城市污水处理厂中央控制系统构建及运行管理功能介绍

城市污水处理厂中央控制系统构建及运行管理功能介绍2013.10.29周一军[e-mail]上海工业自动化仪表研究院上海石洞口城市污水处理厂上海竹园第二污水处理厂杭州七格污水处理厂福州洋里污水处理厂长沙岳麓污水处理厂1自动化控制系统概述2中央控制系统3中控室软硬件配置4运行监控基础功能5运行监控拓展功能6集约化信息管理1自动化控制系统概述图例：污水管污泥管空气管加药管AAO生物池细格栅进水初沉池中格栅进水泵房粗格栅混合池旋流沉砂池二沉池配水污泥泵站加药间鼓风机房厌氧缺氧好氧混合液回流剩余污泥回流污泥污泥均质池污泥浓缩脱水机房初沉污泥污泥处置紫外线消毒排江泵房二沉池排放至钱塘江活性污泥栅渣及砂渣外运污泥料仓工艺流程过程控制1自动化控制系统概述基于分布式PLC控制器的自控系统在污水处理生产流程过程控制中得到了普遍采用。信号电缆PLC控制柜就地触摸屏柜内布置1自动化控制系统概述结合污水处理工艺流程和布局，处理过程控制主要可归纳为：污水水力提升、推流和预处理污水生物处理出水消毒和排放污泥浓缩脱水处置污泥干化焚烧其他：变电站自动化（35KVA/6KVA/400V系统）、厂内雨水泵房控制等1自动化控制系统概述由自控系统、在线检测分析仪表、视频监控组成的污水处理综合自动化系统是污水工艺处理顺利地达到预期效果的重要手段，其主要功能表现在：自动化控制代替了人工操作，减轻劳动强度，改善操作环境；保证工艺处理生产过程可靠运行，对安全生产起到了很大帮助；实现现代污水处理企业的信息化管理，充分发挥网络通信技术的优势，实现信息资源共享，以利于达到节能降耗、经济运行的目的。1自动化控制系统概述自控系统网络拓扑图1自动化控制系统概述仪表安装厂区效果图厂区平面图1自动化控制系统概述仪表安装进水水质安装要求安装在所有处理工段之前，一般在沉砂池或格栅之前监测内容COD和PH性能要求考虑到数据的重要性，尽可能形成小型系统，可以本地保存数据，有对外数据接口1自动化控制系统概述进水水质进水区取水口仪表设备仪表安装1自动化控制系统概述出水水质仪表安装安装要求安装在所有处理工段之后，一般在消毒渠之后，出水泵房之前监测内容CODPHTPTNNH3-N性能要求考虑到数据的重要性，尽可能形成小型系统，可以本地保存数据，有对外数据接口1自动化控制系统概述出水水质取水口出水区仪表小屋内部设备仪表安装1自动化控制系统概述流量计仪表安装进水流量-安装于进入生物池的进水管道上重要流量，考虑到数据的精准性，一般采用电磁流量计，并可以直接输出累计流量。出水流量-安装于紫外消毒渠之后的出水管道上1自动化控制系统概述流量计仪表安装泥处理区主要流量计，考虑到数据的精准性，推荐使用电磁流量计，并可直接输出累计流量。进泥流量-安装于进泥泵之后的管道上加药流量-安装于每台脱水机之前的管道上。由于加药流速问题可能会出现测量不准的问题。1自动化控制系统概述流量计仪表安装空气流量-安装于进气主管道或分管道上，选用热值流量计。累计流量可以输出，以便进行重要参数气水比的计算。总管流量分管流量分管流量1自动化控制系统概述流量计仪表安装污泥回流流量-安装于污泥泵房通过外回流泵打入生物池的管道上，选用电磁流量计，测量较为精准，主要用于计算回流比剩余污泥流量-安装于污泥泵房通过剩余污泥泵打入污泥调蓄池的管道上，选用电磁流量计，测量较为精准1自动化控制系统概述液位计仪表安装格栅前后液位-直接参与格栅运行的控制格栅控制一般使用液位差和定时相结合的方式1自动化控制系统概述液位计仪表安装进出水泵房液位-直接参与泵机控制，特别是进水泵房液位是生产安全的重要保障。进水泵房控制逻辑1自动化控制系统概述检测仪表布置示意图过程仪表DO-选用荧光法溶解氧探头，浸没式安装。控制鼓风机组曝气量。MLSS-选用近红外光光束探头，浸没式安装。AAO工艺：在好氧段安装DO仪表，好氧段末端安装MLSS。除了设备的运行、停止和故障信号之外，对于重要设备必须采集电流、电压等信号。选用互感器及信号变送器，将信号采集入PLC中。通过这些信号可以了解设备的运行工况，预防并监视设备故障的发生。1自动化控制系统概述设备参数泵机：电流、电压（进线段三相电压）变频泵：频率反馈、频率设定、电流、电压（进线段三相电压）脱水机：电流、电压（进线段三相电压）浓缩机：电流、电压（进线段三相电压）鼓风机：电流、温度、出口导页开度、电压（进线段三相电压）表曝机：电流、电压（进线段三相电压）1自动化控制系统概述电力参数选用带MODBUSRS485接口的综合保护器，安装于高压进线柜及高压设备配电柜内。可监测设备是否正常工作，采集所有电流信号。PLC通过总线通讯方式采集数据。2中央控制系统（中控室、SCADA中心）污水处理厂按照“集中管理、分散控制”的原则设立全厂自动化控制系统。控制系统分为二级：中央控制系统、现场PLC控制站。中央控制系统设于综合楼中央控制室（简称中控室），中央控制系统完成全厂自动化运行和调度管理；设于各个区域构筑物，能独立完成所辖区域内相关设备和工艺过程的运行监视和控制。2中央控制系统（中控室、SCADA中心）中央控制系统是一个具有客户机/服务器(Client/Server)结构的计算机局域网络系统(EthernetLAN)，组成了整个污水处理厂的生产监控管理层。集中监视、调度、管理整个污水处理厂的全部生产过程和工艺过程。对生产过程的自动控制和报警、自动保护、自动操作、自动调节以及各工艺流程中的重要参数、设备工况等进行在线实时监控。历史数据调度指令紧急事件运行参数中央控制系统实时监控污水处理生产和设备运行状况权限约定2中央控制系统（中控室、SCADA中心）序号设备名称数量作用1监控计算机2～3互为热备，实时监控2数据服务器1～2历史数据存储3UPS电源1备用供电4打印机1～2报表、报警记录打印5工业交换机1～2网络通讯、实时采集数据2中央控制系统（中控室、SCADA中心）其他：视频监控工作站、信息展示设备（如投影/背投系统/模拟屏）、通讯机柜等。基本配置——硬件序号设备名称数量作用1监控组态软件开发版1实时监控开发平台2监控组态软件运行版2互为热备，实时监控3数据库软件1数据库开发平台4服务器操作系统1服务器运行平台5计算机操作系统1计算机运行平台2中央控制系统（中控室、SCADA中心）基本配置——软件3中控室布置3中控室布置4运行监控基础功能监控计算机运行监控基础功能是建立在监控组态软件系统框架上，监控计算机实时采集各现场PLC控制站数据，提供即时全厂运行数据信息并接受来自操作员的操作指令。监控软件功能如下：4运行监控基础功能权限管理：对不同的用户（操作员、管理员）赋予不同的操作权限。4运行监控基础功能实时工艺流程图显示：实时动态地显示全厂工艺流程图，包含各种设备实时运行状况、各种实时工艺参数。4运行监控基础功能实时运行工况工艺参数显示，重要运行参数越限主动弹出提示。4运行监控基础功能标示每个设备所具的控制模式和其当前所处模式。就地自动远程手动就地手动对就地控制模式，显示自动控制逻辑图和当前所处的逻辑分支4运行监控基础功能如果设备由其他设备进行联动控制，需标示出相应的联动设备和方式对于所有在中控执行远程点动操作必须进行记录并可进行历史记录查询。记录内容包括：时间、内容、执行人和结果远程操作正式响应前必须有确认界面4运行监控基础功能重要参数需要有保留完善的历史数据，并且中控系统内至少保证一年历史数据可查询。对于自控系统无法采集到的数据，需提供手工输入的途径（如用电量和药耗等）。自控系统采集到的数据记录原则为：开关量信号：数据变化则记录或者记录时间间隔小于等于1秒钟；模拟量信号：采集时间间隔小于等于2秒钟或者变化率限值3%。手工数据记录原则为：不低于一天一条记录4运行监控基础功能重要参数例举：信号种类工艺段明细水质参数进水COD、PH出水COD、PH、氨氮、总磷、总氮水量参数进水、出水瞬时流量、累计流量（如果存在多个流量计，除了每个流量计提供以上数据外，必须提供总瞬时流量和总累计流量）流量曝气流量（鼓风机）、污泥回流量、剩余污泥量、进泥量、加药量瞬时流量、累计流量（数据要求同上，采用表曝机或曝气转碟，则无需曝气流量）机泵设备泵机、鼓风机、表曝机（曝气转碟）、污泥脱水机运行、停止、故障电流、电压累计运行时间工艺数据活性污泥法SV30、溶解氧浓度、污泥浓度、污泥负荷、污泥龄、回流比、气水比生物滤池法滤池进水流量、滤池风量、阀门开关状态、冲洗时间、气水比、滤池堵塞率运行消耗用电量、药耗4运行监控基础功能报警：分多种状态，支持分工作区域报警。4运行监控基础功能主要报警内容包括：出水水质超标重要过程仪表超出正常值范围（开停泵液位、DO、MLSS等）重要设备运行异常（运行故障信号、运行电流超限等）PLC站通讯故障……4运行监控基础功能工艺控制逻辑：对于生产运行涉及的各项控制参数和控制逻辑进行汇总显示，包括泵组启停控制逻辑和液位组，SBR（或Unitank）工艺运行时序表，生物滤池反冲洗控制逻辑等。要求机泵控制逻辑和相关参数在同一幅画面显示：进水出泵组控制逻辑和进出水流量SBR法/UNITANK法各反应池当前运行时间和所属周期。4运行监控基础功能实时曲线、历史曲线：支持多条显示，缩放、时间段显示曲线。4运行监控基础功能在同一趋势曲线画面中提供必要的数据组合显示组合名称趋势曲线明细水质参数进水：COD、PH；出水：COD、PH、氨氮、总磷、总氮。设备运行状态重要设备的电机的运行信号和电流电压信号瞬时处理量进出水流量、曝气量、污泥回流量、进泥量和加药量等累计处理量日进出水水量、曝气量、污泥回流量、剩余污泥量等运行成本曲线日用电量，日药耗量，日吨水电耗，日吨水药耗工艺参数针对不同处理法的工艺参数组合4运行监控基础功能参数设置：支持在线调整、上下限设置、保存历史参数变化。4运行监控基础功能事件记录：事件记录的内容包括各种事件信息、事件发生时的时间和当班操作员等。4运行监控基础功能设备维护记录：记录设备运行时间、维护时间，根据设定的维护周期进行维护提醒。4运行监控基础功能报表处理：系统自动记录各种工艺运行数据，可将采集的数据归纳汇总形成报表，报表可定时打印或召唤打印。4运行监控基础功能生产数据库：用于保存生产历史数据。数据库内数据包括自动化控制系统采集到的运行数据、手工输入数据和根据计算得到的重要工艺参数。数据用于趋势曲线绘制、报表生成和历史数据查询。生产历史数据库自控数据自动采集手工输入公式计算……生产报表历史趋势数据查询……生产历史数据库至少保存2年历史数据核查要求环保部2008年90号文明确提出多项核查指标：2009年2月底前设计日处理能力大于2万吨的城镇污水处理厂都必须安装完成中控系统，实施监控进出污水处理厂的水量和水质主要指标、鼓风机电流、鼓风量、曝气设备的运行状况、曝气池的溶解氧浓度、污泥浓度、滤池堵塞率等数据，并能随机调阅核查期内上述运行指标数据及趋势曲线，相关数据至少保存一年以上，作为核算主要污染物减排量的重要依据。对各运营单位的日常运营工作进行规范化指导，细化了运行管理的重点，明确责任，引导各厂顺利完成预期的减排目标。为各厂自身管理提供了针对性的入手点，是各厂自评、他评的重要依据。为企业工艺和管理的优化提供了目标，为进一步精细化运行管理提供良好的基础。运行监控系统的进一步提升监控组态软件种类繁多、功能各有特点，有的画面效果出色，有的历史趋势功能强，有的报警系统完善、有的权限控制清晰。但是对于核查要求中部分内容的实现还存在一些功能上的差距，主要表现在以下几个方面：提升空间历史趋势功能不完善：往往存在时间跨度不够长（部分监控组态软件只能查询3个月内的时间段），变量名称不易识别（往往只能显示英文名称、无法显示中文含义），操作复杂（特别是在多曲线查看时，部分系统每次都要对变量进行选取）。报表功能薄弱：几乎所有的监控组态软件在报表功能方面均十分薄弱，用户可以定制的空间很小，一般仅生成最简单