地下式污水处理厂PPP项目-水厂运营信息化模型构建20

#水厂运营信息化模型构建目录TOC\o"1-5"\h\z水厂运营信息化模型构建 1智慧水务控制中心 2在线仪表检测系统 2进、出水水质监测预警系统 3臭气排放监测系统 3污泥处理自动化控制 4可视化移动巡检方案 4机电设备智慧运维 5\o"CurrentDocument"智能巡检 6引导式巡检 6机器人巡检 7移动端巡检 9巡检数据分析 9\o"CurrentDocument"智能照明 9\o"CurrentDocument"智能通风 9高精度人员定位 11工艺全流程控制 12精确曝气 12化学除磷加药系统 14碳源投加控制系统 14混合液回流控制系统 15能源管理模块 15水厂的自动化设备及仪表辅以运营人员的巡查检修，可以应对目前污水处理厂出现的运营问题、突发状况等。但自动化控制系统实施过程中仅单一的作为单体污水处理厂的控制中心应用，注重控制功能和数据实时性的实施，很少对数据进行更深程度的统计分析，没有充分发挥其信息收集、信息共享功能。随着污水处理厂建设的高标准要求、污水处理工艺的不断革新，上述自动化控制系统辅以人员巡检很难适应污水处理行业的发展需求，且对污水处理工艺调整及优化、节约能源等方面无法提供直接决策帮助，使无法有效地服务于污水处理厂的运营管理。因此，通过自动化控制系统的信息收集及信息共享功能，以BIM三维模型为依托，构建可视化的智慧化水厂运营管理系统。基于BIM三维模型构建的智慧化水厂运营管理系统，采用智能的污水处理自控系统，通过建立完善的标准化运营管理体系、组织架构，通过BIM三维模型快速定位水厂各位置，保障项目安全科学稳定的运行，实现“安全”零事故、主要设备完好率100%等。智慧水务控制中心在线仪表检测系统格栅间：进水井设计超声波流量计，将液位信息传递至格栅机及格栅前后电动闸门，通过污水流量、渠内水深的信息情况，控制格栅的运行数量及格栅前后闸门的开启情况。格栅渠内设计超声波液位差计，将液位差信息传递至格栅机，并控制格栅机清渣启停动作，或者设计时开时停方式，周期性控制格栅机清渣启停动作。另外，需考虑运营人员进行巡检工作，设计运营检修通道及观察孔，检查污水量情况、渠道流速、渠道积砂情况、格栅机运行情况等，并定期进行清理积砂、修复渠道和检修设备等操作。提升泵房：集水池内设计超声波液位计，将液位信息传递至潜污泵，分别设计大小泵启停液位，并遵循“先起先停”原则，保证设备使用频率及寿命。另外，需考虑运营人员进行巡检工作，设计运营检修通道及观察孔，检查集水井积砂情况、水泵运行情况等操作。生化池：设计在好氧池配置DO仪及MLSS仪、缺氧池配置ORP仪，通过反馈的活性污泥信息、氧气含量信息等，控制生化池的各项设备运行情况。另外，需考虑运营人员进行巡检工作，设计运营检修通道及观察孔，检查与调整曝气池配水系统和回流污泥的分配系统，确保进行各池之间的污水和污泥均匀；观察污泥膨胀、曝气池发泡等异常情况并及时采取措施。其他处理区域：设计均考虑相关仪表的设置，并全面考虑运营检修通道及观察孔。综合上述基础运营控制的分析，自动化设备及仪表辅以运营人员的巡查检修，可以应对目前污水处理厂出现的运营问题、突发状况等。但自动化控制系统实施过程中仅单一的作为单体污水处理厂的控制中心应用，注重控制功能和数据实时性的实施，很少对数据进行更深程度的统计分析，没有充分发挥其信息收集、信息共享功能。随着污水处理厂建设的高标准要求、污水处理工艺的不断革新，上述自动化控制系统辅以人员巡检很难适应污水处理行业的发展需求，且对污水处理工艺调整及优化、节约能源等方面无法提供直接决策帮助，使无法有效地服务于污水处理厂的运营管理。进、出水水质监测预警系统污水处理厂在线监测系统在运行过程中，需要通过在线仪表采集各进出口的信息，包括SS、pH值、COD、总磷、总氮等的在线测量指标，确保检测指标符合环境监测标准，并传输给智慧水厂系统进行数据监测与分析，实现现场各个设备的数据实时监测，用户可以通过电脑网页或是手机APP实时查看，可以自由设置各个参数的标准值上下限，如果数据超限可以给相关的工作人员发送短信或是微信报警提醒，做到提前预警，避免造成不必要的损失，实现在远程就能值守现场设备。进出水水质监测预警系统不仅可以自动完成水质参数的采集和传输等工作，而且可以实现远程查看、管理等，应用之后，可为全厂进出水水质安全监管工作提供强有力的支持。臭气排放监测系统臭气排放监测系统以臭气在线监测为基础，充分贯彻总量管理、总量控制的原则，包含了环境管理信息系统的许多重要功能，充分满足各级环保部门环境信息网络的建设要求，支持各级环保部门环境监理与环境监测工作，与在线数据紧密结合，形成三维立体式监测，监测结果更加准确直观。臭气在线监测系统设计构成:1）连续、及时、准确地监测排污口（环境空气）各监测参数及其变化状况；2）控制室可随时取得各子站的实时监测数据，统计、处理监测数据，编制报告；与图表，并可输入中心数据库或上网查询；3）收集并可长期储存指定的监测数据及各种运行资料、环境资料备案检索；4）系统具有监测项目超标及子站状态信号显示、报警功能；5）具有自动运行、停电保护、来电自动恢复功能；6）运维状态测试，例行维修和应急故障处理；臭气监测系统可实现区域内有毒有害气体浓度的在线自动监测，能全天候、连续、自动地监测空气中有毒有害气体的实时变化情况，迅速、准确的收集、处理监测数据，能及时、准确地反映区域内空气质量状况及变化规律，为环保部门的环境决策、环境管理、污染防治提供详实的数据资料和科学依据。污泥处理自动化控制污泥脱水系统自动化控制系统通过利用PLC自动操作、MCC手动操作、PLC手动操作实现污泥脱水系统自动化控制。利用一台PLC主工作站，控制整个的污泥脱水系统，自动控制中位于一级控制地位。通过PLC控制器对搅拌器、柱塞泵等独立设备进行控制。所有PLC控制器在设备现场安装，对现场监控与技术参数的调整是基于触摸屏配置实现的。自动化控制系统的电控系统不但通过上位计算机满足对污泥脱水装置PLC控制系统启动、急停、停机的遥控，同时，能够通过现场电控箱实现对单台污泥脱水设备的自动运行及手动操作。可视化移动巡检方案可视化巡检系统是应用自动化、信息化等技术开发的业务软件系统，它采用各类技术对巡检中的信息进行全面及时采集及处理，有效实现了巡检工作的科学化、规范化、流程化和自动化，全面提升巡检的效率和水平。污水厂巡检系统实现巡检区域划分、巡检路线制定、巡检方法指导、巡检操作简单、巡检全程在线跟踪、巡检数据实时上传分析、巡检问题智能报警等特点，核心是巡检实时、在线、智能及全程跟踪，实现巡检过程全程安全管控、信息实时上传及智能分析，全面确保巡检工作安全到位，及时发现设备存在的问题和隐患，从而确保企业生产平稳运行。智能巡检系统主要构成如下：1）巡检现场主要由巡检设备、手持移动巡检仪等移动终端设备组成2）传输网络主要由移动电信运营商4G\5G网络、互联网、防火墙、企业内网四部分组成。3）服务中心由系统数据库服务器、应用服务器两部分组成，是智能巡检系统的核心。4）应用终端由企业控制或操作中心大屏幕、巡检管理人员电脑等应用客户端组成，实现智能巡检系统的集中管理、信息集中展示、报警集中提醒及与现场巡检人员实时交互等各类巡检应用，全面支撑巡检业务，确保生产安全稳定运行。同时智能巡检系统创新性的综合应用了GPS、GIS、二维码、4G/5G、移动互联、大数据、智能分析、S0A等先进信息化技术，可以全程定位掌握巡检人员动态，有效确保巡检任务执行，全面减少或避免安全事故发生，降低伤亡及财产损失；可实时采集、智能分析各类巡检信息，并对问题进行智能报警，支撑现场问题及时处理，有效确保生产平稳运行。根据前述章节论述及分析，我集团以基础运营控制技术为基准，不断探究污水处理控制技术。为适应污水处理厂建设运营的的高标准要求，我集团分别在进、出水水质监测预警、臭气排放监测、污泥处理自动化控制、可视化移动巡检等系统进行智慧化控制，通过智慧化控制系统的信息收集及信息共享功能，实现智慧化水厂运营。图1.1集团新区下沉式再生水厂智慧运维平台机电设备智慧运维全地下污水处理厂中的机电设备，由于数量大、系统多，导致运行维护方面的工作非常繁重。传统运维工作，由于图纸和设备信息割裂，给维护管理人员带来了很大的不便。利用机电BIM模型来为设备维护提供辅助。考虑到机电设备运维所需的信息，由不同阶段的不同人员掌握，为了便于信息的填充，采用BIM软件中的扩展表格功能。机电设备运维信息维护流程见下图。导出信息表格整理运维所需信息项目列表BIM模型施工深化设计信息导入团导出信息表格整理运维所需信息项目列表BIM模型施工深化设计信息导入团M模型图1.2机电设备运维信息维护流程图首先，明确在运维工作中所需要的设备信息项目，然后进行机房BIM模型深化工作，在深化工作完成后，为机电设备批量添加必要的信息项目，BIM模型中的机电设备已经具有了运维所需的参数项。利用BIM软件的扩展表格导出功能，将这些参数导出为Excel表格，技术员在Excel表格中进行参数内容的完善。信息完善后，再利用BIM软件的扩展表格导入功能，将这些信息导入机电BIM模型中。在机电设备采购入库后，为设备张贴了二维码。现场人员通过扫描二维码，该设备的运维信息可以一目了然。通过对BIM模型设备运维信息的完善，维护管理人员在进行设备维护时，无需事先确定要维护的设备、无需携带设备的样本，仅凭手机扫描二维码，即可获得该设备的详细信息，有助于提高工作效率，增强设备维护能力，并对工作内容规范化，满足运维管理各个层面的需求。智能巡检引导式巡检通过规划可签到区域，设定巡检路线，对巡检计划做合理的安排规划。同时产品的灵活易用性使得在巡检路线及内容发生变动的情况下，通过系统后台快速调整对应信息，完成新巡检路线制定，避免了传统纸质记录表的制作与打印，极大地提高了修改效率，节省了办公资源。引导式巡检——预设巡检路线，提供完善的工作计划。智能巡检系统可以支持不同时间段比如每日、每周或者每月等灵活的排班考核方式，能够按照区间预设巡检路线，或者制定工作计划。这样巡检人员的工作就会更加井序有然、高效便捷。机器人巡检全地下污水处理厂的水工构筑物池顶都需要设置混凝土盖板，运营人员无法及时看见应池内的情况，无法了解曝气状况、污泥状态、搅拌推流等问题。尽管池体顶层都开有观察口，但是首先与光线、视角、盲区问题等因素限制，既增加了运营危险性、也增加了观察的不准确性。为实现智能化的巡检，优化巡检效率，提升巡检的质量，解决现有的困局，针对电力生产供应、供热巡查等场景，结合客户的服务经验，提出智能巡检解决方案。采用智能机器人系统，用于生化池面运行情况的智能巡视。生化池设置机器人主机、机器人控制系统以及其它必要的通讯设备，中控室设置智能机器人工作站。本系统巡检全过程智慧化，无需人工干预：控制平台根据设定时间，启动巡检机器人并开启电动盖板；机器人沿着导轨进行自动巡检，实时上传数据；巡检结束后，机器人自动返回充电桩充电，并生成巡检报告。视频分析模型可从后台抓取有效数据，并结合工艺参数，动态分析曝气强弱，并能够智能辨别摄像头遮挡、液面覆盖等异常情况，最终生成高准确度的分析结果。系统平台按照时间、机器人ID分门别类的对上述数据进行关联存储，并提供多种数据查询方式。图1.3智能巡检机器人实物

图1.4智能巡检机器人系统架构图1.5智能巡检机器人运行实况应用案例例频识别勃据分析维度+气泡「生期率(t)■Tiffl分布(X.Y)应用案例例频识别勃据分析维度+气泡「生期率(t)■Tiffl分布(X.Y)冠诔黄字帚变型•茗津湾前垢长.,根电拽力因图1.6智能巡检机器人运行软件移动端巡检智能手机终端——同时具备便携的优良特性，巡检影像等资料采集更加便捷，尤其在危险区域，减少巡检设备负重即减少了安全风险。高效人员到位校验一一在巡检人员作业过程中实时跟踪记录，以GPS位置校验方式确保人员真实到位，提供历史的轨迹回放，保障人员安全。巡检数据分析呈现包括视频数据，GIS数据（工程车辆GPS、人员GPS轨迹，工作地点GPS），以及对应的对比数据；数据维度：巡检时间、巡检任务、设备类型、设备名称、最高温度；指标分析：巡检人员的巡检次数、累计时长、发布工单数等各项指标，通过巡检热力图呈现，实时查看巡检人员的巡检分布。智能照明智能照明系统为地下污水厂照明提供便捷的管理服务。智能照明可根据现场灯光使用需求灵活进行任意组合，也可单独细分每条回路。智能照明还能实现定时控制、调光控制、照明亮度自动调节控制、远程控制等。为地下污水厂的运营节约能源。智能照明可根据现场工作区域性质调节不同的照明亮度和区域，可就地在智能面板上开/关灯光及在中控室远程控制。为地下污水厂降低建设成本。该系统可在软件菜单上设置多种场景模式，使用时只需点击相应的模式，系统便自动执行。场景模式根据需要可随时增减和修改；时间控制:根据季节、作息时间、照度变化编制时间控制程序。可通过列表或鼠标点击灯具图形来控制各个回路开光和调光。能在图形界面上显示各照明回路上灯的开关状态。可通过列表及鼠标点击方式显示系统的工作状态，鼠标所指区域显示相应回路和群组的编号及工作状态。具有自检功能，可监视系统所有部件的工作状态。具有报警管理功能，可显示报警区域、报警点的具体地址。智能通风通过将风机控制系统、喷淋系统、仪表控制系统耦合，形成高度集成化的智慧控制系统，可根据进口浓度灵活调整风量、循环喷淋量等关键参数；同时，通过物联网技术实现运行数据远传、存储、分析与控制，实现炭质生物除臭装置的

精细化运行。生物除臭智能控制系统，系统采用CS架构，现场数据采集与组态监控相互独立，程序模块化的结构设计，调用时直接拖拽，快速搭接调试系统。分级设备管理在设备故障时，部分设备能够正常运行，缩小因系统故障受到的影响范围，提高系统运行的稳定性和安全性。该系统可分为两层，即现场仪表数据采集控制、SCADA服务器，数据统计分析；本地现场控制，云端组态。云端数据采集存储层，其实现功能主要由数据库服务器对现场设备层实时运行数据采集。历史数据的储存查询，实时数据用于实时动态分析展示，历史数据用于设备运行统计分析、设备能耗统计分析等，实现系统的在线监控调度控制，并将实时数据转化成有价值的管理信息。SCADA服务器其主要作用控制器通讯驱动接口，控制变量输入/输出、变量汇总、各设备实时报警、实时趋势、画面监控、操作权限分配，设备管理人员和系统工程师可对系统开发、编辑、修改或更新系统设备参数和使用常数，SCADA服务器可进行组态、维护、管理等；系统Web发布功能，实现网络浏览或移动终端APP，能够随时对现场设备，工艺运行情况进行远程监控。才现UM短京•I；借讣.(石酊"卜“.4席觥)uiniEij才现UM短京•I；借讣.(石酊"卜“.4席觥)uiniEijkrLT..W.F图1.7工艺监控画面实物图LDF-lN.lt牛在：HZIM-IA?Ili$铝立町用K-iwm小・T睥1T仔闽*■&!-Mf条有杆十晚可。单仃।刀时13■隶WtrtfflM,：TIFH-I43乜*™IP1-I-'■*i■■"rjnt",itjpTm,-i/7W桃并n■间#Ub史waW”录师林hHt同手但iffr+t-144IH7与位i*1土号艮？■此£ti1卧J55itU稣1.14.1ur.得关5庭5吊泊折hU・口附m说置拉I「PJ-尸11S尸|L2D|附|]2DfiL-flS第FtA-U*世：H*yu-i廿眈九村HlETflffr:小叶.■'工上J-fltXPC-LfriLlXA手®:“EmFeFIfllP-l匕)lElZ&单位：HrjKfLltrtJL「■『WK1I附ir-i点羲忸耒鼻H1盟军*1+JE仙♦IM]尸11XT|35D显科111.1La(■uBfl[<EDtnrfiLUJisir.图1.8运行参数界面实物图磕化以处环模处理风机频率:卜101PI1仪：PH110116.0ph50.0出N附町｝帆即西吉斗«工出［上青）/小曲昂除以若能控制系统JO2MHX磕化以处环模处理风机频率:卜101PI1仪：PH110116.0ph50.0出N附町｝帆即西吉斗«工出［上青）/小曲昂除以若能控制系统JO2MHXI］与制廉事求，L号的硫化氢:H2S1010.0ppm0.0ppm0.3PPM硫化氢：H2X12（M327.ppm1.4ppmtM0.32]处理；327.0«,卜a雕w图1.9移动客户端界面图高精度人员定位全地下污水处理厂的日常现场操作、维护及巡检将主要在封闭式地下环境中完成，故而运行安全和防灾问题尤为突出，生产安全的危险系数将极大地增大。近年来，国内多地污水处理厂出现了运营人员意外跌落水池，因未及时发现，耽误救援时间造成人员死亡的事故。因此，在地下式污水处理厂使用人员定位系统对运行人员的人员轨迹、停留时间等进行实时监控，可保证运行人员的生命安全十分重要。该系统为用户提供人脸身份核验、人脸（黑名单）布控报警和人脸检索等应用。在人脸以图搜图的结果中，将符合阈值的人脸图片以列表展示，并按照时间顺序以此在地图上展示出人员的轨迹，便于用户整体上把握某个目标人员的全部活动轨迹，并在地图上生成轨迹。以运动轨迹为基础，可满足用户多方面的需要：（1）分析人员在特定条件下

出现的频率和次数，以辅助人工决策；（2）巡检人员路线复核，规范巡检人员的行为，增强污水处理厂的巡检水平；（3）安全风险分析，根据运营人员倒地检测、人员跨线检测，高频出入检修地点检测，梳理出水厂安全隐患最大的地方，排查日常运行设备故障率最高的区域。统合安防管理平台i人脸比对j闾界的/总期,高―酶翳内部2常军献金凌控图1.10视频分析系统架构图图1.11人员定位系统界面示意图工艺全流程控制精确曝气生物池精确曝气控制系统（BACS）是一个使用高级算法的在线监控系统，用为活性污泥工艺优化曝气控制。通过采用前馈和反馈控制逻辑，BACS系统提供总曝气量和各曝气段曝气量的计算，以及阀门的控制，来优化控制整个曝气系统。系统先进的控制策略能对给定的DO设定目标值，进行精确的追踪。BACS系统通过数学模型计算即时的耗氧速率OUR,并精确地算出每一个曝气段的需气量以维持其设定的DO值，迅速而精确地调整阀门开度以完成所需气量的分配，达到了前所未有的DO精准度。生物池精确曝气控制系统BACS的载体为以PLC为基础件，通过PLC级别的通讯与全厂自控网络进行数据获取与交换。而真正实施整个系统控制的就是PLC内部的各个控制模块，以下是对于关键模块的实现功能与性能指标的描述：1）控制区域气量计算模块曝气气体分配与控制系统根据目前溶解氧实际值与设定值之间的差距，进行下一个周期的空气流量计算，该计算主要结合了生物池精确曝气控制系统独特的好氧速率计算方法，能够精准的预测在下一个周期中好氧速率的改变，计算得到的空气流量设定值需要满足在设定的系统运行周期中，能够将溶解氧实际值保持在设定值周围。2）鼓风机总风量计算模块曝气气体分配与控制系统通过精确计算总风量设定值m3/h，发送至鼓风机MCP总协调柜，由及MCP其根据总管流量计（如果有）或我方处理后的整个总管气量实际值作为反馈值进行追踪。计算得到的总风量设定值是综合了生物池运行状态，流量计现场数据等计算得到，因此，其中涵盖了如果分管流量计出现故障，（无读数或无法信任的数据）系统都需要确保发送至鼓风机的总风量设定值是合理的，并不会造成鼓风机系统的任何风量追踪上的问题，例如超出工作范围等。3）空气调节阀门控制模块生物池精确曝气控制系统对于生物池好氧区各个气量控制阀门进行控制，发送阀门开度设定值至各个阀门，由电动执行机构完成追踪，保证该控制区域的气量设定值被满足，该设定值的发送是周期性的，能够在确保各个控制区域溶解氧追踪精度的前提下，使得对于阀门执行机构的指令尽可能的少，且每次不会经历大于10%的开度调整，确保电动执行机构的寿命得到良好的保持。

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