城市智能化排水系統(tǒng)淺析

張平利

一、引言

城市排水系統(tǒng)，作為城市功能的重要組成部分，在保證居民正常生活上起著重要的作用。目前濮陽市污雨水排放雖然有所改善，但是距離環(huán)保要求還有一定差距。河兩側(cè)出水口閘板全部是現(xiàn)場開啟和關(guān)閉，當(dāng)開啟雨水閘板時雨水管道內(nèi)原有沉積的雨水排進(jìn)河里，造成河水變黑現(xiàn)象。

另外，城區(qū)內(nèi)泵站的集水池都是雨污合流形式的，下雨時開啟雨水泵，集水池內(nèi)部分污水順著出水口排進(jìn)河里，也是造成河水變黑的主要原因。為了減少河水污染，河邊出水閘板中雨以下不開啟，全靠污水管道輸送污雨水到污水處理廠處理后排到河里，管道細(xì)流不及，造成了路面積水現(xiàn)象。

針對以上問題，本文結(jié)合濮陽市污雨水排放現(xiàn)狀進(jìn)行了分析探討，并提出了一套智能化排水理念。

二、智能化排水系統(tǒng)

智能化排水系統(tǒng)，是一種排水聯(lián)動機(jī)制，城市排水及污水處理形成了集中統(tǒng)一管理。 具體而言，是指將河道兩側(cè)出水口閘板開啟、泵站提排、污水處理等有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)分散監(jiān)控，集中管理，使城市排水更加系統(tǒng)化、科學(xué)化。

（一）智能化排水系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)思路

本系統(tǒng)主要思路是改造擴(kuò)容四座污水處理廠，重新布局前期雨水管道，前期雨水管道終端直接和污水處理廠進(jìn)水池相通，并設(shè)置專用閘板，首先主要和各泵站前期雨水泵出口相接通，并設(shè)置專用閘板。將河道各排放出口設(shè)置一套雨水專用閘板。如果出口管道是方溝采用橡膠密封的手電兩用方閘板。如果出水管道是圓形的就采用手電兩用的不銹鋼球閥，閘板現(xiàn)場控制箱內(nèi)部現(xiàn)場設(shè)置與 PLC 控制終端相匹配的傳輸端口，各個控制現(xiàn)場設(shè)置污水監(jiān)測傳感器、液位控制傳感器。實(shí)時監(jiān)測出口水質(zhì)和液位情況，并把監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳到PLC終端柜，現(xiàn)場控制器根據(jù)現(xiàn)場液位和水質(zhì)情況開閉出水閘板。

各市政雨水泵站部分雨水泵改造成前期雨水泵，出口和前期雨水管線相連，雨水泵與通向河道的雨水管道相連，雨水泵通過出水閥門進(jìn)入河道。當(dāng)中雨以下雨量時直接開啟前期雨水泵，通過前期雨水泵提排到污水處理廠，處理后再重新排向河道。下大雨前期，啟動前期雨水泵把管道里的沉積雨水排干凈后再啟動雨水泵排向河道，這樣避免了河水變黑又減少路面積水。

另外， 現(xiàn)場PLC監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)雨水有效控制。當(dāng)水質(zhì)和液位傳感器監(jiān)測到水位很高，水質(zhì)達(dá)到雨水排放指標(biāo)時，河邊出水口閘板自動開啟，當(dāng)河道兩側(cè)的雨水出水管道閘板啟閉機(jī)打開時泵站設(shè)備也相繼運(yùn)行。當(dāng)河道出水閘板附近水質(zhì)監(jiān)測傳感器檢測到雨水污染超標(biāo)時閘板自動關(guān)閉，同時各雨水泵站雨水泵也相繼關(guān)閉，同時市政污水管道的出水閘板打開，前期雨水泵啟動。當(dāng)水質(zhì)檢測系統(tǒng)檢測到出口雨水嚴(yán)重超標(biāo)（超過污水處理廠處理能力）時，關(guān)閉所有閘板，同時系統(tǒng)報警。同時，現(xiàn)場PLC終端柜把系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心，工作人員根據(jù)情況查找污染源。

（二）系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)方案

智能化排水系統(tǒng)分管道設(shè)施改造和自控系統(tǒng)改造兩部分組成，管道設(shè)施改造主要是改造污水廠和市政管線，針對目前管道和污水處理能力分析，目前的管道及處理廠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，需要重新改造擴(kuò)容，污水廠進(jìn)水池的容量需要比原有的再擴(kuò)容三分之一，市政污水管道需要重新鋪設(shè)前期雨水管道，而且前期雨水管道建議設(shè)計(jì)成1000m×1000m的方溝，主要連接城區(qū)內(nèi)積水點(diǎn)及各前期雨水泵出口，并設(shè)有專門閘板。改造低于800mm以下的雨水管道為1000mm以上的管道，而且雨水管道主要與積水點(diǎn)和城區(qū)內(nèi)所有雨水泵出口相接，并設(shè)置有專用進(jìn)出口閘板，所有管道內(nèi)部的閘板都改造成手電兩用并留有PLC端口，并且和PLC終端柜連接實(shí)現(xiàn)就地控制，另外，通過交換機(jī)上傳監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控管理。

智能化排水系統(tǒng)主要由控制中心、分控點(diǎn)兩部分組成?？刂浦行脑O(shè)在調(diào)度監(jiān)控管理中心，監(jiān)測控制點(diǎn) 40 個。工控機(jī)采用西門子設(shè)備，軟件設(shè)計(jì)采用最流行的軟件平臺，該系統(tǒng)所有設(shè)備均設(shè)有現(xiàn)場控制開關(guān)，開關(guān)可以轉(zhuǎn)換，設(shè)有“0”“手動”“自動”。當(dāng)轉(zhuǎn)換到“自動”時為計(jì)算機(jī)控制，轉(zhuǎn)換到“手動”時啟動現(xiàn)場的“停止”“啟動”按鈕，轉(zhuǎn)換到“0”時設(shè)備停止運(yùn)行。該狀態(tài)是設(shè)備處于處理故障或運(yùn)行發(fā)生緊急情況。閘板或水泵類設(shè)備的“運(yùn)行”“停止”狀態(tài)必須顯示在計(jì)算機(jī)畫面上。“開”“關(guān)”兩種狀態(tài)在計(jì)算機(jī)畫面上顯示正確位置，這種信號是通過裝在現(xiàn)場的各類傳感器采集到的各種信號，發(fā)送到PLC，通過PLC自動實(shí)現(xiàn)閘板啟?！，F(xiàn)場的閘門啟閉機(jī)和水泵等設(shè)備設(shè)置過載報警，系統(tǒng)運(yùn)行范圍外的設(shè)備啟動或停止，系統(tǒng)發(fā)出報警信號。

智能化排水系統(tǒng)還能根據(jù)管道壓力識別雨水大小，當(dāng)預(yù)先設(shè)置好中雨時開始提開閘板向河道排水，當(dāng)管道壓力達(dá)到一定范圍，污水檢查系統(tǒng)檢測到水成分符合排放標(biāo)準(zhǔn)，河邊出水閘板自動打開，各雨水泵站自動啟動。（見圖）。

（三）各部分功能

1.控制中心

控制中心通過 VPN 與設(shè)備與 Internet 網(wǎng)連接，通過 VPN—IP 地址采集各控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)，然后保存到服務(wù)器的實(shí)時數(shù)據(jù)庫里，作為數(shù)據(jù)備份和終端監(jiān)控軟件調(diào)用。實(shí)時顯示水位情況、開關(guān)狀態(tài)和各監(jiān)測水質(zhì)情況、流量等參數(shù)及各種故障。能用工控機(jī)的鼠標(biāo)鍵盤對各種閘板及水泵進(jìn)行控制，具有密碼鎖功能。

2. PLC 現(xiàn)場分控站點(diǎn)

根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置 40 個現(xiàn)場子站，現(xiàn)場子站選用可編程控制（PLC）

組成控制單元， PLC子站與相應(yīng)的 MCC 置于同一地點(diǎn)，每個現(xiàn)場子站設(shè)置人機(jī)界面，并負(fù)責(zé)采集各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信號，負(fù)責(zé)把各種信號上傳到主控室中的主機(jī)，對各設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

3. 監(jiān)控室計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)

主要完成各種設(shè)備的集中操作，并對各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控及對故障點(diǎn)進(jìn)行報警，還可以對控制參數(shù)進(jìn)行在線修改和調(diào)整，與各現(xiàn)場控制子站點(diǎn) PLC 進(jìn)行傳輸、通訊，收集各現(xiàn)場控制子站送來的檢測信息、運(yùn)行狀態(tài)和各種參數(shù)，同時進(jìn)行匯總、運(yùn)算、處理、報警、故障分析等，最終完成對現(xiàn)場設(shè)備的優(yōu)化控制。

三、智能化排水系統(tǒng)工程建設(shè)的可行性

智能化排水系統(tǒng)作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程，是環(huán)保和科技發(fā)展進(jìn)步的產(chǎn)物，目前城區(qū)內(nèi)原有污水處理廠進(jìn)行擴(kuò)容改造。濮陽市正在進(jìn)行污水雨水分流工程建設(shè)及河流截污工程建設(shè)施工，智能化排水理念滲透到工程建設(shè)中，預(yù)計(jì)到2020年底，濮陽市城市排水就可以實(shí)現(xiàn)智能化控制。

該系統(tǒng)建成后可以實(shí)現(xiàn)資源共享，能夠把市政排水、污水處理、城區(qū)泵站、防汛、河水治理等有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理集中控制，部分疊加的職能合并一起，節(jié)省人力和物力。該系統(tǒng)建成后可以實(shí)現(xiàn)無人值守，操作起來快捷準(zhǔn)確。

四、結(jié)語

智能化排水系統(tǒng)，是一種排水聯(lián)動機(jī)制，城市排水及污水處理形成了集中統(tǒng)一管理，集中監(jiān)控，徹底解決了河水變黑，路面積水，智能化排水系統(tǒng)是經(jīng)濟(jì)及科技發(fā)展的必然產(chǎn)物，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

（責(zé)任編輯：冷中華）