蔣 儀，湯 雯

（重慶中法供水有限公司，重慶 401120）

0 引言

近年來，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷成熟，無人值守泵站作為現(xiàn)代化水廠管網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要方式之一，在減員增效、科學(xué)運(yùn)行和智慧水務(wù)等方面均起到重要作用。因此，越來越多城市的水務(wù)公司已經(jīng)對(duì)傳統(tǒng)泵站進(jìn)行了無人值守優(yōu)化和改造。目前，無人值守泵站在我國很多城市已經(jīng)有了應(yīng)用實(shí)例。但是，由于山地城市地域的特殊性，供水區(qū)域地勢落差較大，泵站需要多級(jí)加壓后才能滿足對(duì)地勢較高用戶的穩(wěn)定供水。隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，我國西南片區(qū)的山地城市進(jìn)入高速發(fā)展階段，各供水公司的供水半徑逐漸加大，用戶量與日俱增，泵站的生產(chǎn)規(guī)模逐步增大。雖然供水公司對(duì)泵站進(jìn)行了優(yōu)化和改造，但山地城市中的無人值守泵站在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中依然存在諸多問題和風(fēng)險(xiǎn)，一旦大型遠(yuǎn)程泵站失控，將會(huì)導(dǎo)致大面積停水，帶來嚴(yán)重的民生問題。

1 山地城市無人值守水泵站現(xiàn)狀分析

相較于平原城市，山地城市的地勢落差較大、供水要求高，泵站實(shí)現(xiàn)無人值守運(yùn)行后有以下特點(diǎn)。

（1）泵站內(nèi)水泵揚(yáng)程高、電機(jī)功率大。山地城市泵站必須配置揚(yáng)程高、功率大的水泵機(jī)組。重慶某水廠二級(jí)加壓站的機(jī)組均為揚(yáng)程均在100 m 以上，電機(jī)功率1000～2000 kW 的大型水泵機(jī)組。泵站最高日供水量達(dá)40 萬噸/天。泵站實(shí)現(xiàn)無人值守運(yùn)行期間，存在因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)故障導(dǎo)致電機(jī)急停、水泵水錘和管網(wǎng)欠壓的風(fēng)險(xiǎn)（表1）。

表1 重慶悅來水廠部分泵站機(jī)組揚(yáng)程、電機(jī)功率

（2）泵站網(wǎng)絡(luò)通信故障率較高。山地城市泵站一般地勢較高，位置較為偏僻，但是隨著城市的高速發(fā)展，泵站附近存在市政建筑工程施工，光纖被破壞，導(dǎo)致泵站通信中斷。泵站所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)和控制信號(hào)都無法傳輸至中央控制室，造成泵站失控的局面。

（3）泵站設(shè)備安全運(yùn)行檢測儀表不足。泵站實(shí)現(xiàn)無人值守后，存在水淹、機(jī)組溫度異常、機(jī)組振動(dòng)異常等風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)施無人值守后，需要利用各種檢測儀器對(duì)機(jī)組和設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測，出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)及時(shí)報(bào)警至中控室。

（4）泵站安防措施不完善。泵站實(shí)現(xiàn)無人值守后，需要對(duì)泵站的安防系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和規(guī)劃，包括視頻安防、電子圍欄、火災(zāi)報(bào)警、泵站通風(fēng)和門禁系統(tǒng)等，以規(guī)避泵站由于設(shè)備故障或人為破壞導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)。

2 山地城市大型無人值守水泵站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 無人值守泵站總體設(shè)計(jì)要求

無人值守泵站是采用自動(dòng)化技術(shù)，遵循“集中管理、分散控制、資源共享、無人職守”的設(shè)計(jì)原則，并滿足安全、經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用、先進(jìn)的要求，實(shí)現(xiàn)全站的本地自動(dòng)控制、保護(hù)、測量，并通過工控網(wǎng)絡(luò)或物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮到信息化的發(fā)展趨勢，具有一定的開放性和可擴(kuò)展性。

（1）實(shí)用性。自動(dòng)化系統(tǒng)的主要目的是為了滿足水廠生產(chǎn)控制和管理的要求，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)和操作滿足生產(chǎn)工藝的要求和操作人員的習(xí)慣，人機(jī)接口能力強(qiáng)，操作簡單、方便。

（2）可靠性。水處理是一種連續(xù)生產(chǎn)過程，設(shè)備運(yùn)行控制的可靠性具有重要意義。因此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備的可靠性將是貫穿設(shè)計(jì)和工程實(shí)施過程的一致要求。所有系統(tǒng)采用經(jīng)過國家級(jí)單位鑒定、成熟、穩(wěn)定、先進(jìn)的全分布、開放式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，按間隔劃分、單元化設(shè)計(jì)、分布式處理，具有高可靠性和可擴(kuò)展性。

（3）經(jīng)濟(jì)性。自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)含量高，設(shè)備復(fù)雜，種類繁多，各檔次產(chǎn)品的價(jià)格差異很大，因此，自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須進(jìn)行充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，包括系統(tǒng)構(gòu)建、設(shè)備系統(tǒng)維護(hù)、技術(shù)支持備件、設(shè)備維修等多個(gè)方面。

（4）先進(jìn)性。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)更新?lián)Q代較快，功能增強(qiáng)，在經(jīng)濟(jì)可行的基礎(chǔ)上應(yīng)選擇具有先進(jìn)性的產(chǎn)品。系統(tǒng)以測控裝置、網(wǎng)絡(luò)通信裝置等為硬件核心，以綜合自動(dòng)化的組態(tài)軟件為軟件核心，應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和數(shù)字化信息及通信技術(shù)，將泵站相互關(guān)聯(lián)的各部分連接為一個(gè)有機(jī)整體，完成泵站安全穩(wěn)定運(yùn)行、實(shí)時(shí)監(jiān)控、開關(guān)操作、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理等功能。

（5）網(wǎng)絡(luò)安全性。全部生產(chǎn)及安全數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送至中控室，泵站內(nèi)通信采用大容量通信網(wǎng)以及ModBus 通信規(guī)約，具有實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，視頻監(jiān)控全部采用高清數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)實(shí)時(shí)觀察設(shè)備運(yùn)行狀況。

2.2 遠(yuǎn)程泵站自動(dòng)化系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案

為實(shí)現(xiàn)泵站的無人值守，首先應(yīng)完善泵站的自動(dòng)化系統(tǒng)的軟硬件配置，包括通過PLC 控制所有機(jī)組和各類調(diào)節(jié)閥啟停或開關(guān)、所有在線儀器儀表實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳至本地生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、站內(nèi)高低壓柜具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ艿取?/p>

針對(duì)上文所提到的山地城市無人值守泵站運(yùn)行中存在的風(fēng)險(xiǎn)，提出如下解決方案和規(guī)避措施。

（1）敷設(shè)雙有線網(wǎng)絡(luò)，分別傳輸生產(chǎn)數(shù)據(jù)和視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，故障時(shí)互為備用，以保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性和可靠性。

（2）山地城市泵站的機(jī)組有揚(yáng)程高、出水流量大的特點(diǎn)，當(dāng)遇到電機(jī)或電路故障時(shí)極易出現(xiàn)水錘現(xiàn)象，嚴(yán)重影響供水和設(shè)備安全。因此，對(duì)于山地城市的大型泵站，應(yīng)選用具有防止水錘功能的出水閥，避免事故發(fā)生，規(guī)避供水設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)。防止水錘事故的出水閥有多種型號(hào)，表2 列出了泵站各種出水閥的優(yōu)缺點(diǎn)。

表2 泵站各種出水閥的優(yōu)缺點(diǎn)

（3）PLC 采用高端Quantum 系列雙機(jī)熱備系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)故障發(fā)生時(shí)兩臺(tái)PLC 不間斷自動(dòng)切換，確保在PLC 故障或停機(jī)時(shí)機(jī)組持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)的連續(xù)性和可靠性，保障供水需求，延長機(jī)組壽命，并通過先進(jìn)的編程技術(shù)和有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)機(jī)泵的遠(yuǎn)程控制。

（4）運(yùn)用電力監(jiān)控及無線測溫系統(tǒng)，實(shí)時(shí)掌握電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況。總電源進(jìn)線端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程關(guān)斷功能，可防止發(fā)生重大事故。

（5）安裝的振動(dòng)監(jiān)測儀，將檢測數(shù)據(jù)傳入PLC，并對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)判。

（6）在泵站增加必要的儀器儀表，完全能夠反應(yīng)現(xiàn)場設(shè)備的工況，包括溫度、煙感、電壓、電流、水位、壓力、電度、流量、震動(dòng)、水淹等，均要作為控制的控制參數(shù)和安全管控點(diǎn)，既要保證穩(wěn)定供水，又要確保設(shè)施安全。

（7）建設(shè)門禁、消防、視頻、周界系統(tǒng)并根據(jù)報(bào)警優(yōu)先等級(jí)劃分與視頻錄像聯(lián)動(dòng)：主要確?，F(xiàn)場安全的安防設(shè)施，包括防止外來入侵、防止現(xiàn)場破壞，也能為今后的事故分析提供必要的依據(jù)。

（8）智能化建設(shè)：制定科學(xué)的、靈活的、嚴(yán)密的控制模式，根據(jù)不同季節(jié)、不同時(shí)間、不同溫度、不同組合模式，制定不同的模型、不同的開停及控制模式，以達(dá)到供水安全又能降低成本的目的。

3 應(yīng)急預(yù)案

泵站實(shí)現(xiàn)無人值守后，為保障供水安全，應(yīng)評(píng)估運(yùn)行中的各類風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)性地制定應(yīng)急預(yù)案并定期演練。應(yīng)急預(yù)案內(nèi)容包括但不僅限于泵站斷電應(yīng)急預(yù)案、網(wǎng)絡(luò)通信中斷應(yīng)急預(yù)案、火災(zāi)處理應(yīng)急預(yù)案、生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)急預(yù)案以及安防反恐應(yīng)急預(yù)案等。

4 結(jié)論

相較于國內(nèi)常見的平原城市泵站，山地城市大型無人值守泵站有明顯的差異，因此在泵站的方案設(shè)計(jì)中，不僅要通過先進(jìn)的檢測、采集、控制和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)保證泵站安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)要因地制宜地地對(duì)泵站實(shí)現(xiàn)無人值守的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估和預(yù)判，在方案中充分考慮風(fēng)險(xiǎn)的管控措施。按照此設(shè)計(jì)思路和風(fēng)險(xiǎn)管控設(shè)計(jì)的無人值守泵站，具有風(fēng)險(xiǎn)低、成本低、可控性強(qiáng)、智能性高及安全性高等特點(diǎn)。

山地城市無人值守智能泵站的實(shí)施，大幅提升了水司的自動(dòng)化水平，真正實(shí)現(xiàn)既保證安全供水又降低經(jīng)營成本的目的，為進(jìn)一步推廣“智能化、智慧化”水務(wù)建設(shè)提供了有力依據(jù)。