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zhouyijun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,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,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,1自动化控制系统概述,出水水质,取水口,出水区,仪表小屋,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）,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,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。,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：,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,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,自定义手工变量,数据录入用于报表和曲线生成,生产监视,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（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,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,历史趋势,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,历史趋势,5运行监控拓展功能,历史趋势,放大区域发现2011-10-610：37左右出水COD超标,历史趋势,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,同时期反应池平均负荷进水COD平均好氧段DO平均MLSS进水瞬时流量风管瞬时流量,同时期主要各工艺过程数据正常，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,历史趋势,不同类型的异常以不同的颜色标注，一目了然,仪表定期标定,5运行监控拓展功能,历史趋势,数据突变,数据超过内控指标,历史趋势,动态坐标纵轴分区或公用,分区/百分比：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显,5运行监控拓展功能,历史趋势,历史趋势,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,拐点分析,生成拐点分析文件：文件内容包含趋势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,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：通过监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,相关参数,实时报表,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,数据超标,数据停滞,周期异常,数据突变,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,处理流程,5运行监控拓展功能,风险管控,分析机制,5运行监控拓展功能,风险管控,分析机制,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,监督机制,