合流制截流井远程自控施工技术研究与应用

从20世纪90年代中期起,随着人口增长及经济发展需要,练江流域沿岸的工业和农业的企业数量逐渐增加,大量夹杂在居民区中的重污染企业长期偷排污水;且流域沿岸缺乏污水处理设施,均为合流制排水系统,将污水、废水和雨水混合在同一个管渠内未经处理排除进入河流,导致流域水质恶化口。练江全流域呈现重污染态势,干流和绝大多数支流水质劣于V类,劣V类监测断面占比高达96%以上,主要污染因子为 COD、NH:-N和TP,耗氧有机物和氮磷营养物污染十分突出,是广东省内污染最严重的河流。

在目前合流制和分流制并存的状态下,对合流制排水进行截污纳管是黑臭水体治理中广泛采用的一种方法。截流井是整个截留系统的核心构筑物,但其控制工艺技术较为落后,致使信息传递时效性差,无法满足截污纳管的作用;通过远程自控技术研究和应用实现截流井截流量的智能调度,建设合理的污水管网系统及科学高效控制调节系统,为提升排水能力及应急决策提供科学依据!。

工程概况

练江流域司马浦污水处理厂及管网工程是练江

作者简介:蒙绪权(1966-),男,硕士研究生,高级工程师,主要从事建筑工程管理工作。流域整治环保基础设施项目15个子项目之一,该项目有1座2万td污水处理厂和88.5 km厂外管网,管径采用DN200~DN1 650;管网工程配套泵站2座(1座污水提升泵站,1座灌溉泵站)、截流井116座、明渠水闸+格栅井式截流井14座、末端截污格栅井4座(见图1)。在EPC管理模式下,项目提出合流制截流井远程自控技术,充分结合地理信息和物联网技术，以及通过PLC 控制柜实现截流井水位、闸门启闭和启闭机等实时监控和远程开关控制。

2 技术原理及创新性

2.1 技术原理

合流制截流井远程自控由钢筋混凝土结构截流井+闸门+启闭机+PLC控制+远程控制管理平台等组成;截流井设置于雨水管网、合流排水管网系统中,将初期雨水、合流污水截流至污水管网,且将汛期超过截流能力的水排至水体的截流井3;由远程数据终端采集传感器超声波液位仪及雨量计和启闭机、闸门的开关量数据,通过网络将数据自动传输至调度中心计算机,实现管网截流井设施运行状况的实时监控,根据居民用水排放规律及污水处理厂处理能力,调整截流井闸门的启闭规则,实现对截污设施精确截流、高效调节,保障雨污水的正常排放和污水厂的达标处理”,如图2所示。自控系统包括由计算机监控系统，远端监测系统、网络传输系统、视频监控系统等,如图3所示。

2.2 技术创新性

通过建立数据采集和网络架构系统,在监控端安装超声波液位计等传感器,综合应用地理信息技术物联网技术和PLC控制技术等先进技术,实现了对截流井的远程自动化控制,具有技术先进、稳定可靠、控制精度高、界面直观,操作简单、良好的开放性、扩展性等特点。

1)通过智能信息连通技术,将截流井纳人排水管网管理平台,实现截流井闸群设备在远程控制下自动高效调节,自动排放。

(2)把可编程控制器、工业控制计算机结合起来,实现截流井群闸门的本地与远程自动控制,以及按设计控制水位自动调节的功能,构建一个满足污水管网系统功能要求的分布式闸门监控系统解决方案。

(3)通过研究系统运行状态的参数,提高系统的实时监测、故障自诊断自修复功能和容错能力,提高了系统长期正常、稳定运行的能力。

3 主要施工工艺

施工准备→截流井土建施工(围堰、河道清淤、地基处理、井室结构)→闸门和启闭机等设备安装→PLC控制柜等电气安装→单座截流井调试→系统远控联动调试→验收。3.1 截流井土建施工

(1)    围堰和地基处理:截流井采用拉森钢板桩围堰止水,可以充当临时挡土、挡水的围护结构;采用PC-200型长臂挖掘机对截流井周边河道进行清淤:对于不良地质(如淤泥层)通过打松木桩、抛石挤淤、铺设砂石垫层等措施进行地基加固处理”,如图4所示。

(2)截流井结构施工:平整场地→浇筑混凝土垫层→底板钢筋和模板安装→浇筑底板混凝土→井室侧墙钢筋和模板安装、预埋→浇筑井室侧墙混凝土→井室顶板模板钢筋安装埋→浇筑井室顶板混凝土;钢筋统一加工场制作,现场安装,保护层采用塑料垫块:模板选用胶合板,模板支撑采用钢管、木方和扣件加固;混凝土采用预拌混凝土,分层浇筑振捣密实,采取淋水养护,时间不低于7 d。如图5所示。3.2 闸门和启闭机等设备安装与调试(1)埋件导轨等安装:截流井结构施工时准确预埋门槽埋件位置,采取保护措施防止产生变形;导轨就位通过埋件安装位置线进行定位,导轨各构件与结构钢筋不接触,所有支撑及加固采用独立结构。

(2)闸门和启闭机安装:闸门门框采用焊接螺栓方式与预埋钢板固定,通过调节连接螺栓使闸门侧向及底部橡胶密封板接触紧密,并在侧板与土建留槽处用细石混凝土二次灌浆;单个启闭机重约0.3t,采用2t汽车吊进行吊装,将启闭头和机架连接,转轴穿人启闭机固定,同时控制启闭机中心和闸门对称中心必须在一条铅垂线上。

(3)检验与调试:无水工况下,手动操作调节闸门的门体,其上下升降灵活,传动螺杆啮合良好,无卡阻等异常现象。手动操作门体上下应位置准确,上下限应与标识指示相符,闸门在关闭状态下,门体二侧及底部密封面应紧密接触,密封良好。3.3 PLC控制柜等电气安装与检测.

3.3.1 PLC电气控制柜制作

PLC电气控制柜由总开关、电源接口和切换开关、浪涌保护器、PLC控制器、千兆无线路由器、接触器、继电器、USP电源等元器件组成。PC即可编程逻辑控制器,是电气设备自动化控制的核心”,执行对电气设备的运行逻辑控制、时间控制、模拟控制等控制功能:USP是一种高质量、高可靠性的独立电源,通过将市电交流电整流后储存;继电器作为指令中转站通过指令信号达到预定动作效果,实现电气设备自动化;接触器一般是内部的吸合线圈来控制它的动作与否,而控制线圈又与各种类型的继电器串接来操作:网络传输采用千兆无线路由器,提高无线传输速率，增强了系统运行的安全性,保证远程中央计算机的监控系统稳定可靠地运行:成套柜装有专用接地铜排，与柜体连接成电气通路,且应用等截面的铜排与配电、控制柜基础接地干线扁钢牢固连接,如图6所示。3.3.2 控制柜安装和功能检测

在截流井平台安装PLC电气控制柜,并接上电源;用手动对控制柜进行检测,检测所有电气设备运行状况:通电自动运检测控制柜,应用CU35X 的操作菜单设好相应的排水量,然后将控制柜调至自动运行工作状态,检查所有电气设备自动运行状况。

截流井自动控制系统调试

4.1 单座截流井调试

(1)硬件基本测试:接地测试、线路检测、电源测试、机柜排风扇检查、机柜插卡、通电检查、PLC硬件及通讯综合检查。

(2)控制过程调试:首先将闸门控制面板上的转换开关打到手动控制状态,进行现场手动开/关阀操作,检查各项启停控制、设备运行情况。将转换开关打到远控,检查中控室闸门操作画面是否显示闸门处于远控状态。在中控室闸门操作画面上进行阀门控制,检查闸门开阀/关阀运行情况。将闸门的故障输出信号线与公共线(无源信号)短接,检查中控室闸门操作画面闸门显示状态"。做设备调试运行记录,整个闸门启闭机完成远程自动/手动控制调试。4.2 系统远控联动调试

针对自控系统分别进行PLC控制柜的电气调试;受控设备的信号校验;PLC控制柜与截流井设备系统通讯调试,PLC控制逻辑编程软件组态调试;光纤以太网通讯联网调试;中控室上位机监控操作软件调试、数据服务器调试等。

待所有截流井系统部件调试完成以后,将截流井控制系统投入自动运行,密切观察运行状况,然后根据实际运行状况修改相应的连锁条件,并做好运行记录直到截流井完成后,如图7所示,自控稳定运行72 h。

5 结论

合流制截流井远程自控技术充分结合地理信息和物联网技术,以及通过PLC控制柜实现截流井水位、闸门启闭和启闭机等实时监控和远程开关控制，截流井闸群设备在远程控制下自动高效调节,自动排放”,改善晴天污水直排的现状,保障雨污水的正常排放和污水厂的达标处理,有效地提升截污减排效益;该技术的截污管网设施设备运行管理高度自动化、监控系统完善化、规范化,提高了运营效率及效果,显著降底内涝隐患,节省运营费用,保证了设备的稳定运行!。通过该技术运用使练江流域综合环境整治取得阶段性成效,大大改善生态环境;同时提升练江治污的生态效益、社会效益和经济效益。