1　項目背景

農(nóng)村生活污水治理是農(nóng)村水環(huán)境治理及人居環(huán)境改善的重點和難點所在，對于提升鄉(xiāng)村基本公共服務水平、建設美麗宜居鄉(xiāng)村、轉(zhuǎn)變農(nóng)村居民生活方式、推進城鄉(xiāng)發(fā)展一體化具有重要意義。

2015年張家港市農(nóng)村生活污水處理項目財政總投資24億，工程規(guī)模包括各級收集池、泵站和動力輸送管網(wǎng)建設。目標實現(xiàn)重點村、特色村全覆蓋，農(nóng)村生活污水處理率達到80%以上，涉及8個鎮(zhèn)和一個農(nóng)業(yè)示范園區(qū)包括楊舍鎮(zhèn)、塘橋鎮(zhèn)、金港鎮(zhèn)、錦豐鎮(zhèn)、樂余鎮(zhèn)、鳳凰鎮(zhèn)、南豐鎮(zhèn)、大新鎮(zhèn)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)范圍，面積998.48平方公里，大約867個農(nóng)村生活污水泵站。

2　項目目標

本項目要實現(xiàn)的目標如下：

（1）無人值守泵站；

（2）建立水務調(diào)度中心，實現(xiàn)遠程監(jiān)控；

（3）現(xiàn)場易于維護、能夠?qū)崿F(xiàn)遠程維護；

（4）用戶權限分級管理；

（5）現(xiàn)地站自控系統(tǒng)能夠適應惡劣環(huán)境。

3　項目實施與應用

污水泵站主要包括儀表間、泵房、流量計井三部分組成。配置潛水泵2臺，流量計、液位計各1只，視頻監(jiān)控系統(tǒng)1套，PLC控制器選用施耐德電氣Modicon M340，協(xié)同完成泵站的自動控制及視頻監(jiān)控功能。泵站數(shù)據(jù)通過3G/4G網(wǎng)絡傳送至控制中心，控制中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)可對各泵站的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測、并具有數(shù)據(jù)存儲、報表生成等功能，同時將泵站運行狀態(tài)傳送至各片區(qū)污水廠，在片區(qū)污水廠的監(jiān)控系統(tǒng)界面上進行數(shù)據(jù)共享。

圖1 系統(tǒng)架構圖

4　解決方案

本項目是基于施耐德電氣EcoStruxure plant物聯(lián)網(wǎng)架構， 是施耐德電氣基于物聯(lián)網(wǎng)，開放的，具有交互性的系統(tǒng)架構，融合了先進的物聯(lián)網(wǎng)、移動、傳感、云、分析和網(wǎng)絡安全領域技術，是施耐德電氣的“創(chuàng)新無處不在”理念的具體呈現(xiàn)。

EcoStruxure架構是一個行業(yè)領先的技術層級結構。一套經(jīng)測試和驗證、切實有效的參考性架構，一個支持大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設計與運行的架構，提供卓越的安全性能。EcoStruxure涉及互聯(lián)互通的產(chǎn)品、邊緣控制以及應用、分析與服務。

圖2 EcoStruxure plant物聯(lián)網(wǎng)架構

調(diào)度中心軟件采用施耐德電氣Wonderware System Platform，實現(xiàn)遠程控制和維護，采集數(shù)據(jù)量大約3萬點；控制中心軟件系統(tǒng)具有仿真測試技術和泵站自動配置功能自動生成報表、曲線，減少了編程調(diào)試時間；實現(xiàn)用戶權限分級管理，提供通用接口實現(xiàn)第三方系統(tǒng)接入。

農(nóng)村污水排水泵站控制系統(tǒng)采用施耐德電氣 Modicon M3402020H寬溫涂層產(chǎn)品，應對惡劣環(huán)境，減少用戶的維修成本和環(huán)境對設備的影響，泵站控制系統(tǒng)便于維護，所有模塊支持帶電熱插拔，減少了維護成本。

5　項目特點

（1） 工程技術性強、與原有系統(tǒng)接口多

本工程是新建工程，單個泵站較為簡單，但工程泵站數(shù)量龐大，地域分布廣，須在控制中心實現(xiàn)對八百多個泵站的遠程監(jiān)控，并且需將其接入各片區(qū)污水廠的監(jiān)控系統(tǒng)。每個污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)不同，自動化控制模式、程序、接口都有所不同，需要控制中心系統(tǒng)軟件為通用的平臺軟件，同時現(xiàn)地站控制系統(tǒng)的控制器能夠?qū)崿F(xiàn)遠程調(diào)試和維護。

（2） 自動化要求高

本工程系統(tǒng)集成和自動化要求高，要求建成后的農(nóng)村生活污水治理工程自控系統(tǒng)實現(xiàn)泵站的無人值守、無線網(wǎng)絡傳輸、泵站的集中監(jiān)控、易于遠程維護和用戶權限分級管理等功能，并且與原有污水廠監(jiān)控系統(tǒng)是一個無縫銜接的完整控制系統(tǒng)。

（3） 現(xiàn)地站控制系統(tǒng)適應復雜環(huán)境

農(nóng)村污水排水泵站地域分布廣，同時污水排水泵站現(xiàn)場環(huán)境復雜，因此控制系統(tǒng)采用施耐德電氣 Modicon M340寬溫涂層產(chǎn)品，應對惡劣環(huán)境，減少用戶的維修成本和環(huán)境對設備的影響。泵站控制系統(tǒng)便于維護，所有模塊支持帶電熱插拔減少運維人員成本。

6　軟件開發(fā)的關鍵性技術

（1）控制系統(tǒng)的仿真測試技術

本項目泵站數(shù)量較多，分布于張家港市農(nóng)村各地，較為分散。工期緊，任務重，因此采用控制系統(tǒng)的仿真測試，測試完畢后對各泵站控制柜進行程序的下載，柜體安裝后直接投入系統(tǒng)自動運行更加適合實際需要，也減少人員投入。

控制軟件Wonderware System Platform采用面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法，將每臺水泵、儀表等設備均作為一類對象進行處理，其均具有仿真測試模式，可實現(xiàn)模擬條件下的自動運行功能，可進行完備的仿真測試，便于現(xiàn)場施工結束后盡快投入運行，減少現(xiàn)場調(diào)試時間。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)軟件的快速開發(fā)

本項目的實際情況，單個泵站的信息采集與顯示不存在技術門檻，但本項目具有867個泵站，如何開發(fā)一套界面友好，數(shù)據(jù)查找方便的監(jiān)控系統(tǒng)，同時又要實現(xiàn)泵站監(jiān)控系統(tǒng)的快速開發(fā)，減少bug，保證軟件開發(fā)質(zhì)量，則是本項目的關鍵。

中心監(jiān)控系統(tǒng)軟件能自動配置泵站，即在InTouch View通過配置增加泵站、刪除泵站和修改泵站信息，并能適應各種主流的通訊協(xié)議和通訊網(wǎng)絡，泵站的界面會根據(jù)配置情況自動生成，相關的報表、曲線等也是自動生成的。

泵站的實時監(jiān)控界面，可以展示其中一個泵站或采用樹型目錄上的某個泵站可進入某個泵站的實時運行界面。

報表提供了日報表、月報表、年報表和自定義報表，曲線和歷史記錄可以在網(wǎng)頁上自由查詢。

歷史報警可以按點、按時間段組合查詢。根據(jù)需要，授權用戶還可以在網(wǎng)頁上設置出口壓力和啟停泵站，還可以輸入和修改泵站的基本資料，如用戶數(shù)、機泵型號、揚程、流量、水管口徑和維護記錄等信息。

通過該技術，可大大加快泵站監(jiān)控軟件的開發(fā)速度，同時界面、曲線等功能均為自動生成，大大減少了軟件開發(fā)的bug。

7　結語

根據(jù)《“十三五”全國城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設施建設規(guī)劃》，未來新增污水處理設施主要集中在三線及縣級鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理，江蘇省作為全國農(nóng)村生活污水治理試點省，張家港農(nóng)村污水泵站項目率先完成，具有全國示范作用，為農(nóng)村污水處理及管理模式提供實踐依據(jù)。

摘自《自動化博覽》2019年8月刊