蒙緒權(quán)，陳漢長(zhǎng)

（廣東省構(gòu)建工程建設(shè)有限公司 廣州 510610）

0 引言

從20 世紀(jì)90 年代中期起，隨著人口增長(zhǎng)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，練江流域沿岸的工業(yè)和農(nóng)業(yè)的企業(yè)數(shù)量逐漸增加，大量夾雜在居民區(qū)中的重污染企業(yè)長(zhǎng)期偷排污水；且流域沿岸缺乏污水處理設(shè)施，均為合流制排水系統(tǒng)，將污水、廢水和雨水混合在同一個(gè)管渠內(nèi)未經(jīng)處理排除進(jìn)入河流，導(dǎo)致流域水質(zhì)惡化［1］。練江全流域呈現(xiàn)重污染態(tài)勢(shì)，干流和絕大多數(shù)支流水質(zhì)劣于V 類，劣V 類監(jiān)測(cè)斷面占比高達(dá)96%以上，主要污染因子為COD、NH3-N 和TP，耗氧有機(jī)物和氮磷營(yíng)養(yǎng)物污染十分突出，是廣東省內(nèi)污染最嚴(yán)重的河流。

在目前合流制和分流制并存的狀態(tài)下，對(duì)合流制排水進(jìn)行截污納管是黑臭水體治理中廣泛采用的一種方法。截流井是整個(gè)截留系統(tǒng)的核心構(gòu)筑物，但其控制工藝技術(shù)較為落后，致使信息傳遞時(shí)效性差，無(wú)法滿足截污納管的作用；通過(guò)遠(yuǎn)程自控技術(shù)研究和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)截流井截流量的智能調(diào)度，建設(shè)合理的污水管網(wǎng)系統(tǒng)及科學(xué)高效控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，為提升排水能力及應(yīng)急決策提供科學(xué)依據(jù)［2］。

1 工程概況

練江流域司馬浦污水處理廠及管網(wǎng)工程是練江流域整治環(huán)保基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目15 個(gè)子項(xiàng)目之一，該項(xiàng)目有1 座2 萬(wàn)t/d 污水處理廠和88.5 km 廠外管網(wǎng)，管徑采用DN200～DN1 650；管網(wǎng)工程配套泵站2 座（1 座污水提升泵站，1 座灌溉泵站）、截流井116 座、明渠水閘+格柵井式截流井14 座、末端截污格柵井4 座（見(jiàn)圖1）。在EPC管理模式下，項(xiàng)目提出合流制截流井遠(yuǎn)程自控技術(shù)，充分結(jié)合地理信息和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以及通過(guò)PLC 控制柜實(shí)現(xiàn)截流井水位、閘門啟閉和啟閉機(jī)等實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)控制。

圖1 截流井平面及剖面Fig.1 Plane and Section of Interceptor Well （mm）

2 技術(shù)原理及創(chuàng)新性

2.1 技術(shù)原理

合流制截流井遠(yuǎn)程自控由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)截流井+閘門+啟閉機(jī)+PLC 控制+遠(yuǎn)程控制管理平臺(tái)等組成；截流井設(shè)置于雨水管網(wǎng)、合流排水管網(wǎng)系統(tǒng)中，將初期雨水、合流污水截流至污水管網(wǎng)，且將汛期超過(guò)截流能力的水排至水體的截流井［3］；由遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端采集傳感器超聲波液位儀及雨量計(jì)和啟閉機(jī)、閘門的開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸至調(diào)度中心計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)截流井設(shè)施運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)居民用水排放規(guī)律及污水處理廠處理能力，調(diào)整截流井閘門的啟閉規(guī)則，實(shí)現(xiàn)對(duì)截污設(shè)施精確截流、高效調(diào)節(jié)，保障雨污水的正常排放和污水廠的達(dá)標(biāo)處理［4］，如圖2所示。自控系統(tǒng)包括由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，如圖3所示。

圖2 截流井截流控制原理Fig.2 Intercepting Control Principle of Intercepting Well

圖3 自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖Fig.3 Schematic Diagram of Automatic Control System

2.2 技術(shù)創(chuàng)新性

通過(guò)建立數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)系統(tǒng)，在監(jiān)控端安裝超聲波液位計(jì)等傳感器，綜合應(yīng)用地理信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和PLC 控制技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)截流井的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制，具有技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠、控制精度高、界面直觀，操作簡(jiǎn)單、良好的開(kāi)放性、擴(kuò)展性等特點(diǎn)。

⑴ 通過(guò)智能信息連通技術(shù)，將截流井納入排水管網(wǎng)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)截流井閘群設(shè)備在遠(yuǎn)程控制下自動(dòng)高效調(diào)節(jié)，自動(dòng)排放。

⑵ 把可編程控制器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)截流井群閘門的本地與遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，以及按設(shè)計(jì)控制水位自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能，構(gòu)建一個(gè)滿足污水管網(wǎng)系統(tǒng)功能要求的分布式閘門監(jiān)控系統(tǒng)解決方案。

⑶通過(guò)研究系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障自診斷自修復(fù)功能和容錯(cuò)能力，提高了系統(tǒng)長(zhǎng)期正常、穩(wěn)定運(yùn)行的能力。

3 主要施工工藝

施工準(zhǔn)備?截流井土建施工（圍堰、河道清淤、地基處理、井室結(jié)構(gòu)）?閘門和啟閉機(jī)等設(shè)備安裝?PLC控制柜等電氣安裝?單座截流井調(diào)試?系統(tǒng)遠(yuǎn)控聯(lián)動(dòng)調(diào)試?驗(yàn)收。

3.1 截流井土建施工

⑴圍堰和地基處理：截流井采用拉森鋼板樁圍堰止水，可以充當(dāng)臨時(shí)擋土、擋水的圍護(hù)結(jié)構(gòu)［5］；采用PC-200型長(zhǎng)臂挖掘機(jī)對(duì)截流井周邊河道進(jìn)行清淤；對(duì)于不良地質(zhì)（如淤泥層）通過(guò)打松木樁、拋石擠淤、鋪設(shè)砂石墊層等措施進(jìn)行地基加固處理［6］，如圖4所示。

圖4 不良地質(zhì)松木樁施工Fig.4 Construction of Pine Stake in Bad Geology

⑵截流井結(jié)構(gòu)施工：平整場(chǎng)地?澆筑混凝土墊層?底板鋼筋和模板安裝?澆筑底板混凝土?井室側(cè)墻鋼筋和模板安裝、預(yù)埋?澆筑井室側(cè)墻混凝土?井室頂板模板鋼筋安裝埋?澆筑井室頂板混凝土；鋼筋統(tǒng)一加工場(chǎng)制作，現(xiàn)場(chǎng)安裝，保護(hù)層采用塑料墊塊；模板選用膠合板，模板支撐采用鋼管、木方和扣件加固；混凝土采用預(yù)拌混凝土，分層澆筑振搗密實(shí)，采取淋水養(yǎng)護(hù)，時(shí)間不低于7 d。如圖5所示。

圖5 截流井結(jié)構(gòu)施工Fig.5 Construction of Intercepting Well Structure

3.2 閘門和啟閉機(jī)等設(shè)備安裝與調(diào)試

⑴埋件導(dǎo)軌等安裝：截流井結(jié)構(gòu)施工時(shí)準(zhǔn)確預(yù)埋門槽埋件位置，采取保護(hù)措施防止產(chǎn)生變形；導(dǎo)軌就位通過(guò)埋件安裝位置線進(jìn)行定位，導(dǎo)軌各構(gòu)件與結(jié)構(gòu)鋼筋不接觸，所有支撐及加固采用獨(dú)立結(jié)構(gòu)。

⑵閘門和啟閉機(jī)安裝：閘門門框采用焊接螺栓方式與預(yù)埋鋼板固定，通過(guò)調(diào)節(jié)連接螺栓使閘門側(cè)向及底部橡膠密封板接觸緊密，并在側(cè)板與土建留槽處用細(xì)石混凝土二次灌漿；單個(gè)啟閉機(jī)重約0.3 t，采用2 t汽車吊進(jìn)行吊裝，將啟閉頭和機(jī)架連接，轉(zhuǎn)軸穿入啟閉機(jī)固定，同時(shí)控制啟閉機(jī)中心和閘門對(duì)稱中心必須在一條鉛垂線上。

⑶檢驗(yàn)與調(diào)試：無(wú)水工況下，手動(dòng)操作調(diào)節(jié)閘門的門體，其上下升降靈活，傳動(dòng)螺桿嚙合良好，無(wú)卡阻等異?，F(xiàn)象。手動(dòng)操作門體上下應(yīng)位置準(zhǔn)確，上下限應(yīng)與標(biāo)識(shí)指示相符，閘門在關(guān)閉狀態(tài)下，門體二側(cè)及底部密封面應(yīng)緊密接觸，密封良好。

3.3 PLC控制柜等電氣安裝與檢測(cè)

3.3.1 PLC電氣控制柜制作

PLC 電氣控制柜由總開(kāi)關(guān)、電源接口和切換開(kāi)關(guān)、浪涌保護(hù)器、PLC 控制器、千兆無(wú)線路由器、接觸器、繼電器、USP電源等元器件組成。PLC即可編程邏輯控制器，是電氣設(shè)備自動(dòng)化控制的核心［7］，執(zhí)行對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行邏輯控制、時(shí)間控制、模擬控制等控制功能；USP 是一種高質(zhì)量、高可靠性的獨(dú)立電源，通過(guò)將市電交流電整流后儲(chǔ)存；繼電器作為指令中轉(zhuǎn)站，通過(guò)指令信號(hào)達(dá)到預(yù)定動(dòng)作效果，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備自動(dòng)化；接觸器一般是內(nèi)部的吸合線圈來(lái)控制它的動(dòng)作與否，而控制線圈又與各種類型的繼電器串接來(lái)操作；網(wǎng)絡(luò)傳輸采用千兆無(wú)線路由器，提高無(wú)線傳輸速率，增強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，保證遠(yuǎn)程中央計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行；成套柜裝有專用接地銅排，與柜體連接成電氣通路，且應(yīng)用等截面的銅排與配電、控制柜基礎(chǔ)接地干線扁鋼牢固連接，如圖6所示。

圖6 PLC控制柜元器件組成Fig.6 Composition of PLC Control Cabinet Components

3.3.2 控制柜安裝和功能檢測(cè)

在截流井平臺(tái)安裝PLC 電氣控制柜，并接上電源；用手動(dòng)對(duì)控制柜進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)所有電氣設(shè)備運(yùn)行狀況；通電自動(dòng)運(yùn)檢測(cè)控制柜，應(yīng)用CU35X 的操作菜單設(shè)好相應(yīng)的排水量，然后將控制柜調(diào)至自動(dòng)運(yùn)行工作狀態(tài)，檢查所有電氣設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行狀況。

4 截流井自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)試

4.1 單座截流井調(diào)試

⑴硬件基本測(cè)試：接地測(cè)試、線路檢測(cè)、電源測(cè)試、機(jī)柜排風(fēng)扇檢查、機(jī)柜插卡、通電檢查、PLC 硬件及通訊綜合檢查。

⑵控制過(guò)程調(diào)試：首先將閘門控制面板上的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打到手動(dòng)控制狀態(tài)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)開(kāi)/關(guān)閥操作，檢查各項(xiàng)啟?？刂?、設(shè)備運(yùn)行情況。將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打到遠(yuǎn)控，檢查中控室閘門操作畫面是否顯示閘門處于遠(yuǎn)控狀態(tài)。在中控室閘門操作畫面上進(jìn)行閥門控制，檢查閘門開(kāi)閥/關(guān)閥運(yùn)行情況。將閘門的故障輸出信號(hào)線與公共線（無(wú)源信號(hào)）短接，檢查中控室閘門操作畫面閘門顯示狀態(tài)［8］。做設(shè)備調(diào)試運(yùn)行記錄，整個(gè)閘門啟閉機(jī)完成遠(yuǎn)程自動(dòng)/手動(dòng)控制調(diào)試。

4.2 系統(tǒng)遠(yuǎn)控聯(lián)動(dòng)調(diào)試

針對(duì)自控系統(tǒng)分別進(jìn)行PLC 控制柜的電氣調(diào)試；受控設(shè)備的信號(hào)校驗(yàn)；PLC 控制柜與截流井設(shè)備系統(tǒng)通訊調(diào)試，PLC 控制邏輯編程軟件組態(tài)調(diào)試；光纖以太網(wǎng)通訊聯(lián)網(wǎng)調(diào)試；中控室上位機(jī)監(jiān)控操作軟件調(diào)試、數(shù)據(jù)服務(wù)器調(diào)試等。

待所有截流井系統(tǒng)部件調(diào)試完成以后，將截流井控制系統(tǒng)投入自動(dòng)運(yùn)行，密切觀察運(yùn)行狀況，然后根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況修改相應(yīng)的連鎖條件，并做好運(yùn)行記錄，直到截流井完成后，如圖7所示，自控穩(wěn)定運(yùn)行72 h。

圖7 截流井完成效果Fig.7 Completion Effect of Interceptor Well

5 結(jié)論

合流制截流井遠(yuǎn)程自控技術(shù)充分結(jié)合地理信息和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以及通過(guò)PLC 控制柜實(shí)現(xiàn)截流井水位、閘門啟閉和啟閉機(jī)等實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)控制，截流井閘群設(shè)備在遠(yuǎn)程控制下自動(dòng)高效調(diào)節(jié)，自動(dòng)排放［9］，改善晴天污水直排的現(xiàn)狀，保障雨污水的正常排放和污水廠的達(dá)標(biāo)處理，有效地提升截污減排效益；該技術(shù)的截污管網(wǎng)設(shè)施設(shè)備運(yùn)行管理高度自動(dòng)化、監(jiān)控系統(tǒng)完善化、規(guī)范化，提高了運(yùn)營(yíng)效率及效果，顯著降底內(nèi)澇隱患，節(jié)省運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，保證了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行［10］。通過(guò)該技術(shù)運(yùn)用使練江流域綜合環(huán)境整治取得階段性成效，大大改善生態(tài)環(huán)境；同時(shí)提升練江治污的生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。