城市污水處理廠中央控制系統(tǒng)構建和運行管理功能

水處理電氣設備與操作主講:熊辛杰一、電氣基本元器件點動開關點動是按下按鈕后接觸線圈的電系吸合，而放開按鈕后，接觸器失電電動機也停止轉動2、自鎖開關自鎖開關，是一種常見的按鈕開關在開關按鈕第一次按時，開關接通并保持，即自鎖，在開關按鈕第二次按時，開關斷開，同時開關按鈕彈起來。3、急停開關急停開關屬于主令控制電器的一種，當機器處于危險狀態(tài)時，通過急停開關切斷電源，停止設備運轉，達到保護人身和設備的安全。4、檔位開關檔位開關一般是在控制方式的切換上面，比如說在我們現(xiàn)場手動、自動按鈕的切換和就地、遠程等方面的應用。5、限位開關限位開關又稱行程開關，可以安裝在相對靜止的物體（如固定架、門框等，簡稱靜物）上或者運動的物體（如行車、門等，簡稱動物）上。當動物接近靜物時，開關的連桿驅動開關的接點引起閉合的接點分斷或者斷開的接點閉合。由開關接點開、合狀態(tài)的改變去控制電路和電機。6、接觸器

接觸器的工作原理是：當接觸器線圈通電后，線圈電流會產生磁場，產生的磁場使靜鐵心產生電磁吸力吸引動鐵心，并帶動交流接觸器點動作，常閉觸點斷開，常開觸點閉合，兩者是聯(lián)動的。當線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸點復原，常開觸點斷開，常閉觸點閉合。直流接觸器的工作原理跟溫度開關的原理有點相似。7、中間繼電器中間繼電器用于繼電保護與自動控制系統(tǒng)中，以增加觸點的數量及容量。它用于在控制電路中傳遞中間信號。中間繼電器的結構和原理與交流接觸器基本相同，與接觸器的主要區(qū)別在于：接觸器的主觸頭可以通過大電流，而中間繼電器的觸頭只能通過小電流。所以，它只能用于控制電路中。它一般是沒有主觸點的，因為過載能力比較小。所以它用的全部都是輔助觸頭，數量比較多。新國標對中間繼電器的定義是K，老國標是KA。一般是直流電源供電。少數使用交流供電。8、指示燈狀態(tài)指示燈：是用來表示設備運行狀態(tài)的一種狀態(tài)顯示器，例如電源指示燈、啟動指示燈、停止指示燈、報警指示燈等等。9、時間繼電器時間繼電器、凡是繼電器感測元件得到動作信號后，其執(zhí)行元件（觸頭）要延遲一定時間才動作的繼電器稱為時間繼電器。10、空氣開關空氣開關、又名空氣斷路器，是斷路器的一種。是一種只要電路中電流超過額定電流就會自動斷開的開關。空氣開關是低壓配電網絡和電力拖動系統(tǒng)中非常重要的..11、開關電源開關電源是利用現(xiàn)代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關電源技術也在不斷地創(chuàng)新。目前，開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。12、變壓器變壓器、變壓器利用互感原理。變壓器是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，主要構件是初級線圈、次級線圈和鐵芯（磁芯）。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。按用途可以分為：配電變壓器、電力變壓器、全密封變壓器、組合式變壓器、干式變壓器、油浸式變壓器、單相變壓器、電爐變壓器、整流變壓器等。二、儀表DO檢測儀、溶解氧空氣中的分子態(tài)氧溶解在水中稱為溶解氧。水中的溶解氧的含量與空氣中氧的分壓、水的溫度都有密切關系。在自然情況下，空氣中的含氧量變動不大，故水溫是主要的因素，水溫愈低，水中溶解氧的含量愈高。溶解于水中的分子態(tài)氧稱為溶解氧，通常記作DO，用每升水里氧氣的毫克數表示。是衡量水體自凈能力的一個指標DO檢測儀DO檢測儀安裝位置DO檢測儀表工作原理儀表采用極譜式電極，陽電極為Ag/AgCl、陰電極為鉑金（Pt）組成，兩者之間充滿特殊成份的是電解液。由硅橡膠滲透膜包裹于電極四周。測量時，電極間加上675mV的極化電壓,氧滲透過隔膜在陰極消耗,同時等量的氧在陽極產生,這個動態(tài)過程進行到兩邊的氧分壓相同時達到平衡.此時兩電極間的電流與氧分壓成正比,二次表檢測到此電流,再經過一系列變換,得到氧濃度和氧含量.同時,NTC(負溫度系數熱敏電阻)檢測被測量液的溫度,二次表采樣后進行溫度補償,將氧濃度或氧含量折算成25℃時的值。陰極反應：O2+2H2O+4e→4OH陽極反應：4Ag+4Cl-→4AgCl+4e1自動化控制系統(tǒng)概述2中央控制系統(tǒng)3中控室軟硬件配置4運行監(jiān)控基礎功能5運行監(jiān)控拓展功能6集約化信息管理1自動化控制系統(tǒng)概述圖例：污水管污泥管空氣管加藥管AAO生物池細格柵進水初沉池中格柵進水泵房粗格柵混合池旋流沉砂池二沉池配水污泥泵站加藥間鼓風機房厭氧缺氧好氧混合液回流剩余污泥回流污泥污泥均質池污泥濃縮脫水機房初沉污泥污泥處置紫外線消毒排江泵房二沉池排放至錢塘江活性污泥柵渣及砂渣外運污泥料倉工藝流程過程控制1自動化控制系統(tǒng)概述基于分布式PLC控制器的自控系統(tǒng)在污水處理生產流程過程控制中得到了普遍采用。信號電纜PLC控制柜就地觸摸屏柜內布置1自動化控制系統(tǒng)概述結合污水處理工藝流程和布局，處理過程控制主要可歸納為：污水水力提升、推流和預處理污水生物處理出水消毒和排放污泥濃縮脫水處置污泥干化焚燒其他：變電站自動化（35KVA/6KVA/400V系統(tǒng)）、廠內雨水泵房控制等1自動化控制系統(tǒng)概述由自控系統(tǒng)、在線檢測分析儀表、視頻監(jiān)控組成的污水處理綜合自動化系統(tǒng)是污水工藝處理順利地達到預期效果的重要手段，其主要功能表現(xiàn)在：自動化控制代替了人工操作，減輕勞動強度，改善操作環(huán)境；保證工藝處理生產過程可靠運行，對安全生產起到了很大幫助；實現(xiàn)現(xiàn)代污水處理企業(yè)的信息化管理，充分發(fā)揮網絡通信技術的優(yōu)勢，實現(xiàn)信息資源共享，以利于達到節(jié)能降耗、經濟運行的目的。1自動化控制系統(tǒng)概述自控系統(tǒng)網絡拓撲圖1自動化控制系統(tǒng)概述儀表安裝進水水質安裝要求安裝在所有處理工段之前，一般在沉砂池或格柵之前監(jiān)測內容COD和PH性能要求考慮到數據的重要性，盡可能形成小型系統(tǒng)，可以本地保存數據，有對外數據接口1自動化控制系統(tǒng)概述進水水質進水區(qū)取水口儀表設備儀表安裝1自動化控制系統(tǒng)概述出水水質儀表安裝安裝要求安裝在所有處理工段之后，一般在消毒渠之后，出水泵房之前監(jiān)測內容CODPHTPTNNH3-N性能要求考慮到數據的重要性，盡可能形成小型系統(tǒng)，可以本地保存數據，有對外數據接口1自動化控制系統(tǒng)概述出水水質取水口出水區(qū)儀表小屋內部設備儀表安裝1自動化控制系統(tǒng)概述流量計儀表安裝進水流量-安裝于進入生物池的進水管道上重要流量，考慮到數據的精準性，一般采用電磁流量計，并可以直接輸出累計流量。出水流量-安裝于紫外消毒渠之后的出水管道上1自動化控制系統(tǒng)概述流量計儀表安裝泥處理區(qū)主要流量計，考慮到數據的精準性，推薦使用電磁流量計，并可直接輸出累計流量。進泥流量-安裝于進泥泵之后的管道上加藥流量-安裝于每臺脫水機之前的管道上。由于加藥流速問題可能會出現(xiàn)測量不準的問題。1自動化控制系統(tǒng)概述流量計儀表安裝空氣流量-安裝于進氣主管道或分管道上，選用熱質流量計。累計流量可以輸出，以便進行重要參數氣水比的計算?？偣芰髁糠止芰髁糠止芰髁?自動化控制系統(tǒng)概述流量計儀表安裝污泥回流流量-安裝于污泥泵房通過外回流泵打入生物池的管道上，選用電磁流量計，測量較為精準，主要用于計算回流比剩余污泥流量-安裝于污泥泵房通過剩余流泵打入污泥調蓄池的管道上，選用電磁流量計，測量較為精準1自動化控制系統(tǒng)概述液位計儀表安裝格柵前后液位-直接參與格柵運行的控制格柵控制一般使用液位差和定時相結合的方式1自動化控制系統(tǒng)概述液位計儀表安裝進出水泵房液位-直接參與泵機控制，特別是進水泵房液位是生產安全的重要保障。進水泵房控制邏輯1自動化控制系統(tǒng)概述檢測儀表布置示意圖過程儀表DO-選用熒光法溶解氧探頭，浸沒式安裝?？刂乒娘L機曝氣量。MLSS-選用近紅外光光束探頭，浸沒式安裝。AAO工藝：在好氧段安裝DO儀表，好氧段末端安裝MLSS。除了設備的運行、停止和故障信號之外，對于重要設備必須采集電流、電壓等信號。選用互感器及信號變送器，將信號采集入PLC中。通過這些信號可以了解設備的運行工況，預防并監(jiān)視設備故障的發(fā)生。1自動化控制系統(tǒng)概述檢測儀表布置示意圖設備參數泵機：電流、電壓（進線段三相電壓）變頻泵：頻率反饋、頻率設定、電流、電壓（進線段三相電壓）脫水機：電流、電壓（進線段三相電壓）濃縮機：電流、電壓（進線段三相電壓）鼓風機：電流、溫度、出口導頁開度、電壓（進線段三相電壓）表曝機：電流、電壓（進線段三相電壓）1自動化控制系統(tǒng)概述電力參數儀表安裝選用帶MODBUSRS485接口的綜合保護器，安裝于高壓進線柜及高壓設備配電柜內。可監(jiān)測設備是否正常工作，采集所有電流信號。PLC通過總線通訊方式采集數據。2中央控制系統(tǒng)（中控室、SCADA中心）污水處理廠按照“集中管理、分散控制”的原則設立全廠自動化控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)分為二級：中央控制系統(tǒng)、現(xiàn)場PLC控制站。中央控制系統(tǒng)設于綜合樓中央控制室（簡稱中控室），中央控制系統(tǒng)完成全廠自動化運行和調度管理；設于各個區(qū)域構筑物，能獨立完成所轄區(qū)域內相關設備和工藝過程的運行監(jiān)視和控制。2中央控制系統(tǒng)（中控室、SCADA中心）中央控制系統(tǒng)是一個具有客戶機/服務器(Client/Server)結構的計算機局域網絡系統(tǒng)(EthernetLAN)，組成了整個污水處理廠的生產監(jiān)控管理層。集中監(jiān)視、調度、管理整個污水處理廠的全部生產過程和工藝過程。對生產過程的自動控制和報警、自動保護、自動操作、自動調節(jié)以及各工藝流程中的重要參數、設備工況等進行在線實時監(jiān)控。歷史數據調度指令緊急事件運行參數中央控制系統(tǒng)實時監(jiān)控污水處理生產和設備運行狀況權限約定2中央控制系統(tǒng)（中控室、SCADA中心）2中央控制系統(tǒng)（中控室、SCADA中心）其他：視頻監(jiān)控工作站、信息展示設備（如投影/背投系統(tǒng)/模擬屏）、通訊機柜等。基本配置——硬件2中央控制系統(tǒng)（中控室、SCADA中心）基本配置——軟件3中控室布置3中控室布置4運行監(jiān)控基礎功能監(jiān)控計算機運行監(jiān)控基礎功能是建立在監(jiān)控組態(tài)軟件系統(tǒng)框架上，監(jiān)控計算機實時采集各現(xiàn)場PLC控制站數據，提供即時全廠運行數據信息并接受來自操作員的操作指令。監(jiān)控軟件功能如下：454運行監(jiān)控基礎功能權限管理：對不同的用戶（操作員、管理員）賦予不同的操作權限。權限管理4運行監(jiān)控基礎功能實時工藝流程圖顯示：實時動態(tài)地顯示全廠工藝流程圖，包含各種設備實時運行狀況、各種實時工藝參數。實時工藝流程圖顯示4運行監(jiān)控基礎功能實時運行工況工藝參數顯示，重要運行參數越限主動彈出提示。4運行監(jiān)控基礎功能報警：分4種狀態(tài)，支持分工作區(qū)域報警。4運行監(jiān)控基礎功能實時曲線、歷史曲線：支持多條顯示，縮放、時間段顯示曲線。4運行監(jiān)控基礎功能參數設置：支持在線調整、上下限設置、保存歷史參數變化。4運行監(jiān)控基礎功能事件記錄：事件記錄的內容包括各種事件信息、事件發(fā)生時的時間和當班操作員等。4運行監(jiān)控基礎功能設備維護記錄：記錄設備運行時間、維護時間，根據設定的維護周期進行維護提醒。4運行監(jiān)控基礎功能報表處理：系統(tǒng)自動記錄各種工藝運行數據，可將采集的數據歸納匯總形成報表，報表可定時打印或召喚打印。核查要求環(huán)保部2008年90號文明確提出多項核查指標：2009年2月底前設計日處理能力大于2萬噸的城鎮(zhèn)污水處理廠都必須安裝完成中控系統(tǒng)，實施監(jiān)控進出污水處理廠的水量和水質主要指標、鼓風機電流、鼓風量、曝氣設備的運行狀況、曝氣池的溶解氧濃度、污泥濃度、濾池堵塞率等數據，并能隨機調閱核查期內上述運行指標數據及趨勢曲線，相關數據至少保存一年以上，作為核算主要污染物減排量的重要依據。對各運營單位的日常運營工作進行規(guī)范化指導，細化了運行管理的重點，明確責任，引導各廠順利完成預期的減排目標。為各廠自身管理提供了針對性的入手點，是各廠自評、他評的重要依據。為企業(yè)工藝和管理的優(yōu)化提供了目標，為進一步精細化運行管理提供良好的基礎。運行監(jiān)控系統(tǒng)的進一步提升監(jiān)控組態(tài)軟件種類繁多、功能各有特點，有的畫面效果出色，有的歷史趨勢功能強，有的報警系統(tǒng)完善、有的權限控制清晰。但是對于核查要求中部分內容的實現(xiàn)還存在一些功能上的差距，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：提升空間歷史趨勢功能不完善：往往存在時間跨度不夠長（部分監(jiān)控組態(tài)軟件只能查詢3個月內的時間段），變量名稱不易識別（往往只能顯示英文名稱、無法顯示中文含義），操作復雜（特別是在多曲線查看時，部分系統(tǒng)每次都要對變量進行選?。蟊砉δ鼙∪酰簬缀跛械谋O(jiān)控組態(tài)軟件在報表功能方面均十分薄弱，用戶可以定制的空間很小，只能生成最簡單的巡檢報表。報表數據來源幾乎只能來源于自控系統(tǒng)，與實際管理要求有不少差距。提升空間數據處理功能簡單：系統(tǒng)對于時間段型計算數據（如污泥負荷和泥齡等關鍵工藝指標參數）沒有較好處理方法。數據封閉：大部分監(jiān)控組態(tài)軟件數據存儲采用本地加密文件的方式，這種形式使得數據查詢、共享和利用（綜合數據處理、運行管理報表生成等）不能很好實現(xiàn)。部分軟件雖然提供了標準關系型數據庫進行數據導出的功能，但是首先構建成本十分昂貴，其次數據的存儲靈活性受組態(tài)軟件制約，導致后期數據處理通用性很低，性價不高。運行監(jiān)控系統(tǒng)的進一步提升數據基礎從監(jiān)控組態(tài)軟件的實時數據庫中獲取數據（包括數據提取、存儲和計算等），為精細化運行管理提供數據基礎；為工藝參數計算、綜合報表處理等提供統(tǒng)一、標準的解決方案。5運行監(jiān)控拓展功能數據基礎數據轉發(fā)程序Opc和數據接口等技術實時數據庫歷史數據庫數據基礎對于自控系統(tǒng)中無法獲取的數據（化驗數據），提供手工錄入的途徑。5運行監(jiān)控拓展功能數據基礎自定義手工變量數據錄入用于報表和曲線生成59生產監(jiān)視除了監(jiān)控組態(tài)軟件所包含功能之外，生產監(jiān)視方面還拓展了以下功能：視頻信號接入通過網絡發(fā)布集成到生產監(jiān)視畫面進行實時瀏覽同時支持報警信號上報（如移動偵測）硬盤錄像機或網絡視頻服務器5運行監(jiān)控拓展功能生產監(jiān)視60生產監(jiān)視除了監(jiān)控組態(tài)軟件所包含功能之外，生產監(jiān)視方面還拓展了以下功能：安防信息接入5運行監(jiān)控拓展功能通過網絡發(fā)布安防主機監(jiān)測內容包括溫濕度（配電間）、煙感（全廠）、電子圍欄（周界）等集成到生產監(jiān)視界面進行實時瀏覽生產監(jiān)視61生產監(jiān)視除了監(jiān)控組態(tài)軟件所包含功能之外，生產監(jiān)視方面還拓展了以下功能：設備信息接入集成廠內幾大重要監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)綜合性生產運行監(jiān)視。數據接口設備臺帳集成到生產監(jiān)測界面靜態(tài)信息動態(tài)信息5運行監(jiān)控拓展功能生產監(jiān)視歷史趨勢趨勢曲線自定義組合不同順序不同數據不同顏色標注四則運算：多個流量計計算總流量四則運算：多個MLSS計算平均值5運行監(jiān)控拓展功能歷史趨勢歷史趨勢5運行監(jiān)控拓展功能歷史趨勢進水COD出水COD進水PH出水PH氨氮總磷總氮歷史趨勢5運行監(jiān)控拓展功能歷史趨勢放大區(qū)域發(fā)現(xiàn)2011-10-6

10：37左右出水COD超標歷史趨勢5運行監(jiān)控拓展功能歷史趨勢同時期反應池儀表趨勢各池好氧段DO各池MLSS各池厭氧段DO同時期反應池平均負荷進水COD平均好氧段DO平均MLSS進水瞬時流量風管順勢流量同時期主要個工藝過程數據正常，并且水質相關數據正常，因此COD儀表問題可能性最大歷史趨勢5運行監(jiān)控拓展功能歷史趨勢經過追溯確實是COD儀表故障，并找到了對應的工單歷史趨勢任意區(qū)間縮放：時間段、數值段任意縮放通過鼠標任意框選時間和數值范圍進行縮放操作5運行監(jiān)控拓展功能歷史趨勢歷史趨勢顏色識別異常數據：不同顏色區(qū)分顯示紅色線段顯著標示5運行監(jiān)控拓展功能歷史趨勢歷史趨勢動態(tài)坐標縱軸分區(qū)或公用分區(qū)：避免不同數量級曲線在同一張圖上，低數量顯示為一條直線氨氮和進水COD同時顯示時氨氮顯示為一條直線分區(qū)顯示時每條曲線的變化都十分明顯5運行監(jiān)控拓展功能歷史趨勢歷史趨勢動態(tài)坐標縱軸分區(qū)或公用公用：便于同一數量級的數據進行對比雨量開機臺數液位5運行監(jiān)控拓展功能歷史趨勢拐點分析基于趨勢直觀操作：直接在趨勢界面操作數據時間范圍確認預設原因選擇實際原因輸入5運行監(jiān)控拓展功能拐點分析拐點分析結合日常運行經驗預置成因、利于快速分析和診斷儀表維護通訊中斷市政檢修……5運行監(jiān)控拓展功能拐點分析拐點分析趨勢顯示分析內容鼠標左鍵：數值信息鼠標右鍵：拐點信息5運行監(jiān)控拓展功能拐點分析拐點分析生成拐點分析文件：文件內容包含趨勢圖和拐點分析內容列表發(fā)生時間段、類型、處理方式5運行監(jiān)控拓展功能拐點分析相關參數參數配置、綜合計算和報表生成氣水比=日總風量/日進水總量污泥負荷=日進水總量×（進水COD-出水COD）/MLSS均值×反應池容積容積負荷=日進水總量×（進水COD-出水COD）/反應池容積COD消減量=日進水總量×（進水COD-出水COD）/100000……參數舉例：5運行監(jiān)控拓展功能相關參數相關參數參數配置、綜合計算和報表生成手動計算計算方式手動計算：通過檢測系統(tǒng)中的按鈕進行計算自動計算：按每日或每小時的頻率（可配置）進行自動計算報表生成5運行監(jiān)控拓展功能相關參數實時報表即時生成支持報表備注5運行監(jiān)控拓展功能實時報表實時報表多種報表5運行監(jiān)控拓展功能綜合報表巡檢報表成本報表餅圖分析，一目了然管理報表日處理量、藥耗、噸水電耗……AVERAGE(B5:B35)實時報表自定義EXCEL模板報表模板直接采用EXCEL格式的文件方便用戶進行配置和自定義EXCEL文件各種功能均可正常使用SUM(N5:N35)5運行監(jiān)控拓展功能綜合報表數據超標數據停滯周期異常數據突變超出排放標準上限數據明顯偏離正常范圍三小時內數據不變（正常周期為兩小時）舉例：出水COD1小時內有新值（正常周期為兩小時）相鄰采樣點數據值變化幅度超過1.4倍每個測量點都可以進行單獨配置測量信號5運行監(jiān)控拓展功能趨勢分析報警工藝異常設備故障設施故障處理流程5運行監(jiān)控拓展功能風險管控分析機制5運行監(jiān)控拓展功能風險管控83分析機制初判原因解決方法