城市污水处理厂中央控制系统构建和运行管理功能.ppt

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1、城市污水处理厂中央控制系统 构建及运行管理功能介绍 上海石洞口城市污水处理厂上海石洞口城市污水处理厂 上海竹园第二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杭州七格污水处理厂福州洋里污水处理厂福州洋里污水处理厂长沙岳麓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

2、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： l 污水水力提升、推流和预处理 l 污水生物处理 l 出水消毒和排放 l 污泥浓缩脱水处置 l 污泥干化焚烧 l 其他：变电站自动化（35KVA/6KVA/

3、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： l 自动化控制代替了人工操作，减轻劳动强度，改善操作 环境； l 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 ； l 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 进水进水 水

4、质水质 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 进水进水 水质水质 进水区 取水口 仪表设备 仪表安装 1 自动化控制系统概述 出水出水 水质水质 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 COD PH TP TN NH3-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 出水出水 水质水质 取水口 出水区

5、仪表小屋 内部设备 仪表安装 1 自动化控制系统概述 流量流量 计计 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 流量流量 计计 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 流量流量 计计 仪表安装 空气流量-安装于进气主管道或分管道上，

6、选用热质流量 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 流量流量 计计 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流泵 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 液位液位 计计 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 液位液位 计计 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

7、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 过程过程 仪表仪表 DO-选用荧光法溶解氧探头，浸没式安装。控制鼓风机 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 检测仪表布置示意图 设备设备 参数参数 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

8、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 电力电力 参数参数 仪表安装 选用带MODBUS RS485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。 l 中央控制系统

9、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； l 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(Ethernet LAN)，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

10、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23互为热备 ，实时监 控 2数据服务器12历史数据存储 3UPS电源1备用供电 4打印机12报表、报警记录打印 5工业交换机12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

11、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 l 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。 权限管理 4 运行监控基础功能 l 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。 实时工艺流程图显示 4 运行监控基础功能

12、 l 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 l 报警：分4种状态，支持分工作区域报警。 4 运行监控基础功能 l 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 l 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 l 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 l 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 l 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

13、形成报表，报表可定时打印或召唤打印。 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。 u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。 u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

14、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： 提升提升 空间空间 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

15、面均十分薄弱，用户 可以定制的空间很小，只能生成最简单的巡检报表。报表数据来源几乎只能 来源于自控系统，与实际管理要求有不少差距。 提升提升 空间空间 数据处理功能简单：系统对于时间段型计算数据（如污泥负荷和 泥龄等关键工艺指标参数）没有较好处理方法。 数据封闭：大部分监控组态软件数据存储采用本地加密文件的方式，这种形 式使得数据查询、共享和利用（综合数据处理、运行管理报表生成等）不能 很好实现。部分软件虽然提供了标准关系型数据库进行数据导出的功能，但 是首先构建成本十分昂贵，其次数据的存储灵活性受组态软件制约，导致后 期数据处理通用性很低，性价不高。 运行监控系统的进一步提升 数据数据 基础

16、基础 从监控组态软件的实时数据库中获取数据（包括数据提 取、存储和计算等），为精细化运行管理提供数据基础； 为工艺参数计算、综合报表处理等提供统一、标准的解决 方案。 5 运行监控拓展功能 数据基础 数据转发程序 Opc和数据接口等技术 实时 数据库 历史 数据库 数据数据 基础基础 对于自控系统中无法获取的数据（化验数据 ），提供手工录入的途径。 5 运行监控拓展功能 数据基础 自定义手工变量 数据录入 用于报表和 曲线生成 生产生产 监视监视 除了监控组态软件所包含功能之外，生产监 视方面还拓展了以下功能： 视频信号接入 通过网络发布 集成到生产监视画面进 行实时浏览 同时支持报警信号上报

17、 （如移动侦测） 硬盘录像机或网络 视频服务器 5 运行监控拓展功能 生产监视 生产生产 监视监视 除了监控组态软件所包含功能之外，生产监 视方面还拓展了以下功能： 安防信息接入 通过网络发布 安防主机 监测内容包括温湿度（配 电间）、烟感（全厂）、 电子围栏（周界）等 集成到生产监视界面 进行实时浏览 5 运行监控拓展功能 生产监视 生产生产 监视监视 除了监控组态软件所包含功能之外，生产监 视方面还拓展了以下功能： 设备信息接入 集成厂内几大重要监控系统，实现综合性生产运行监 视。 数据接口设备台帐集成到生产监测界面 静态信息 动态信息 5 运行监控拓展功能 生产监视 历史历史 趋势趋势

18、趋势曲线自定义组合 不同顺序 不同数据 不同颜色标注 四则运算：多个流量计计算总流量 四则运算：多个MLSS计算平均值 5 运行监控拓展功能 历史趋势 历史历史 趋势趋势 5 运行监控拓展功能 历史趋势 进水COD出水COD进水PH出水PH氨氮总磷总氮 历史历史 趋势趋势 5 运行监控拓展功能 历史趋势 放大区域发现2011-10-6 10：37左右出水COD超标 历史历史 趋势趋势 5 运行监控拓展功能 历史趋势 同时期反应池仪表趋势 各池好氧段DO 各池MLSS 各池厌氧段DO 同时期反应池平均负荷 进水COD 平均好氧段DO 平均MLSS 进水瞬时流量 风管顺势流量 同时期主要个工艺过程

19、 数据正常，并且水质相 关数据正常，因此COD 仪表问题可能性最大 历史历史 趋势趋势 5 运行监控拓展功能 历史趋势 经过追溯确实是COD仪 表故障，并找到了对应 的工单 历史历史 趋势趋势 任意区间缩放：时间段、数值段任意缩放 通过鼠标任意框选时间和数 值范围进行缩放操作 5 运行监控拓展功能 历史趋势 历史历史 趋势趋势 颜色识别异常数据：不同颜色区分显示 红色线段显著标示 5 运行监控拓展功能 历史趋势 历史历史 趋势趋势 动态坐标纵轴分区或公用 分区：避免不同数量级曲线在同一张图上，低数量显示为一条直线 氨氮和进水COD同时显示时氨氮显示为一条直线 分区显示时每条曲线 的变化都十分明

20、显 5 运行监控拓展功能 历史趋势 历史历史 趋势趋势 动态坐标纵轴分区或公用 公用：便于同一数量级的数据进行对比 雨量 开机台数 液位 5 运行监控拓展功能 历史趋势 拐点拐点 分析分析 基于趋势直观操作：直接在趋势界面操作 数据时间 范围确认 预设原因选择 实际原因输入 5 运行监控拓展功能 拐点分析 拐点拐点 分析分析 结合日常运行经验 预置成因、利于快速分析和诊断 仪表维护 通讯中断 市政检修 5 运行监控拓展功能 拐点分析 拐点拐点 分析分析 趋势显示分析内容 鼠标左键：数值信息鼠标右键：拐点信息 5 运行监控拓展功能 拐点分析 拐点拐点 分析分析 生成拐点分析文件：文件内容包含趋势

21、图和 拐点分析内容列表 发生时间段、类型、处理方式 5 运行监控拓展功能 拐点分析 相关相关 参数参数 参数配置、综合计算和报表生成 气水比=日总风量/日进水总量 污泥负荷=日进水总量（进水COD-出水COD）/MLSS均值反应池容积 容积负荷=日进水总量（进水COD-出水COD）/反应池容积 COD消减量=日进水总量（进水COD-出水COD）/100000 参数举例： 5 运行监控拓展功能 相关参数 相关相关 参数参数 参数配置、综合计算和报表生成 手动计算 计算方式 手动计算：通过检测系统中的按钮进行计算 自动计算：按每日或每小时的频率（可配置）进行自动计算 报表生成 5 运行监控拓展功能

22、 相关参数 实时实时 报表报表 即时生成 支持报表备注 5 运行监控拓展功能 实时报表 实时实时 报表报表 多种报表 5 运行监控拓展功能 综合报表 巡检报表 成本报表 饼图分析，一目了然 管理报表 日处理量、药耗、吨水电耗 AVERAGE(B5:B35) 实时实时 报表报表 自定义EXCEL模板 报表模板直接采用EXCEL格式的文件 方便用户进行配置和自定义 EXCEL文件各种功能均可正常使用 SUM(N5:N35) 5 运行监控拓展功能 综合报表 数据数据 超标超标 数据数据 停滞停滞 周期周期 异常异常 数据数据 突变突变 超出排放标准上限 数据明显偏离正常范围 三小时内数据不变 （正常

23、周期为两小时） 举例：出水COD 1小时内有新值（正常周期为两小时） 相邻采样点数据值变化幅度超过1.4倍 每个测量点都可以进行单独配置 测量测量 信号信号 5 运行监控拓展功能 趋势分析报警 工艺异常设备故障设施故障 处理处理 流程流程 5 运行监控拓展功能 风险管控 分析分析 机制机制 5 运行监控拓展功能 风险管控 分析分析 机制机制 初判 原因 解决 方法 最终 结果 经验 积累 中控室人员风险管理操作界面 5 运行监控拓展功能 风险管控 监督监督 机制机制 提供监管层有效的手段对日常工作进行监督，可以对不 同类型和重要性的数据按需进行监管条件的设置。一旦 未能按时进行处理，系统将会第

24、一时间通知监管人员（ 系统消息、邮件和手机短信等方式） 报警通知监督人员处理情况 5 运行监控拓展功能 风险管控 流程流程 示例示例 进水泵 机组无 法启动 记录 备案 原因 初判 风险 分析 落实 解决 经验整 理和备 案 当班人员确认情况, 系统自动备案，并 通过消息通知工艺 管理人员和其他上 级责任人 当班人员与工艺管理人员根据现状进行原因初判，初判 结果通知上级责任人员【电机运转异常，5号变频箱异 常】 根据初判原因，参考风险管控体系 确定操作方案【调整进水泵开泵组 合，出厂维修】，并报上级责任人 启动相应的工艺调度 预案，并报上级责任 人 总结整个处理过程，将经验 更新到风险管控知识

25、库中 5 运行监控拓展功能 风险管控 6 集约化运管平台 自控系统完成了工艺过程自动化控制和数据收集， 如何发挥信息作用和向智能化发展是现今必须考虑的问 题，发展趋势是： l 集团化发展，集约化运营模式成为行业趋势 l 节能减排、降低运营成本成为急需解决的问题 l 借助信息管理系统，规范日常运行管理，提升精细 化管理水平，为行业监督提供切实依据 6 集约化运管平台 WITS 监视 统计 化验分析 调度 城市水处理系统 6 集约化运管平台 水务集团信息化管理构建框架 水厂或水司构建满足日常运营的基础系统， 如：生产运行监测系统，收费系统等。 构建集团运 管网络，实 现生产数据 的上报和管 理数据的下 达 总部集约化管理平台统一建设，除了日常运营还包括资本和项目运作等 6 集约化运管平台 集约化运管平台在自动化运行监控的基础上，实现运行管理系统化、调度实 时化、决策科学化、行政办公网络化、服务规范化，为水务集团运管理模式提 供信息化基础保证，突显水务集团集团化运作的优势。 规范及时 有效全面 集约化运管平台的建立可以 消除决策者、管理者和执行者 之间信息的不对称与信息脱节 ，是精细化运行、科学化管理 的重要手段。 谢 谢