狀態信息通過監控系統實時反饋給管網調度中心，為系統進行進一步的調度調整和數據的積累作為參考依據。
圖11
4.10.2 調度計劃配置；根據運行經驗，污水管網在不同季節、不同時段、不同氣候條件下所需執行的調度策略不同，如圖12所示為調度計劃配置功能窗口；事先可根據季節或氣候的變化特點不同人工設置、存儲不同的調度策略，如正常調度、高峰調度、低谷調度、雷雨調度等，將設置的調度策略進行整合后加入到正常的調度計劃中執行；例如當執行日調度計劃時，可將一天分為幾個不同時段，通過對歷史數據的分析作為參考依據，設置不同時段內泵站內泵組的 啟/停 液位；
調度策略中引入了天氣預報連鎖功能，當選中投入運行時，可根據未來（6-24小時）天氣情況決定投入何種調度方案，在雷雨季節時可提前將污水提升泵站及污水輸送管線內的污水排空，充分利用污水管網的蓄水能力，盡可能將收集的污水輸送至污水處理廠處理，減少排江量。該功能的引入實現了泵站運行自動化向智能化的跨越。
圖12
五．項目總結
通過力控eForceCon Server軟件的安裝與部署，現提升泵站控制情況可以在調度中心統一管理，SCADA監控系統可以實現在中心對各級泵站的設備情況進行遠程數據采集和運行監控；調度管理系統對采集數據進行處理、存儲、分析后送入調度輔助決策模塊，通過調度輔助決策模塊根據管網內污水匹配情況按照預先設定好的調度方案進行合理的調度管理；
排污管網及提升泵站的信息化建設投入運行，真正實現了監、管、控一體化的調度模式。系統自建成投入運行后，大大提升了排水公司的運營效率。實現泵站設備運行狀態一目了然，預警信息及時準確，中心調度人員對泵站工作人員的工作狀態及泵站設施的現場情況，實時掌握。不僅解決了管線的整體調度問題，還能及時應對突發事件。提升管理效率的同時，最大限度的降低了風險，確保系統安全運行；受到了用戶的好評。
