排水泵站自动化改造助力优化运行及科学调度

申 林，张东华，靳志军

（1.鞍山市排水有限责任公司，辽宁鞍山 114000；2.辽宁同云科技有限公司，辽宁沈阳 110001；3.北京航天拓扑高科技有限责任公司，北京 100176）

0 引言

排水系统是城市市政基础设施之一，担负着城市日常污水排放（生活、工业等）、汛期防洪排涝等重要职能，是城市能够稳定及安全运行的重要保障。作为城市排水系统的动力枢纽，排水雨污泵站的稳定运行是城市污水、雨水能够及时排放的前置保障。近年来，随着城市化进程的加速推进，城市排水系统的规模和运行压力也相应增大，但是由于泵站管理手段落后，使泵站的能力无法得到充分发挥，导致日常排水不及时、汛期内涝、污水入河等问题发生的频率越来越高。因此，急需通过排水泵站的自动化改造提高泵站技术管理水平，提升其安全运行能力、快速响应能力、运行优化能力以及科学调度能力。

1 现状及问题

鞍山市的排水泵站建设年代较早，具有分布广、站点分散的特点，多数泵站缺少自动化控制设备，即便部分泵站具有自动控制设备，但由于设备老旧基本无法正常运行。由于自动化水平低、技术手段落后，导致排水调度管理工作比较被动，很难做到调度的科学性、及时性，同时也无法实时掌握设备运行状态，导致运行故障频发。具体问题如下：

（1）控制手段落后，响应效率低。目前泵站的运行控制主要以人工操作方式为主，日常调度工作只能采取电话通信的方式指挥现场人员完成设备启停动作，泵站运行调度响应效率低。

（2）运维手段落后，故障频发。由于缺少泵站机组、格栅机、闸门等设备运行状态（如电流、电压、故障等）的实时数据，因此无法实现制定科学的设备养维计划，导致设备故障频发、发现滞后，无法保障泵站的运行安全。

（3）管理手段落后，运行优化及科学调度能力弱。目前，泵站的水位、流量、机组运行状态等信息通常只能通过与现场人员打电话的方式了解，但现场人员无法准确掌握水位、流量等很多数据，阻碍了日常排水运行管理和汛期的防汛调度等工作科学安排和决策。同时由于运行效率低，无法有效控制泵站运维成本，也无法实现泵站的“无人值守”管理。

通过泵站的自动化升级改造，不仅可以实现对泵站工况的动态掌握、智能告警，还可以实现对泵站设备进行远程控制、智能控制，进一步通过技术大数据分析等技术手段辅助制定泵站运行优化策略和科学调度，从而提升泵站运行管理水平，降低运维成本，提高汛期应急能力和日常运行调度能力。

2 技术路线

在鞍山市排水泵站的自动化升级改造设计中，充分借鉴其他城市排水信息化建设经验，不仅考虑到泵站现场的自动化升级改造，同时也要为未来的“智慧排水”建设打下坚实的基础。

2.1 通过自动化改造实现泵站运行状态全面感知及智能控制

虽然原排水泵站的自动化水平低、信息化建设滞后，但是在自动化改造工作中应尽量减少对原有自动化设备接入和信息平台整合的工作量。改造工作遵从“统一设计、统一标准”的原则，根据泵站现状和业务管理需要对各个泵站进行自动化建设，实时采集泵站运行信息（如液位、流量）、设备状态（如启停、电流、故障）、环境状态（气体）、安防（如视频、门禁）等，并支持泵站机组、格栅机、传送带、闸门等的现场及远程控制、联动智能控制。

2.2 借助专线或5G 专网，构建泵站物联感知“一张网”

鞍山市泵站建设具有泵站空间分布广、采集信息多等特点，为实现对所有泵站的统一管理，必须满足所有泵站的统一接入、现场信息（运行数据、视频监控数据、安防信息、环境信息等）的实时采集、支持中心的远程控制，因此对网络的稳定性、传输速率、安全性要求较高。在建设过程中采用专线或5G 专网可以满足上述需求，构建泵站物联感知“一张网”。

2.3 搭建集中管控平台，实现泵站一体化管理

结合排水泵站现场管理需求以及中心监管需求，搭建泵站集中管控平台（图1）。该平台具备以下功能：

图1 某污水厂3#泵站自动化监测控制系统

（1）数据采集及存储。通过平台可以实现对泵站的水位、流量、设备（机组、格栅、传送带、闸门等）运行状态、视频、安防、环境等信息的实时采集，并根据统一的数据标准存入数据库，为泵站管理提供全面标准化的数据服务支撑。

（2）可视化监控及智能报警。借助GIS（Geographic Information System，地理信息系统）、数据可视化等技术手段，实现对所有接入泵站的统一可视化管理，支持实时查看泵站的空间位置、监测数据、视频数据等各类信息资源，并根据设定的报警阈值对泵站运行工况、设备运行状态等进行智能告警。

（3）本地及远程智能控制。通过平台可以实现泵站现场智能控制和远程智能控制，支持根据泵站运行管理需求和实际工艺建立设备运行逻辑控制指令集，实现泵站可以根据当前的水位、流量、设备状态等信息自动控制各个设备（如机组、格栅机、闸门等）的启停状态，实现智能联动。

（4）数据分析及报表输出。通过平台可以实现对泵站运行的实时数据和历史数据的多维度统计，管理人员可以通过分析结果了解泵站运行数据的变化趋势、掌握运行数据同期对比等，并支持运行数据查询结果的报表输出，辅助泵站运行优化及决策。

2.4 构建排水泵站信息化建设标准体系

标准化是信息化建设的重要核心，在鞍山市排水泵站自动化升级改造工作中，根据自身特点建立了泵站自动化升级改造建设工作的统一标准体系，涵盖了监测数据指标标准、数据传输标准、数据存储标准、应用系统标准等，为后续待改造或新建的排水泵站提出统一的要求，以便后期的平滑扩展以及统一管理。

3 未来工作重点

泵站自动化升级改造是“智慧排水”建设的重要组成部分，随时排水信息化建设的不断深入，未来公司计划在现有建设的基础上结合“智慧排水”建设需求持续完善泵站信息化建设，推进泵站业务管理和智能应用的深度融合。

3.1 提升泵站运行精细化监管能力

随着云计算、大数据、5G 网络、边缘计算等新技术的不断发展，泵站运行状态信息的实时采集、智能分析以及数据通信的稳定性、准确性以及时效性越来越高，未来不仅能对泵站的水位、流量、设备基础运行状态进行快速采集分析，同时还可以采集更高频次、更大量级的设备运转信息，借助大数据分析、边缘计算等技术手段，可以快速得到符合泵站自身运行特点的个性化分析结果。无论是现场人员还是中心管理人员，都可以根据分析结果调整泵站运行策略，从而实现稳定运行及降耗增效。

3.2 提升数据整合及智能分析能力

随着“智慧排水”信息化建设的不断推进，可以整合管网GIS 数据、泵站运行数据、管网监测数据、预案资料数据、气象数据等信息资源，借助大数据分析及数据模型来对城市排水系统的运行趋势进行推演，通过将实时运行数据与预警阈值的对比研判，得到各类情况下的分析结果，并推荐合适预案，从而为城市排水系统的优化运行和科学调度提供数据支撑和方案参考。

3.3 提升泵站环境监管能力

泵站环境安全主要是包括两个方面，一是泵站现场运行环境的安全，另一个是泵站排放水质安全。随着智能采集设备能力的不断增强和视频安防设备的不断优化，未来可以通过气体采集设备、水质采集设备、视频监控设备以及安防管理设备的增加来实现对这两方面安全的实时监管，从而提高环境安全，保障运行安全、人身安全及排放安全。

3.4 提升信息化安全标准

近年来，随着信息化建设的不断推进和深入，国家对信息的安全保障越加重视，等级保护标准体系建设越来越完善。同时，随着智能设备、物联网技术的不断推进，工控物联网的信息安全的保障工作也是信息化建设的重点工作环节，因此，未来需要对排水泵站自动化建设中的潜在的风险及威胁、薄弱的管理环节、安全的防护措施等进行全面评估，从物理资源、网络环境、服务主机、应用系统和数据信息等方面加强信息安全技术保障，补充和完善系统相应的等级保护建设和管理机制建设，保障信息化建设及应用的安全可控以及有序高效。

4 总结

鞍山市泵站自动化升级改造工作充分利用GIS、物联网、大数据分析、边缘计算等技术，通过建立统一的管控平台实现了对泵站所有信息的全面采集、统一管理以及共享应用，帮助泵站现场管理工作人员和中心管理人员全面、透彻地掌握泵站的运行状态，为泵站的优化运行和科学调度提供了强大的数据及应用支撑，并为未来“智慧排水”信息化建设打下良好的基础。

排水泵站的运行管理是一个系统性的工作，在保证安全、实用和经济性的前提下，通过利用物联网、大数据分析、边缘计算、移动互联等新型技术，加快完善泵站自动化升级改造，更进一步促进和推动“智慧排水”的信息化建设，为城市排水系统的智能化、精细化管理夯实基础，有利于提升城市安全保障能力，提升居民生活满意度，实现城市的宜居、宜商。