CN113062855B - 一种广域、大量城市排水泵站无人值守系统和构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于泵站智能化运行管理技术领域，具体公开了一种广域、大量城市排水泵站无人值守系统和构建方法，包括信息采集部分、信息传输部分、自动控制部分、报警处置部分以及中高级人工干预部分；本发明可实现对广域、大数量城市排水管理的无人值守管理，可大大节约泵站管理的人力资源部署；将泵站层、分监控中心管理层和总监控中心管理层的管理职能进行分级明晰，可避免管理的层叠，提高管理效能；本发明的信息采集全面，通过自动控制系统对设备系统、仪表系统和视频监控系统的信息全部采集，是泵站实现无人值守的基础支撑；将视频图像经过公网传输到视频云平台，便于分监控中心和总监控中心调看，视频云平台采用租用方式，节约投资，方便维护。

Description

一种广域、大量城市排水泵站无人值守系统和构建方法

技术领域

本发明涉及泵站智能化运行管理技术领域，具体为一种广域、大量城市排水泵站无人值守系统和构建方法。

背景技术

城市排水是城市公共基础服务之一，为确保城市排水发挥正常功能，无论是城市防汛还是污水处理，都需要配备一定数量的泵站，这些泵站的管理需要大量的人力、物力和财力。传统泵站管理模式中，一个泵站需要四班三运转，每班配备1人，一个泵站通常需要配备4人，这个数字还小于定额人员数，这种管理模式是比较典型的劳动密集型。排水管理企业运营模式也将迎来转型契机，在泵站管理方面，积极进行管理模式创新，尝试吸纳已有经验，试点无人值守，减少泵站管理人力资源消耗，因此，提出一种广域、大量城市排水泵站无人值守系统和构建方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种广域、大量城市排水泵站无人值守系统和构建方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种广域、大量城市排水泵站无人值守系统和构建方法，包括信息采集部分、信息传输部分、自动控制部分、报警处置部分以及中高级人工干预部分。

优选的，所述信息采集部分包括排水泵站自控系统、仪表系统、设备系统和视频监控系统的信息采集。

优选的，所述排水泵站自控系统信息的采集指各个排水泵站设备系统中的主体设备如水泵、电机、通风设备、格栅、闸阀、配电设备等的开/停状态信息、电流/电压等工作参数信息以及设备上传感器采集的信息均传输给各自泵站的自动控制系统；所述排水泵站仪表系统信息的采集指通过安装在线仪表获取泵站进出水流量、集水井水位、泵站水气质量等泵站工艺参数信息，并将这些信息传输给各自泵站自动控制系统；所述排水泵站视频监控系统的信息采集通过在泵站内安装若干设定点位的摄像头而实现，摄像头对泵站的水泵、电机、风机、集水井等重要工控设备和部位实施视频照相，将数字视频信号上传到视频云平台进行储存和调用。

优选的，所述信息传输部分即在各排水泵站内，所有信息通过泵站本地控制网络进行传输，即工业控制以太网进行传输；具体为：自控系统采集的设备信息可直接传输或者通过通讯协议转换传输到泵站自控系统PLC控制柜，泵站仪表系统采集的信号以4-20mA输出到PLC控制柜；泵站自控系统所接收到的所有信息经过PLC控制柜内存或服务器存储后，通过防火墙，再经由VPN传输到分监控中心，各分监控中心通过VPN将信息进一步传输到总监控中心，同级和上级管理单位各种相关信息至总监控中心的信息传输也是通过VPN方式；总监控中心接收到的所有信息按照需要上传给市防汛办公室、市水务局、市环保局等上级主管单位，并也可按需分享给同级管理单位；信息传输链路中还包括排水泵站视频监控系统的信息传输，该传输通过公网实现；具体是分布在泵站各个点位的摄像头摄取数字图像，数字图像通过交换机上传到视频云平台，各个分监控中心和总监控中心可通过防火墙和公网调用图像文件，进行视频监视。

优选的，所述自动控制部分是泵站无人值守的核心，泵站自动控制的基础是PLC控制柜中设备供应商所开发并储存的原有程序，泵站自动控制还必须包括根据泵站管理需求进行的二次程序开发；二次程序开发的考虑有三点：一是该泵站运行的基本要求；二是根据设备运转时长或运行年限等所确定的设备大修要求；三是以人工智能技术为依托的设备预防性维护要求，提前排查和解决隐患，最大限度避免因设备故障造成泵站的非正常运行；泵站自动控制的二次开发程序存储在PLC柜或服务器中，这些软件提供对设备控制的具体操作或者工艺过程中的实时数据交换，并通过网络的传输实现泵站的自动控制；泵站自动控制系统实时检测各种信息的正常与否，大修、预防性维护、故障等戒备状态下给出报警，报警以声光电形式上传到分监控中心等待检查和处理；仪表信号接入PLC柜仅起监视作用，PLC不直接对仪表发出控制指令。

优选的，所述报警处置部分即分监控中心中央控制室值班人员一旦发现声光电等报警信号，即锁定泵站名称，辨明大修、预防性维护和故障三种状态，并调看视频监控图像协同判别，故障状态要辨明设备报警和超限报警；分监控中心中央控制室值班人员辨明大修或设备报警时，可直接通知巡检人员到设备就地解决或联系设备商解决；辨明是预防性维护或泵站自控系统设定的超限报警，则通知智能救援团队，由团队中的专家判别故障设备来源，再对设备进行就地故障排除，直至解除故障，恢复泵站正常运行；较复杂的预防性维护可联系设备商解决。

优选的，所述设备报警指泵站内部分有自检测功能的设备实时检测设备状态，在解读出故障时给予报警，报警信号传输给该泵站的PLC柜；所述超限报警指泵站自控软件编程时对泵站重要工况点位的水位、压力、温度等参数设定正常范围，当其接收的信号超出正常范围时，即触发超限报警，但并不能直接锁定故障设备源。

优选的，所述中高级人工干预部分包括位于分监控中心层面的中级人工干预和位于总监控中心层面的高级人工干预。

优选的，所述中级人工干预指分监控中心中央控制室值班人员根据区域范围内的雨量、水量等工情信息，综合各泵站的实时运行情况而做出的提高片区泵站整体运行管理效能的调度调整指令，该调度调整指令发送后，下达到各泵站自动控制系统，由该控制系统发送相应指令到各设备执行；所述高级人工干预指总监控中心中央控制室值班人员根据所管理的全域范围内的雨量、水量等工情信息，综合各分监控中心片区泵站的实时运行情况而做出的提高全域范围泵站整体运行管理效能的调度指令，或者是根据上级管理单位的指令和同级管理单位的要求所做的应对某种突发状态的应急对策调度调整指令，该调度调整指令发送后，下达到各分监控中心，再由分监控中心下达各泵站自动控制系统，由该控制系统发送相应指令到各设备执行。

一种广域、大量城市排水泵站无人值守构建方法，包括以下步骤：

步骤S1：泵站根据运行管理需要，依据泵站自动控制系统对设施设备的实时工作状态信息以及通过仪表对流量、水位等泵站工艺参数信息进行在线采集，采集内容还包括重要工控部位的视频监控图像；

步骤S2：所采集的图像信息通过公网上传到视频云平台进行存储和调用，其它信息通过泵站本地控制网工业控制以太网传输到泵站的泵站自动控制系统，仪表信息也同时输入泵站自动控制系统；

步骤S3：基于泵站自动控制系统中所储存的原程序、存储在原PLC柜和服务器中的二次应用开发程序，提供对设备控制的具体操作或者工艺过程中的实时数据交换，通过网络的传输实现泵站的自动控制，包括正常运行管理和故障报警；

步骤S4：各个泵站非视频类信息，包括所有正常和戒备报警信息通过VPN和防火墙传输到分监控中心服务器，分监控中心中央控制室值班人员通过操作显示器对正常信息可浏览，并完成统计、报表等初级应用功能，故障报警以声光电形式发送，值班人员发现戒备报警信息即联动调看该泵站相应视频监控图像进行判别，大修或设备故障则通知巡检人员到泵站就地解决设备问题，设备预防性维护或超限故障则通知智能救援团队，由其中的专家进行判别，找到故障设备来源并处理，直到解除故障，恢复泵站正常运行；较复杂的预防性维护可联系设备商解决；

步骤S5：分监控中心中央控制室值班人员可根据区域范围内的雨量、水量等工情信息，综合各泵站的实时运行情况，做出提高片区泵站整体运行管理效能的调度调整指令，该调度调整指令发送后，下达到各泵站自动控制系统，由该控制系统发送相应指令到各设备执行；

步骤S6：各个分监控中心的信息存储在各自服务器中，并通过VPN、防火墙进一步传输到总监控中心中央控制室服务器，由总监控中心中央控制室值班人员通过操作显示器对正常信息可浏览，掌握各个分监控中心的动态，实时知晓各泵站是否处于正常运行状态，如有故障是否已经排除；总监控中心可根据所管理的全域范围内的雨量、水量等工情信息，综合各分监控中心片区泵站的实时运行情况，做出提高全域范围泵站整体运行管理效能的调度指令，或者是根据上级管理单位的指令和同级管理单位的要求所作的应对某种突发状态的应急对策调度调整指令，该调度调整指令发送后，下达到各分监控中心，再由分监控中心下达各泵站自动控制系统，由该控制系统发送相应指令到各设备执行；总监控中心基于对所有接收的大数据的分析，可实现趋势判断、片区运行比较、统筹协调管理等高级应用功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明可实现对广域、大数量城市排水管理的无人值守管理，可大大节约泵站管理的人力资源部署，是智慧城市建设中大型、特大型城市排水泵站的适用方法。

2.本发明将泵站层、分监控中心管理层和总监控中心管理层的管理职能进行分级明晰，可大大避免管理的层叠，提高管理效能。

3.本发明的信息采集全面，通过自动控制系统对设备系统、仪表系统和视频监控系统的信息一揽子全部采集，是泵站实现无人值守的基础支撑。

4.本发明将视频图像经过公网传输到视频云平台，便于分监控中心和总监控中心调看，视频云平台采用租用方式，节约投资，方便维护，很好地解决了视频文件容量大、各泵站用户自己存储需要硬件升级、投资大的问题。

5.本发明选用VPN方式解决非视频信息的跨层次传输，如泵站——分监控中心、分监控中心——总监控中心，这种方式可以有效地对排水数据信息进行加密保护，防止信息泄密；水务信息安全是城市基础设施安全运营的重要保障，采用VPN方式传输信息是顺应信息安全要求的恰当方式。

6.本发明的自动控制部分，是一次开发程序与基于人工智能的二次开发程序的完整结合，是符合时代潮流的带有智能管理功能的控制系统。

7.本发明的报警处置部分，其启动位于分监控中心管理层，涵盖了设备大修、预防性维护和故障解决等多种管理功能；以往的知识产权设计中仅注重故障解决，没有考虑泵站日常管理中重要的“大修”管理内容，更没有考虑设备的预防性维护，只是重视了坏则修，不重视防范于未然。

8.本发明的智能救援团队是大量排水泵站实现无人值守管理的重要支撑，能快速判别故障，解除故障，恢复泵站正常运行。

9.本发明在总监控中心搭载的智能移动设备具有强化内部管理、提高服务质量、推动排水行业社会共治的作用；一旦接到积水/污水冒溢等投诉，智能移动设备即开赴到指定现场，将积水/污水冒溢的实景及分监控中心如何处理和解决投诉的视频一同回传给总监控中心，与智能移动设备同车的管理人员还将在就地做出必要的故障原因解释，故障解决访谈等就地互动和服务，解决民众疑惑，提高民众幸福感和获得感，推动排水行业社会共治。

附图说明

图1为本发明的整体示意图；

图2为总监控中心主要设备及网络构架图；

图3为分监控中心主要设备及网络构架图；

图4为泵站视频信息采集及传输方式示意图；

图5为泵站自控系统、仪表系统、设备系统的信息采集及传输方式示意图。

图中：10、泵站层；101、网络信息系统；1011、以太网；1012、泵站VPN；1013、泵站公网；1014、泵站防火墙；102、视频系统；103、泵站自动控制系统；1031、PLC控制柜；1032、泵站服务器；104、仪表系统；1041、臭气浓度检测仪；1042、硫化氢检测仪；1043、甲烷检测仪；1044、COD在线测量仪；1045、总氮在线测量仪；1046、总磷在线测量仪；1047、流量计；1048、水位计；105、泵站设备系统；1051、水泵；1052、电机；1053、格栅机；1054、闸阀；1055、通风设备；1056、配电设备；20、分监控中心层；201、分监控IP电话；202、分监控LED大屏；203、分监控电脑；204、分监控打印机；205、分监控网络交换机；206、分监控中心服务器；207、分监控防火墙；208、分监控智能移动设备；209、分监控局域网；210、分监控VPN；211、分监控公网；30、总监控中心；300、同级管理单位；301、总监控IP电话；302、总监控LED大屏；303、总监控电脑；304、总监控打印机；305、总监控网络交换机；306、总监控服务器；307、总监控防火墙；308、总监控智能移动设备；309、总监控局域网；310、总监控VPN；311、总监控公网；312、同级防火墙；313、同级VPN；40、上级管理单位；401、上级防火墙；402、上级VPN；50、视频云平台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种广域、大量城市排水泵站无人值守系统和构建方法，包括泵站层10，其上搭载泵站网络信息系统101、视频系统102、自控系统103和仪表系统104，负责采集泵站设备的开/停状态、工作参数、视频等信息，并将这些信息传输到分监控中心层20。分监控中心层20负责底层泵站的报警管理和中级人工干预，并负责将信息下达给泵站层10令其执行，并同时上传给总监控中心层30。总监控中心30根据各分监控中心的汇总信息以及来自同级管理单位300和上级管理单位40的信息对分监控中心实施高级人工干预，并负责将必要的信息传输给同级管理单位300和上级管理单位40。各泵站将视频信息上传给视频云平台50，分监控中心层20和总监控中心层30可调看云平台上的视频信息。

请参阅图2，总监控中心30包括总监控IP电话301，总监控LED大屏302，总监控电脑303，总监控打印机304，总监控网络交换机305，总监控服务器306，总监控防火墙307，总监控智能移动设备308。

其中，总监控IP电话301负责与分监控中心20、同级单位300和上级单位40的对讲联络，尤其是执行高级人工干预时通过IP电话将指令下达给各个分监控中心20。总监控LED大屏302可根据需要切换到所需泵站、所需部位的视频信号，供值班人员监视，一次可观看9幅不同画面。总监控电脑303供值班人员调阅所有分监控中心上传的各个泵站信号，包括自动控制信号和仪表信号。总监控打印机304负责文件和报表等的打印。总监控网络交换机305负责将总监控中心多个终端设备联接起来。总监控服务器306为总监控中心内部局域网中的其它电脑提供计算、存储等应用服务。总监控防火墙307通过监测、限制和更改数据流，为信息进出总监控中心提供安全保护。总监控智能移动设备308具有提高服务质量、强化内部管理的作用。一旦接到积水/污水冒溢等投诉，智能移动设备即开赴到指定现场，将积水/污水冒溢的实景及分监控中心如何处理和解决投诉的视频一同回传给总监控中心，与智能移动设备同车的管理人员还将在就地做出必要的故障原因解释，故障解决访谈等就地服务，解决民众疑惑，提高民众幸福感和获得感，相关服务的视频和音频同步回传给总监控中心。

具体地，当总监控中心30工作时，分监控中心20的非视频类信息通过分监控防火墙207和分监控VPN210传输到总监控中心层30时，首先通过总监控防火墙307，经过防火墙的监测、限制和更改，合规数据流进入总监控中心总监控服务器306进行计算、存储等应用管理。通过总监控网络交换机305，总监控中心内总监控IP电话301、总监控LED大屏302、总监控电脑303、总监控打印机304、总监控服务器306等设备联接起来，通过有线方式敷设网络电缆，形成一个完整的总监控局域网309。值班人员通过操作电脑，调阅所需泵站的监控数据。通过总监控局域网309和总监控公网311，值班人员可在总监控LED大屏302上调看视频云平台50上相应泵站设备的视频监控图像。总监控中心中央控制室值班人员根据所管理的全域范围内的雨量、水量等工情信息，综合各分监控中心片区泵站的实时运行情况，或者是根据上级管理单位40通过上级防火墙401和上级VPN402传输的指令，同级管理单位300通过同级防火墙312和同级VPN313传输的要求，可下达调整调度的高级人工干预指令。高级人工干预指令可提高全市或全域范围泵站综合管理效能或者是执行某种突发状态的应急对策。该指令通过总监控IP电话301下达到各分监控中心层20，再由分监控中心下达各泵站PLC控制系统，由该控制系统发送相应指令到各设备执行。日常文件和统计报表可通过总监控打印机304完成打印。

请参阅图3：分监控中心20包括分监控IP电话201，分监控LED大屏202，分监控电脑203，分监控打印机204，分监控网络交换机205，分监控中心服务器206，分监控防火墙207，分监控智能移动设备208。

其中，分监控IP电话201负责与总监控中心30的对讲联络。分监控LED大屏202可根据需要切换到所需泵站、所需部位的视频信号，供值班人员监视，一次可观看9幅不同视频画面。分监控电脑203供值班人员调阅分监控中心所管辖区域内所有泵站的非视频信号，包括自动控制信号和仪表信号。分监控打印机204负责文件和报表等的打印。分监控网络交换机205负责将分监控中心多个终端设备联接起来。分监控中心服务器206为分监控中心内部局域网中的其它电脑提供计算、存储等应用服务。分监控防火墙207通过监测、限制和更改数据流，为信息进出分监控中心提供安全保护。手机终端208由泵站巡检人员和智能救援团队人员所持有，可实现泵站巡检/维护人员与分监控中心值班人员之间的联络。

具体地，当分监控中心20工作时，所管辖各个泵站非视频类信息传输给分监控中心层20时，首先通过泵站的泵站防火墙1014和泵站VPN1012，到达分监控中心分监控防火墙207，经过防火墙的监测、限制和更改，合规数据流进入分监控中心分监控中心服务器206进行计算、存储等应用管理。通过分监控网络交换机205，分监控中心内分监控IP电话201、分监控LED大屏202、分监控电脑203、分监控打印机204、分监控中心服务器206等设备联接起来，通过有线方式敷设网络电缆，形成一个完整的分监控局域网209。

值班人员通过操作分监控电脑203，调阅所需泵站的监控数据，一旦发现声光等报警信号，即锁定泵站名称，通过分监控局域网209和分监控公网211，可在分监控LED大屏202上调看视频云平台50上相应泵站设备的视频监控图像协同判别。辨明设备大修、预防性维护、设备报警和超限报警。设备报警是指泵站内部分有自检测功能的设备实时检测设备状态，在解读出故障时给予报警，报警信号传输给该泵站的PLC柜。故障报警是指泵站自控软件编程时对泵站重要工况点位的水位、压力、温度等参数设定正常范围，当其接收的信号超出正常范围时，即触发超限报警，但并不能直接锁定故障设备源。分监控中心中央控制室值班人员辨明大修或设备报警时，可直接通过分监控局域网209和无线分监控公网211通知持有手机终端208的泵站巡检人员到设备就地解决或联系设备商解决。辨明是预防性维护或泵站自控系统设定的超限报警，分监控中心值班人员则通过分监控局域网209和无线分监控公网211通知持有手机终端208的泵站故障智能救援团队，由团队中的专家判别故障设备来源，再对设备进行就地故障排除，直至解除故障，恢复泵站正常运行。较复杂的预防性维护可联系设备商解决。

分监控中心中央控制室值班人员还可以根据所管理片区全域范围内的雨量、水量等工情信息，综合各个泵站的实时运行情况，主动下达调整调度的中级人工干预指令，以提高全片区范围泵站综合运行管理效能。该指令通过分监控局域网209和分监控VPN210下达到各个泵站PLC控制系统，由该控制系统发送相应指令到各设备执行。日常文件和统计报表可通过分监控打印机204完成打印。

持有手机终端208的泵站巡检人员和智能救援团队人员也通过无线分监控公网211发送信息给分监控中心，通过分监控防火墙207的监测、限制和更改，合规数据流进入分监控中心分监控中心服务器206进行计算、存储等应用管理。具体是，在日常巡检完成时，巡检人员按照要求发送巡检完成信号；大修、预防性维护和故障等报警处理后，将处理结果按照所要求的格式编写文件，发送分监控中心。报警处理时的图像文件由视频监控系统发送给视频云平台50，分监控中心值班人员可调看。

分监控中心还接受来自总监控中心30的调度调整指令，并负责下达给所管辖泵站的PLC控制系统。具体是，总监控中心根据所有分监控中心上传的信息，可从全域尺度上掌握雨情、汛情、污水冒溢情况和泵站运行工况，可从运行优化角度下达调正调度指令；或者是根据上级管理单位的指令和同级管理单位的要求做出应对某种突发状态的应急对策调度调整指令。这些指令通过总监控防火墙307和总监控VPN310传输给分监控中心。首先通过分监控防火墙207，经过防火墙的监测、限制和更改，合规数据流进入分监控中心分监控中心服务器206进行计算、存储等应用管理。分监控中心再进一步把这些指令通过分监控局域网209、分监控VPN210下达给指定泵站PLC系统，由该控制系统发送相应指令到各设备执行。

请参阅图4，泵站视频信息采集及传输方式示意图。泵站视频系统102包括摄像头1021、网络交换机1022、视频云平台50及传输网络101。具体的，摄像头1021为数字摄像头，布置于泵站层10所要进行视频监控的位点，主要包含水泵、电机、格栅机、闸阀、通风及配电等主体设备，以及重要的控制点，如厂界围栏、泵站排水口、站外易积水/冒溢敏感点。布置方式可设置为固定式和云台式。固定式摄像头安装在固定点位，摄像时摄像角度不变，用于单一设备的视频监控。云台式摄像头安装在固定点位，带有云台，云台内装两个电动机。水平及垂直转动的角度大小可通过限位开关进行调整。通过两个电动机的工作，带动摄像头的摄像角度在水平和垂直方向上变化，增大摄像视角，用于多设备的全景式视频监控。所有摄像头均要支持白天和夜间工作，应使用红外摄像头。厂界围栏和站外控点的视频监控摄像头，由于安装在户外，应考虑防尘防水，至少使用IP66等级防护。

传输网络101，整个泵站内，包括厂界围栏的视频监控，均采用工业以太网1011，站外控点由于离开泵站物理距离较远，视频图像通过无线泵站公网1013方式传输。所有摄像头采集的信息都通过网络传输给网络交换机1022。网络交换机1022实现多个设备在局域网中的联接。视频信息通过网络交换机后，通过无线泵站公网1013传输给视频云平台50。本专利采用租赁方式租用视频云平台，投资低，操作运维便捷，更是解决了泵站自身采用服务器方式所不可规避的视频文件大、配套设备更新改造要求高等问题，是一种符合行业发展趋势的做法。目前有众多知名的视频云平台提供商，如海康威视，其视频综合平台，支持视音频编解码、数字视频的矩阵切换，可以把提供信号源设备的任意一路的信号送到任意一路的显示终端上，可以做到音频和视频同步或者不同步，所心所欲，方便，节约成本。视频云平台50还具有集中存储管理、网络实时预览等功能，集图像处理、网络功能、日志管理、设备维护等功能于一体。各个分监控中心和总监控中心通过各自的VPN和公网，可以随时调阅所需泵站的视屏监控图像。

请参阅图5，泵站自控系统、仪表系统和设备系统的信息采集及传输方式示意图，包括网络信息系统101、泵站自动控制系统103、仪表系统104和设备系统105。网络信息系统101包括泵站内网，即工业以太网1011，泵站向外传输非视频信号的泵站VPN1012、泵站向外传输视频信息的泵站公网1013、泵站防火墙1014。自控系统103包括PLC控制柜1031、泵站服务器1032。泵站设备系统105包括水泵1051、电机1052、格栅机1053、闸阀1054、通风设备1055、配电设备1056。具体是，水泵起污水提升作用，将污水系统中的污水输送到下一级泵站或者是将雨水提升后排放到河道排口。电机是带动水泵转动的动力驱动设备。格栅机负责将集水井中的飘浮物从水中分离，并防止大体积杂物进入系统。闸阀通过开/闭和开度控制以控制进入管道的流量。通风设备起通风作用。配电设备为泵站提供电力配送。

这些设备的开/停/关等开关量信号，手动/自动等状态信号，电流、电压等工艺参数信号，以及安装于设备上的传感器所感受到的温度、湿度、振动等传感信号，一并通过泵站内敷设的线缆或由工业以太网传输给PLC控制柜。

泵站自动控制系统103还同步接收来自仪表系统104的信号。仪表系统104包括臭气浓度检测仪1041、硫化氢检测仪1042、甲烷检测仪1043、COD在线测量仪1044、总氮在线测量仪1045、总磷在线测量仪1046、流量计1047和水位计1048。具体的，臭气浓度检测仪安装在四面围墙顶，用于检测厂界的臭气浓度是否达标；硫化氢检测仪安装在四面围墙顶，用于检测厂界的浓度是否达标；甲烷检测仪安装在泵站集水井空间内，检测空间内甲烷浓度，防止爆炸事故发生；COD在线测量仪、总氮在线测量仪和总磷在线测量仪表分别采集泵站进、出水管道内的水质进行检测；流量计安装在进、出水管路上，同步检测进、出水流量；水位计安装在集水井内，所采集的水位信息可供控制泵组的启动以及低液位停泵保护。

泵站自动控制系统103对所采集信号的识别和处理。检测模块会自动检测所采集的是数字信号还是模拟信号。对于采集的模拟量信号，检测模块会进行相应程序处理为数字信号，以使系统识别。

泵站自动控制系统103内含设备开发商内置的一次开发程序。根据泵站管理特定要求二次开发的控制程序写入自动控制系统，既可以存储于原有的PLC柜1031，也可存储于泵站服务器1032内。泵站自动控制系统103是泵站无人值守的核心部分，其控制功能是这样实现的：首先，泵站自动控制系统103确定控制策略，即根据分监控中心20传达的命令、自身检测到的泵站设备系统和仪表系统的传入信息，通过设定的控制程序运算，得出各受控设备需要执行的控制命令，然后将该控制命令传送到指定的内存位置，供其它程序访问；其次，输出执行程序。即泵站自动控制系统103将其控制命令发送到受控设备，用于对设备的控制。泵站自动控制系统103还含有报警和一定的故障处置功能，确保在故障状态下泵站能启动以确保运行安全为首要考量的运行模式。泵站自动控制系统103通过设定程序向分监控中心20上传所检测到的设备系统信息和仪表系统信息，包括非故障和报警信息。报警信息包括大修、预防性维护和故障三大类信息。

系统构建包括如下步骤：

步骤S1，泵站根据运行管理需要，依据泵站自动控制系统对设施设备的实时工作状态信息以及通过仪表对流量、水位等泵站工艺参数信息进行在线采集，采集内容还包括重要工控部位的视频监控图像；

步骤S2，所采集的图像信息通过公网上传到视频云平台50进行存储和调用，其它信息通过泵站本地控制网工业控制以太网1011传输到泵站的泵站自动控制系统103，仪表信息也同时输入泵站自动控制系统103；

步骤S3，基于泵站自动控制系统103中所储存的原程序、存储在原PLC控制柜1031和泵站服务器1032中的二次应用开发程序，提供对设备控制的具体操作或者工艺过程中的实时数据交换，通过网络的传输实现泵站的自动控制，包括正常运行管理和故障报警；

步骤S4，各个泵站非视频类信息，包括所有正常和戒备报警信息通过分监控VPN210和分监控防火墙207传输到分监控中心服务器206，分监控中心层20中央控制室值班人员通过操作显示器对正常信息可浏览，并完成统计、报表等初级应用功能，故障报警以声光电形式发送，值班人员发现戒备报警信息即联动调看该泵站相应视频监控图像进行判别，大修或设备故障则通知巡检人员到泵站就地解决设备问题，设备预防性维护或超限故障则通知智能救援团队，由其中的专家进行判别，找到故障设备来源并处理，直到解除故障，恢复泵站正常运行。较复杂的预防性维护可联系设备商解决；

步骤S5，分监控中心层20中央控制室值班人员可根据区域范围内的雨量、水量等工情信息，综合各泵站的实时运行情况，做出提高片区泵站整体运行管理效能的调度调整指令，该调度调整指令发送后，下达到各泵站自动控制系统103，由该控制系统发送相应指令到各设备执行；

步骤S6，各个分监控中心层20的信息存储在各自服务器中，并通过VPN、防火墙进一步传输到总监控中心30中央控制室服务器，由总监控中心30中央控制室值班人员通过操作显示器对正常信息可浏览，掌握各个分监控中心的动态，实时知晓各泵站是否处于正常运行状态，如有故障是否已经排除。总监控中心30可根据所管理的全域范围内的雨量、水量等工情信息，综合各分监控中心片区泵站的实时运行情况，做出提高全域范围泵站整体运行管理效能的调度指令，或者是根据上级管理单位的指令和同级管理单位的要求所作的应对某种突发状态的应急对策调度调整指令。该调度调整指令发送后，下达到各分监控中心，再由分监控中心下达各泵站自动控制系统103，由该控制系统发送相应指令到各设备执行。总监控中心30基于对所有接收的大数据的分析，可实现趋势判断、片区运行比较、统筹协调管理等高级应用功能。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种广域、大量城市排水泵站无人值守系统的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：泵站根据运行管理需要，依据泵站自动控制系统对设施设备的实时工作状态信息以及通过仪表对流量、水位泵站工艺参数信息进行在线采集，采集内容还包括重要工控部位的视频监控图像；

步骤S2：所采集的图像信息通过公网上传到视频云平台进行存储和调用，其它信息通过泵站本地控制网工业控制以太网传输到泵站的泵站自动控制系统，仪表信息也同时输入泵站自动控制系统；

步骤S3：基于泵站自动控制系统中所储存的原程序、存储在原PLC柜和服务器中的二次应用开发程序，提供对设备控制的具体操作或者工艺过程中的实时数据交换，通过网络的传输实现泵站的自动控制，包括正常运行管理和故障报警；

步骤S4：各个泵站非视频类信息，包括所有正常和戒备报警信息通过VPN和防火墙传输到分监控中心服务器，分监控中心中央控制室值班人员通过操作显示器对正常信息可浏览，并完成统计、报表初级应用功能，故障报警以声光电形式发送，值班人员发现戒备报警信息即联动调看该泵站相应视频监控图像进行判别，大修或设备故障则通知巡检人员到泵站就地解决设备问题，设备预防性维护或超限故障则通知智能救援团队，由其中的专家进行判别，找到故障设备来源并处理，直到解除故障，恢复泵站正常运行；较复杂的预防性维护可联系设备商解决；

步骤S5：分监控中心中央控制室值班人员可根据区域范围内的雨量、水量工情信息，综合各泵站的实时运行情况，做出提高片区泵站整体运行管理效能的调度调整指令，该调度调整指令发送后，下达到各泵站自动控制系统，由该泵站自动控制系统发送相应指令到各设备执行；

步骤S6：各个分监控中心的信息存储在各自服务器中，并通过VPN、防火墙进一步传输到总监控中心中央控制室服务器，由总监控中心中央控制室值班人员通过操作显示器对正常信息可浏览，掌握各个分监控中心的动态，实时知晓各泵站是否处于正常运行状态，如有故障是否已经排除；总监控中心可根据所管理的全域范围内的雨量、水量工情信息，综合各分监控中心片区泵站的实时运行情况，做出提高全域范围泵站整体运行管理效能的调度指令，或者是根据上级管理单位的指令和同级管理单位的要求所作的应对某种突发状态的应急对策调度调整指令，该调度调整指令发送后，下达到各分监控中心，再由分监控中心下达各泵站自动控制系统，由该泵站自动控制系统发送相应指令到各设备执行；总监控中心基于对所有接收的大数据的分析，可实现趋势判断、片区运行比较、统筹协调管理高级应用功能。

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