智慧水务下的泵闸群无人一体化运营管控模式研究.pdf

183云南水力发电YUNNAN WATER POWER第 40 卷第 3 期 *收稿日期：2023-06-19 作者简介：汪磊（1989-），男，河南信阳人，工程师，主要从事电气工程及其自动化、水利工程机电方面的管理工作。智慧水务下的泵闸群无人一体化运营管控模式研究汪磊（深圳市芦苇生态环境科技服务有限公司，广东深圳518000）摘要：现阶段一体化泵站的应用越来越广泛，但仍普遍采用人工例行检查巡视的方式，运行管理效率低、成本高。基于工业互联网技术，开发了 1 套智慧云服务平台，以实现对布局分散、管理不便的一体化泵站的智慧运营管理，并在广州某净水公司管网系统中得到应用。利用该智慧运管技术，不仅可以保证 1 个完整泵站的安全和稳定运行，还可以形成综合管理、综合规划、节能增效的基础。关键词：一体化泵站；工业互联网；智慧运管；无人值守泵、闸中国分类号：TV675 文献标识码：B文章编号：1006-3951(2024)03-0183-03DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.03.046Research on Unmanned Integrated Operation and Control Mode of Pump Sluice Group under Smart Water ManagementWANG Lei(Shenzhen Reed Ecological Environment Technology Service Co.,Ltd,Shenzhen 518000,China)Abstract：At present,the application of integrated pumping stations is becoming increasingly widespread,but manual routine inspections and patrols are still commonly used,resulting in low operational management efficiency and high costs.Based on industrial Internet technology,a set of smart cloud service platform was developed to realize the smart operation and management of integrated pump stations with decentralized layout and inconvenient management,and was applied in the pipe network system of a water purification company in Guangzhou.By utilizing this intelligent operation and management technology,not only can the safe and stable operation of a complete pumping station be ensured,but also a foundation for comprehensive management,planning,and energy conservation and efficiency enhancement can be formed.Keywords：integrated pumping station;industrial internet;smart operation and management;unmanned pump and gate0引言智能水资源管理是指利用先进的 IT 工具，对水资源管理项目进行智能化、自动化、数字化管理，提高水资源利用效率和水资源管理项目绩效的水资源管理模式。在智能水资源管理方面，1 个重要的应用是水泵和闸门组的无人值守综合运行、控制模式。泵闸群无人值守运行和控制是指利用先进的信息技术手段，实现泵闸群控制的智能化、自动化和数字化，实现泵闸群的无人值守运行和综合控制1-3。1一体化泵站智慧运管系统构建在智慧水务中泵闸群无人值守和综合运行控制情况下，需综合运用物联网、云计算、大数据、机器学习等技术手段，实现远程监控、智能诊断、自动控制和预测优化，打造服务模式和全生命周期管理，提高运行效率和水利效益3-5。1.1系统架构与组成1）边缘层。主要由各种控制设备、PLC（可编程逻辑控制器）、RTU（远程终端单元）和特殊的智能 4G 网关组成，这些设备收集外部设备的数据，构成智能 ERP 系统的基础。每个综合泵站都184云南水力发电2024 年第 3 期配备了自己的 PLC，并通过 PLC I/O 模块收集实时数据和设备运行状态信息。智能网关 4G 与大多数主要的工业通信协议兼容，能够准确、实时地收集数据。2）IaaS 层。数据存储和计算功能主要由云服务器完成。通过运营商的专用 Iot 网络将每个位置的边缘收集数据发送到云服务器，并在该位置进行计算和存储。利用阿里云的云服务器智能云平台提供不间断 24 h 服务。3）PaaS 层。该层提供应用开发和部署的解决方案，包括操作系统和平台管理软件，智能云平台使用 NF_Client 平台管理软件。4）SaaS 层。主要提供基于场景的解决方案，如通过移动应用程序和网站显示和发布数据和配置界面。它能够同时接收数以百万计的数据，在第 2 层进行实时数据修改，并且每周 7 d、每天 24 h 连续运行。1.2系统应用特色1）运行稳定可靠。云数据中心包含混合云、公有云、私有云 Greatwisdom 的云平台是在名为Alicloud 的公共云中实现的，将实时监控数据发送至云端服务器，保证数据冗余。现有软件的解决方案与原来的传统解决方案相比，在物理服务器容量、网络带宽等方面没有限制。数据存储在专用服务器上。阿里云可以为云服务器提供动力和网络安全，最大限度地保证平台安全稳定运行。2）并行访问的多通道。该平台基于硬件和软件的优化，具有并行的多渠道接入能力，可以处理数百个在线实时监测站点和泵站数据，并能同时管理多个账户和访问数据。3）划分或定制服务。根据现有用户的需求，该平台的业务功能可以进行相应的定制或划分，并逐步引入所需的应用系统。4）平台兼容性。在设计阶段定制新泵站可以配备 4G 智能网关，将数据连接到平台上；通过智能升级和增加 4G 智能网关，实现一体化泵站。2无人值守泵、闸群智慧运管系统功能2.1设备档案管理智能云平台捕捉到每个泵、闸站点之后，管理人员建立 1 个主数据文件服务于每个泵、闸站，数据文件中含有泵站的地理位置、规模、名称、坐标、操作员、型号和序列号、配置文件、维护系统、报警历史数据、站点历史数据、运行数据等，以方便平台的终端用户对上述数据进行访问。2.2设备远程运维1）远程监控。当收集到设备状态信息与实时数据，并从项目现场传输到云服务器时，控制器就可以通过手机 APP 或网站远程实时查看项目现场及运行站点的实时情况。操作人员可根据不同现场实际情况和要求，调整系统的运行参数或启动/停止控制系统，实现对多个闸和泵站的统一监控和分布式控制6。2）故障报警。如果现场出现故障，控制中心会启动视听警报，并向平台发出警报，平台会自动显示故障地点的详细地图，并在线或通过移动应用程序发布故障信息，按照短信、通过移动应用点选等通知管理人员。3）远程诊断与升级。技术人员根据目前设备情况与泵站的要求，可以通过该平台的远程数据传输功能连接到本地 PLC，进行在线诊断和自动控制程序的更改和更新，减少现场服务技术人员的劳动和材料成本。2.3数据分析与应用1）数据可视化展示与分析。每个泵、闸站历史性能数据的报告和图表可从平台统计中心的报告管理界面和设备管理中心的设备监测界面获取，以便对每个泵、闸站的性能进行相应的检查和分析。此外，该平台可以定期分析所收集的数据，并生成泵、闸站运行和状况的报告，以满足不同用户的需求7-9。2）建模分析与运管决策。对多个数据集进行建模和分析，创造出区域性的流量模式，构成运营和管理决策的基础，如优化泵的启动和停止频率以及运行中的泵的数量。同时，模型可用于创建不同季节特征和特定天气条件下的运行模式，转变运行模式，在暴雨期间提前排水以避免洪灾等。3）风险预警。如果 1 个站点的设备经常发生故障，那么在类似条件下运行的同类型的设备也很可能发生故障。基于这种风险预警，管理人员185汪磊基于智慧水务下的泵闸群无人一体化运营管控模式研究可以提前做好维修准备，以避免泵站长时间的停工和区域供水和污水处理服务的中断。4）提供设备选型和程序优化依据。项目信息数据库的逐步完善，并对大型数据集进行分析，以建立后续设备选择和方案优化的标准。通过分析泵站的运行数据，选择了一种隔音效果较好的泵，并通过连续控制一天中不同时段的液位，减少夜间泵的启停次数，甚至取消夜间泵的启停，保证了泵站的正常运行。2.4用户终端浏览与权限该泵闸群无人一体化平台的用户可根据需要分为操作人员、行政人员、访客、客服人员等。根据不同的用户角色，可以分配不同的使用权限。经授权的用户可以通过个人电脑的网络浏览器、移动应用程序和其他终端设备登录系统。3工程应用实例泵组和闸门的智能操作和控制系统被成功应用于水网维护系统。这包括广州的 1 家水处理公司将 50+个 PPS 泵站和综合水闸连接到智能操作和管理系统。随着项目的实施，泵站和水闸将以智能方式进行管理，运营和维护成本大大降低。此外，该决策模型的实施还降低了该区域集水区的洪水风险，并改善了集水池中的黑臭现象。可以用鼠标滚轮将集水区 15 个水泵和闸门组的地理信息系统地图显示放大，机组运行正常用蓝色光标表示，机组故障报警用红色警告光标表示，点击相应的光标可以查看该机组信息。泵和排水闸门的中央监控图可以显示闸门的开启和关闭，泵的启动/停止状态和错误信息的数量。运营和维护经理在快速概览地图的帮助下，对泵站和闸门有直观的了解。3D 模型实时显示闸门的开合状态，使设施负责人可以从监控视频中直观地检查闸门的开合状态。该系统配备了 1 个视频处理模块，分析从安装处传输的视频并确定任务，识别人影和闸门锁，产生警报并发送给运营经理。手机 APP 监测界面可显示泵站水位情况，通过点击历史数据，运营和管理人员可以看到最近 1周井内的历史水位。通过网关收集的数据对故障预警模型进行分析和处理，确定系统健康状态和维护时机。健康状态包括 5 个级别：健康、良好、中等、不良、不健康。为了解决水质黑臭的问题，智能控制和监测系统提供了 1 个连接泵闸的平台。通过控制污水来源，盘活静止水体来解决水体黑臭问题。根据市政排水管网和该地区的水系图，在污水源头设置截污闸与排污泵站，防止污水直接排入河道污染河水；通过运维管控系统，精确控制各水闸、补水泵和辅助泵的启停，一方面中水回用补水，另一方面使各沟渠、湖塘以及河水沿一定路线循环流动，增加水体溶氧量，使河水真正变得“活”起来。该智能操作和管理系统包括 1 个洪水预警和规划模块，可以提供雨水和洪水预警，包括最佳的泵闸调度。通过从 PLC 侧获取数据，提供实时与预测未来某个时间段的降雨信息。当系统发出洪水警报时，运维管理人员通过智能运维管理平台控制每个水泵和闸门的启动和关闭，以预先清空水网，监测河流水位，提高水网的蓄、滞留洪水能力。在暴雨期间，系统会将每个区域的降雨量与实时在线监测的水位进行分析和比较，并生成水泵和闸门的联动运行图，辅助运维管理单位决策，优化汛期防洪排涝调度方案。当外河水位超过内河水位时，闸门自动关闭，防止出现河水倒灌现象；在暴雨期间，闸门关闭，切断污水来源，防止雨水和污水的合流；当污水提升泵被激活，将污水抽到排水管网，通过重力或泵进行处理；在某一地区出现回水高峰时，可改变泵闸组的管理策略，将水分流到其他有多余滞留能力的地区，充分发挥城市管网的滞留能力，避免局部发生水灾。4结束语目前管控的泵闸群智能运行管理系统只采集1个支流和1个区域的数据，数据有待进一步完善，不能反映城市整体的汛情和水体污染情况。决策支持模块算法仍需要优化，对城市防汛和缓解水质变黑变臭现象的影响有限，应从全市角度出发，采集 1 个区域的数据，在全市范围内优化和完善（下转第 195 页）195张杏婕中山市长江水库防洪抢险措施及超标准洪水应急预案生险情，马上调用物资。3）当水库遭遇超标准洪水或其他不可抗拒因素而可能溃坝时，迅速通知下游地区群众转移到安全地带，减少人员伤亡和财产损失，并及时向市水务局报告情况。4）当遭遇超标准洪水时，超出管理中心抢险处置能力的，由管理中心迅速向市水务局提请进一步指挥和支援，必要时调动市应急抢险救灾队伍参与抢险处置。5结束语水库防洪措施和应急预案是实现水库防洪减灾的重要举措。根据具体的险情，结合工程现状，对水库防洪抢险措施及超标准洪水应急预案进行全面的分析，最大程度保障人民群众生命财产安全。参考文献：1 李树言，张文娟，漆文邦.水库防洪抢险应急预案浅析J.江苏水利，2017，（9）：44-47.2 聂永华.浅析水利建设工程防洪抢险技术J.湖南水利水电，2019，（5）：31-33.3 姬玉霞.后河川水库防洪调度与应急抢险探析J.海河水利，2023，（4）：57-60.4 孙百春.浅谈堤防工程防洪抢险技术 J.科技与企业，2013，（7）：204.5 董莲生，张琼.浅述水库防洪抢险中的误区 J.农业科技与信息，2009，（24）：23.6 马汉民，赵崟州.稷山县汾河防洪抢险问题与建议 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