供水加压泵站无人值守改造技术应用

供水加压泵站无人值守改造技术应用

李登辉

南京水务集团有限公司

摘要：加压泵站由于分布广泛，很多位于城市边缘甚至是较为偏远的地区，其运维主要依赖人力进行现场守护、定期的检查巡视以及依据经验进行操作。这套古老的管理模式存在效率低下和管理难度高的问题，直接影响到城市供水的稳定性和安全性。随着城市化进程的加速，如何提高泵站的安全运营水平、实现智能化管理，同时减少运营能耗和成本，已经成为迫在眉睫需要解决的课题。因此，本文将结合实际案例，讨论供水加压泵站无人值守改造技术应用要点。

关键词：供水加压泵站；无人值守；改造技术；应用

前言：随着社会对供水安全和效率的要求不断提高，传统的泵站管理模式已难以满足现代城市的需求。通过引入智能化技术和管理理念，加强数据分析和风险预警能力，不仅可以有效提高泵站的运营效率和安全性，还能显著降低运行成本，实现供水系统的可持续发展。这将为城市供水安全提供坚实保障，为构建智慧城市贡献力量。

一、供水加压泵站无人值守改造设计架构

本例选取某城市水务公司进行案例分析，日常供水量达到40000至50000立方米的这座泵站，其转型升级是围绕“多系统集成、单一平台管理、移动端控制”这一核心理念展开的，目的是通过技术创新来提高运营效率，降低维护成本，并最终实现高安全性和可靠性的目标。整个改造的方向是立足于智慧水务平台，借助现代信息技术将泵站的管理和监控自动化，从而减少对人力资源的依赖。通过整合现有的多个系统到同一平台，以及通过移动端进行实时监管和控制，此次改造的目的不仅在于增强泵站的运行安全与可靠性，同时也旨在有效减少人工成本。
    在自动化方面，重点关注了设备运行中可能遇到的各类问题，为这些问题设计了应急响应和处理预案。这一措施确保了自控系统的稳定运行不会因突发状况而中断，从而保证了水供应的连续性和安全性。安防系统的构建上，采用实时监控与智能识别相结合的方式，构建一个协同一体化的安防体系。这样的设置不仅能有效预防和警报厂区内的潜在安全风险，还能在事件发生时迅速采取相应的措施，最大限度地保护泵站的安全。此次信息化改革以保持泵站原有设施不变为前提，新增一个达到信息系统安全等级保护二级标准的监控系统。此举不仅能优化数据采集、储存及处理的过程，而且为泵站信息化管理打下坚实的基石。创新的运营管理模式则体现在建构一套全面数字化的管理体系。通过充分利用云平台技术，将生产、监控和管理紧密相连，运用其桥接企业高层与现场自动化控制的能力，实现了数据互通、分析和共享。这种做法不仅提高了生产过程中数据处理的效率，同时也为公司的战略决策提供了准确的数据支持。

二、供水加压泵站无人值守改造技术应用要点

（一）系统设计

1. 自控系统

自动控制系统在现代工业中发挥着越来越关键的作用，尤其是在提升操作效率、减少人工干预以及实现精确管理方面展现出其不可替代的价值[1]。这些系统通常由三个主要的层级组成，以确保从基层的设备运行到顶层的决策管理都能顺畅无阻地进行。最基础的层面，有现场设备层，此层涵盖许多关键监测和控制部件，例如可编程逻辑控制器（PLC）、各类阀门、监测供水管道压力与流量的感测器、用于水泵机组的温度监测仪器，以及高压配电系统等设备。这些元件与相应的配电控制回路共同工作，为整个控制系统提供实时数据和直接控制能力。位于中间的是网络链路层，它扮演着各个子系统和中心控制室之间通信的桥梁。通过采用以太网通信技术，泵站内部的各个子PLC可以轻松地与中央控制室的主PLC相连，确保信息能够快速、准确地在系统内部流通。最顶层是管理控制层，这是系统的“大脑”，负责人机交互界面的实现。在这一层级，所有传输的信号都会被综合性地分析、处理、统计和存储。依据这些操作，系统能够根据泵站的实际运行状况进行持续的优化和调整，以实现最佳运行效益。
   确保无人值守泵站操作的核心依赖于在线检测仪表的精度与可靠性，这一点对于PLC控制系统能否准确把握泵站即时运行状况至关重要。在线测量的高质量数据为智能水务管理平台提供了关于供电系统、水泵装置、管道压力、流动量及水质等关键指标的评估依据。对数据的搜集与传递同样关键，场内设备搜集的信息经RS-485通讯协议或是4~20mA接口发送至PLC输入部，再由PLC的CPU单元进行深入的数据分析与处理，以此实行对泵站的精细管理。此外，为了提升工业控制系统的安全性，其设计引入了复合式监控模式，包括本地控制使人员可直接操作旁边的控制箱开关设备；自动控制依据设定参数自动调节；远程控制让操作者通过中控室的自动化软件远处操控设备；云监控则通过网页及微信小程序实现对泵站状况的实时跟踪[2]。

2. 电气系统

在目前的泵站系统配置中，共有五台水泵单位，每个单位都装备了一台10kV、250kW的高压电动机。这些水泵由两台高压变频器控制，分别实现“一拖二”和“一拖三”的配置模式，而变频器的切换操作依赖于人工操控的机械开关来完成。为了达到远程控制和无人值守的目标，泵站系统需要经过一系列的升级改造，包括增加两台高压变频器，并对现有的两套旧变频器进行改造，使其配置变为“一拖一”，从而形成一个“一拖二”和三个“一拖一”的新配置模式。泵站的电力供应来源于两个渠道：一是发电机，二是外部电源。改造后的泵站将通过安装在户外的真空双投隔离开关来完成发电机和外部供电之间的切换。具体到电源配置，改造之后的一号段将安装两台新引进的高压变频器，分别采用“一拖二”和“一拖一”的方式配置；而二号段则配备两台经过改造的旧变频器，它们将通过一个出线柜将电源输出到一号段。即便在一号段进行检修时，系统也能确保有三台水泵机组继续运行，保障供水系统的连续性。这种改造策略使得泵站的两个段落在运行和维护过程中保持相互独立，避免了改造和日常检修活动之间的相互干扰，确保了水泵站供水的稳定性和可靠性。通过这一系列的技术升级和配置优化，泵站不仅提高了运行的灵活性和可控性，也为未来的远程控制与无人值守运营模式奠定了坚实的基础。

3. 安防系统

在传统的泵站运作模式中，监控活动多局限于中控室、清水池、泵房和大门等基本区域，对于关键性设备的维护主要依赖于人工进行定期的现场巡查。这种依赖人工巡查的方式意味着在非巡检时段出现的故障难以被即时发现和处理，延误了故障应对时间，增加设备维修难度和成本。为解决上述问题，本案例引入了一个综合性的安全监控系统，该系统由视频监控和电子围栏监控两大部分构成。这个先进的监控系统能够实现对泵站内所有重要设施和设备的全方位覆盖，不仅仅是展现设施设备的整体状况，更重要的是能够对关键设备和重点区域实施实时监控。一旦发现异常情况，系统会立即启动报警，确保相关人员可以在第一时间采取应对措施，从而大幅提升了泵站的安全管理水平。泵站的外围区域，通过安装高清球机进行抓拍监控以及部署电子围栏，系统能有效实施入侵检测。当有未授权入侵发生时，系统不仅能即时发出报警，还能通过语音警示喊话系统进行即时语音驱离，大大提高了泵站的整体安全防护能力[3]。

（二）平台设计

智慧水务泵站管理平台，一个根植于物联网技术的综合管理系统，旨在对泵站的关键设施和设备进行高效的信息化监管。该平台通过物联网技术，自动收集泵站内仪器、配电系统、水泵机组以及视频监控等关键数据，进而推动泵站管理向远程控制、数字化操作、虚拟化管理以及智能化维护的方向发展。这个平台努力将复杂的数据信息以简洁直观的形式展现给用户，使得泵站的运行状况一目了然。例如，平台上的水泵机组控制界面会详细展示各水泵的运作状态和电机温度，而管道的图形化界面则能实时显示水压、水流量、水质浊度、pH值等关键参数。更进一步，利用颜色变化进行预警和报警，使得监控数据不仅准确无误，更加形象生动，极大地提升了操作者对泵站运行情况的理解和响应速度。通过这样一个高度集成化的智慧水务泵站管理平台，泵站的管理人员能够在任何时间、任何地点对泵站的运行状况进行准确的监控和及时的调整。它不仅提高了泵站运行的可靠性和效率，降低了运维成本，还为水务管理引入了更高层次的自动化和智能化水平。这标志着传统水务管理向着信息化、智能化转型的重要一步，也展现了现代技术在提升公共服务领域效率与质量方面的强大潜力。

（三）一端设计

在实现对供水泵站无人值守的全面监控基础上，“一个平台”还特别开发了“一端”——一个专为移动设备定制的应用接口，如手机APP和短信通知服务。该移动应用程序为用户提供一项功能，使其能够在任何时间和地点实时跟踪泵站的关键运行指标。此外，它还具备预警、报警和数据查询等多种功能。这种设计大大提高了管理的便捷性和响应的及时性，保障了泵站运行的安全与效率。更为值得一提的是，移动端还集成了“监控一张图”的功能，这项功能能够在单一界面上集成展示泵站的各项关键数据。从仪器仪表的读数到气象信息，从电机、阀门的运行状况到泵站的整体模型分析，所有的数据都以直观的图形和图表形式呈现。这样的数据可视化方案不仅使得监控数据易于理解和操作，也为管理人员提供了一个全面、综合的视角来观察和评估泵站的工作状况。通过这种“一个平台+一端”管理模式，泵站的运维人员可以更加高效、科学地进行设备监控和维护决策，显著减少人力资源的投入，同时也减少了因监控不当造成的安全事故。移动端应用的推出，更是让管理人员摆脱了地点的限制，无论身处何地都能实时掌握泵站的运行状态，确保了泵站运营的高效和安全。

三、供水加压泵站无人值守改造技术应用效果评估

完成了向无人值守智慧泵站的转型后，原本依靠人工进行监控和操作的泵站管理模式得到了根本性的革新。这种新型的智慧泵站依托于先进的远程监控技术和自动化运行系统，展现出了卓越的性能：可靠性高、兼容性强、扩展性广、稳定性优，并且具备处理复杂数据的强大计算力。如此一来，泵站的核心运行数据不仅能被实时追踪，而且可以通过智能化分析工具进行深度解析。智慧泵站的系统设计还包括了细致的预警机制，能够根据数据的种类和紧急程度进行分级提示，通过短信、声光等多种报警方式及时向管理人员发出警报。这种及时、精确的预警系统，显著提升了供水安全的保障能力[4]。此外，智慧泵站的运用不仅在确保供水安全方面发挥了重要作用，还在节约能源、降低运营费用等方面取得了明显成效。这种节能减排和成本控制的双重优势，使智慧泵站在社会效益和经济效益方面都获得了积极评价。通过采用这种无人值守的智慧泵站管理模式，泵站运营实现了从人工依赖到技术驱动的转变。这不仅标志着泵站管理向着更加高效、智能的方向发展，也为其它公共设施的管理提供了成功的范本。智慧泵站的推广应用，无疑将为公共设施管理领域带来更加广泛和深远的影响，进一步推动社会的科技进步和可持续发展。

结语：以某城市的原水供水泵站为改造实例，本方案已经被实际应用并取得显著效果，不仅优化了运营流程，还显著降低了运营成本。通过这一改造实践，为水务行业内其他供水泵站的智能化升级提供了有益的参考和借鉴，旨在推广应用这一技术模式，以实现整个行业的效率提升和安全保障能力增强。

参考文献：

[1]来耀明,谢志诚.二次供水泵站智慧水务系统在兰州城市供水中的应用[J].中国科技信息,2024,(06):51-53.

[2]毛志刚.供水加压泵站无人值守改造技术应用研究[J].西部交通科技,2023,(S1):1-4+15.

[3]葛溪源,蒋白懿,李维轲.北方城市供水系统二次供水加压泵站优化改造研究[J].工程技术研究,2023,8(15):182-184.

[4]黄英志.供水加压泵站节能模式研究[J].城市建筑空间,2023,30(S1):242-243.