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中华人民共和国行业标准 城镇供水厂运行、维护及安全技术规程,宣传贯彻暨培训,2010年6月 杭州,2,城镇供水厂自动化系统 运行与维护 北京市自来水集团 刘百德,3,内容：,一、城市供水自动化控制技术应用回顾 二、城市供水自动化控制体系基本结构 三、自动化系统的运行与维护,4,一、城市供水自动化控制技术应用回顾,1.1 第一阶段 19741982 我国在城镇供水自动化技术应用方面起步较晚，1974年，国家建设部立项并委托北京水司，以国内城市给水采用两级调度的基本模式为依据，以水源井群、配水泵等供水设备实现远程控制为目标的电子化的“三遥” （遥测、遥控、遥信）系统，又称“远动”装置。,5,（1）水源井群控制系统 （二级调度） 装置全部为分立元件制造，称作“FY-型时分制、分散目标、直流有线信道水源井群三遥系统” 。1975首次在北京第三水厂安装使用。 （2）水厂配水泵控制系统 （一级调度） 采用PMOS小规模集成电路制造，“MYD-型音频信道远动装置” ，在第二、三水厂配水泵房安装试运行。,6,（三）管网压力监测系统 1979年，采用HTL高抗干扰集成电路的“CFY-型无线信道远动装置” ，用于供水管网压力监测。 这是国内水行业最早的供水调度系统雏形，填补了国内空白。 （四）其它自动化技术的研究和应用 超声波流量计 供水管网经济调度数学模型研究,7,1.2 第二阶段 1983 1991,进入80年代，微计算机的发展和应用越来越引起国人注意。北京水司在微机技术应用调研的基础上，开发了以下应用系统： （1）查表营业收费帐务处理系统 83年北京水司在国内给水行业率先提出了利用计算机技术建立查表营业收费帐务处理系统的需求。直到88年在国产长城286微机上实现了全市水费帐务处理。,8,（2）供水管网GIS系统（地理信息系统） 80年代末在北京供水首次开发应用管网GIS系统 （3）第九水厂一期工艺过程自动控制系统 1983年，国家批准北京第九水厂基建项目。提出建设“亚洲一流水厂”的目标。在自动化方面，通过招标引进日本横河公司产CENTUM-V集散型监控系统。于1988年8月投入运行。 第九水厂自动化的建设，填补了我国大型水厂自动化的空白。为国内新建、扩建自来水厂引进国际先进控制技术和设备带了好头。,9,1.3 第三阶段 19922000, 1992年，由建设部组织中国城市供水协会完成了城市供水行业2000年技术进步规划 规划提出了“提高水质、提高供水安全、降低能耗、漏耗、药耗”的“两个提高、三个降低”的主攻方向。,10, 在规划指导下，新建和改、扩建水厂摆脱了在技术上低水平重复建设的局面，不仅在净化工艺方面采用了国内外较先进和成熟的模式，选配了性能较好的机、电设备，并且部分水厂实现了制水过程自动化控制，先进的在线检测仪器、仪表也得到广泛使用。,11, 在实施规划期间，随着改革开放的步伐，大量国际上先进技术和设备涌入国内市场。给水企业对自动化系统的需求，已由自行立项研究、制造，转向商品化市场招标采购，系统的集成、建设和服务逐步由社会化的专业系统集成公司提供。在应用方面，已由科学实验转入了实用阶段。并且已从简单的一般应用，升华到优化运行和对企业效益的追求。,12, 规划的实施加速了信息技术应用 体现以下六个方面： （1）水厂自动化-采用工控计算机配合各类自控设备、在线仪表，实现了对沉淀、过滤、加药、消毒诸环节的自动或半自动控制，在保证水质、安全、经济运行起了至关重要的作用。尤其是变、配电系统采用微机“综保”自动化系统，使水厂的用电安全性得到极大提高。但水厂净水全过程实施全自动化的实例较少；,13,（2）调度系统-大部分水司都应用了计算机调度（SCADA）系统。主要用于管网压力、水厂生产数据的监测和储存。少数水司也同时监测主要管线的水质及流量等数据。 （3）管网管理-部分水司建立了GIS系统，并利用该系统，进行管网规划、设计绘图和管网检漏、抢修、阀门启闭等运行各种资料的存储、统计及分析。少数水司将GPS卫星定位系统应用于管网管理中。,14,（4）营销管理-计算机技术在营销管理方面应用得最多最好，主要用于水费营抄、水量统计、水表和报装管理。有的水司己做到用户电话查询和网络查询。 （5）水质管理-水质检验数据的录入、统计、分析及实验室信息管理系统。 （6）办公自动化-公文管理、档案资料管理、财务管理、人事管理等；,15,1.4 第四阶段 2000, 2000年以来，供水行业在自动化、信息化技术应用得到了跨越式发展，已由简单的顺控需求，提升为智能化 城市化的飞速发展，生活水平的提高，城镇供水行业面临着水源、制水能力、生产工艺、水质等一系列新的挑战，为适应新的形势，可持续发展，国家修订、新编了一系列相关规范、规程,16,水质标准、技术进步规划方面： 生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）； 行业标准城市供水水质标准（CJ/T 206-2005）； 城市供水水质管理规定(住建部第156号令， 2007年5月1日起实施) 全国城市饮用水安全保障规划（2006-2020）（2007年10月23日，国家五部委局以发改地区 20072798号联合印发 ）,17,城市供水行业2010年技术进步发展规划及2020年远景目标；（2005年10月颁布，简称“2010规划”） 城镇供水设施改造技术指南(试行) （2009年9月10日印发，住建部建科2009149号）,18,城市给水计算机辅助调度系统应用指南（2002年8月8日发布）； 城市给水行业信息化、自动化各子系统应用指南（系列），2006年住建部立项科研课题，编制中，预计年内发布； 行业标准城镇供水厂运行、维护及安全技术规程（CJJ58-2009，01年8月1日实施，简称“规程” ）,19,依靠科技进步提高和保证水质, 水质是灵魂，保证出厂水水质符合国家标准已成为供水企业的主攻目标； 充分发挥第一生产力的作用，依靠科技进步，采用新的净水工艺、消毒技术和可靠的自动化控制技术，是提高和保证水质核心； 新净水工艺和消毒技术，如预氧化强化处理、强化混凝沉淀/气浮过滤、膜处理技术等，及臭氧氯、紫外氯等联合消毒技术，对优化控制提出了新的要求；,20, 在编写“规划2010”的过程中，对国内近100个自来水公司、281个水厂的自动化技术应用情况进行了调查。 调查了北京、广东、浙江、江苏、山西、海南、黑龙江、辽宁、四川、青海等省市的98个水司，281个水厂，涵盖了相对发达和欠发达地区，既有大城市，也有小城镇。其中，一类水司6个，二类水司8个，三类水司39个，四类水司45个。,21,基本结论:,自动化和信息化技术得到普遍应用。并已普及到营业、管网管理、材料、计划、财务、劳资、设计与施工的各个领域。 整体发展总体水平尚需提高。一、二类水司自动化和信息化的程度远远高于三、四类水司。尚没有一个水司全面实现了生产和管理的自动化。 系统的可靠性问题有待提高,22, 信息“孤岛”现象较为普遍 水厂自动化技术应用的重点，逐步转向水处理和配送过程的模拟及优化。 自动化专业人才不足，导致系统维护困难。 欠缺相关的标准和规范 给水行业自动化和信息化的总体水平与发达国家相比较尚存在着较大差距,23,二、城市供水自动化控制体系基本结构,（1） “2010规划”提出了总体发展目标： 利用自动化技术和信息技术，可靠地实现对生产过程的监控和维护，逐步向净水处理和配送过程的模拟和优化的方向过渡，力争实现各自控系统和信息系统的全面整合，为行业“提高水质，保障供水，优化成本，改善服务”的中心任务提供有效的技术手段，创造最好的经济和社会效益。,24,包括三方面的内容： 1）提高自动化监控系统可靠性 通过提高水厂、供水调度监控系统的可靠性，保证系统高的可用性，为提高水质、保障供水、稳定运行、节能减排提供保障。并为企业管理提供准确可靠的统计数据。,25,2）模拟（仿真）和优化 面对水资源缺乏，污染严重，供水水质标准高，深度处理工艺更加复杂，城市化供水量增加、服务区域扩大，用户要求不断攀升等挑战，需要采用模拟和优化技术，提高供水系统的可控性和可预测性，为科学决策提供依据。,26,3）系统整合 通过对自动化、信息化系统资源的整合，避免低水平重复建设，逐步消灭信息“孤岛” ，实现信息资源共享，使组织、信息和生产活动能够统一协调地运作，为优化成本，改善服务，管理创新提供强有力的支持，创造最好的经济和社会效益。,27,（2）供水企业自动化、信息化体系基本结构,依据“2010规划”共分为九大系统： 给水企业计算机网络系统（Intranet和Internet） 给水计算机辅助调度系统（SCADA） 净水厂集散型控制系统（DCS） 供水管网信息管理系统（GIS）,28,自来水客户服务系统 查表和营业收费系统 给水管理信息系统（MIS）,含水质信息管理系统（LIMS） 给水动态数学模型系统 计算机辅助决策系统,29,自动化应用案例,根据中国水协科技委自动化委员会提供的信息，07年对上海城市供水调度中心、宁波市供水调度中心和绍兴宋六陵净水厂进行了考察。,30,上海市城市供水调度中心,31, 大屏幕墙由8块60英寸背投显示屏组成，监控系统2000年投入使用 负责对上海市市区的四个自来水公司的供水调度 主要功能：实时监视市区供水压力、水量及水厂运行工艺的监控及管网配水量调度,32,宁波自来水集团中心调度室,33, 大屏幕墙由21块67英寸背投显示屏组成， 2005年投入使用 基本功能同上海,34,绍兴宋六陵净水厂,35,水厂平面,36,概况：, 设计净配水能力80万m3/d ，浙江省最大的一座水厂； 1998年动工，分两期建设，2006年4月全面竣工，是国内自动化程度最高的之一 ； 原水取自汤浦水库，重力输水，采用平流沉淀池、V型滤池、二氧化氯消毒常规处理工艺。,37, 宋六陵水厂自动化程度高，全部生产过程监控集中在中心控制室，生产现场无人值守，全部通过工业电视进行监视。 全厂运转共16名值班员，四班两运转，每班四名值班员（包括值班长），每班工作12小时，上一班，休一天。值班长为大专以上学历，要求既要掌握计算机操作，还要熟悉工艺处理流程。,38,水厂中心控制室,39,中控室设备间,40, 由PLC构成的DCS，实现全厂工艺过程的自动化控制； 中控室设置一套由10块80英寸背投屏幕组成监视墙实现对各工艺设备的监视； 其中的两块屏作为CCTV（闭路电视）监视用； CCTV与滤池控制联动，当某格开始反冲洗时，自动切换到该格滤池对其反冲洗过程进行监视，如同亲临现场。,41,通过CCTV监视滤池反冲洗,42, 中控室值班人员每班负责现场设备的巡视工作，巡视一次。巡视工作按规定的巡视路线进行。对各设备的巡视采用条码扫描方式记录到达现场的时间，并以此记录对值班人员进行现场巡视考核。 为保证领导掌握水厂生产情况，控制系统定时自动将每日的供水量等生产信息，通过GPRS发送至相关领导的手机上。,43,V型滤池现场PLC控制台,44,未进水的V型滤池,45,过滤运行中的V型滤池,46,V型滤池管廊,47,V型滤池冲洗气阀、水阀和出水阀,48,滤池出水,49,V型滤池反冲洗泵房,50,出厂水水质集中在线监测仪表,51,水质仪表管理制度、操作方法随时可学,52,高精度出厂水在线浊度监测,53,三、自动化系统的运行与维护, 自动化控制技术在水厂的普遍应用，新修订的“规程”中增加了第8章“自动化系统的运行与维护” ，共分为8节、49条 。 水厂自控系统的运行管理大致可分为人员、设备管理及数据管理等三个方面。包括管理机构的设置；维护人员的配备及相应的工作条件；维护制度的建立和执行；系统运行、维护、检修等情况记录；备件的管理；数据的分析整理及挖掘使用等。,54,（1）管理机构的设置, 视水厂规模应为水厂配备24名自控系统的维护人员和运行管理人员，具体负责管理系统的日常维护工作和一般故障的及时排除，以保证系统的正常运行。 维护人员应掌握自动化（计算机）专业知识和给排水专业及电气自动化专业的一般知识，能熟练使用计算机技术，熟悉所用系统的结构、性能，具备系统的维护、检修能力。,55, 维护人员还应了解水厂生产的工艺过程、各工艺环节的主要核心设备的运行规律、水厂供水量、水压的变化规律、国家对水质、水压、电耗的要求与标准等，以保证本系统的正常运行。 运行管理人员应是相关专业的技术人员。他们能够掌握和使用系统以达到了解和掌握自来水厂生产运行的目的，人员数量可根据各自来水公司的具体情况配备。,56,（2）自控系统设备的维护制度, 系统的设备维护可采取两种方式：一是自来水公司自身具备专业技术力量和维护能力；二是委托社会力量进行维护。 无论采用那种维护方式，都应根据所配置的自动化系统、在线监测仪表及其它电子设备，如变频调速设备、“综保”设备等，制订出各自相应的日常维护、检修制度，并按制度进行维护和检修。,57, 除日常维护外，每年应进行至少两次设备清扫工作。通常安排在每年的供水高峰前后进行，并与其它电气设备清扫维护工作同期进行。 针对计算机等电子设备的定期维护工作的特殊性，除例行电检，更需加强对软件系统的维护。如磁盘的整理、清除软件“垃圾”、病毒防护、信息资料备份等。 应建立应急预案,58,（3）档案资料管理,和水厂其它设备管理一样，需对自控系统和生产运行记录等资料建立妥善的保管制度。 1）自控系统档案资料至少应包括 系统设计方案 系统操作说明书 系统测试报告 系统和应用软件 系统开发平台及使用手册指令集 系统竣工图纸和资料,59,2）自控系统生产运行资料至少应包括 日常维护、检修记录 年度清扫、点检记录 故障事件及处理记录 系统软件升级、应用软件修改记录 硬件系统更新,60, 生产过程信息，一般应包括出厂压力、原水量、配水量、泵机运行记录、电耗、药耗、水质（原水、出厂水）等数据； 生产值班日志，记录值班过程中所发生的各种情况，设备运行状况、生产状况、上级指示、交接班等内容；,61, 净水生产分析，通常由水厂技术部门依据自控系统历史数据库提供的信息，进行生产事故分析、影响水质的原因分析、同期生产指标完成情况分析，并为提高水质、保障供水、稳定运行、节能减排提出优化运行方案。 自动监测的各种数据和设备运行状况应每隔15min存入历史数据库，便于查询和提供给管理部门，实现信息共享。,62,（4）备品备件管理,为保证自动化系统的正常运行，储备一定数量的备品备件是必要的。 储备量因地而异，随着设备质量的提高和维修观念的转变，面对电子产品更新换代快的特点，大量储备备品备件是一种浪费。 偏远地区，仪器、仪表、易损件和关键部件的备品备件量可适当多一些，但不宜超过20%。,63, 科技发达地区，应视备品备件获得的难易程度，储备可满足日常维修的备品备件数量即可。 软件的备份主要是系统软件、应用软件和存储的各种监测数据。根据软件的大小可以采用光盘、移动硬盘、磁带机等方式进行备份。一般应备份23套，需异地存放。对于监控主机、数据服务器等，则需要做计算机硬盘的备份。,64,（5）自动监控系统的故障处理,系统故障还可分为硬件和软件两类。 1）硬件故障 水厂自控系统的故障可分为三个级别： 一级-系统崩溃，如监控主机、网络服务器、数据服务器等发生的不可恢复损坏； 二级-局部设备，如某个子站损坏无法工作； 三级-不影响大系统和局部模块的正常运行且可恢复的错误。,65,2）软件故障 功能错误：由于功能规格说明书不够完整或叙述不够确切，在编程时对功能有误解而产生的错误； 系统错误：与外部接口错误、参数调用错误、子程序调用错误、输入/输出地址错误，以及资源管理错误等； 过程错误：主要指算术运算错误、初始错误、逻辑错误等；,66, 数据错误：数据结构、内容、属性错误、动态数据与静态数据混淆、参数与控制数据混淆等； 编码错误：语法错误、变量名错误、局部变量与全局变量混淆、程序逻辑错误和编码书写错误等。,67,3）系统故障的发现和处理 系统硬件故障较易发现，一般采取“排除法”诊断故障的部件，更换后即可排除。 成熟的系统软件、监控软件一般不易发生故障。通常是错误操作引起，如删除了某个部件，或错误使用移动存储器，遭受“病毒”侵害等。这类故障可以通过重装系统恢复系统运行，但这种故障存在潜在危险，需高度重视,68, 一般软件故障大多发生在应用软件部分。且经常发生在系统投运初期，与应用软件的设计、组态定义等有关。如在保修期内，则由供货商负责解决。 系统运行进入稳定期后发生这类故障，可先用备份软件恢复系统。若不能恢复正常运行，需请熟悉系统的专业人员排除。,69,（6）数据的管理与应用,水厂自动化控制系统所收集的数据少说也有几百种，长年累月完整地积累下来将是一个巨大的信息资源宝库，尤其是各类水质参数。如果管理不慎造成丢失或损坏，必是企业的巨大损失，因此管理好这些信息是水厂自控系统的重要工作内容之一，而应用好这些信息则成为相应管理人员的重要工作内容。,70,1）自控系统数据的管理, 建立生产数据保管的规章制度； 确保实时数据的完整并达到相应的精度； 确保指定期限内历史数据的完整； 确保自动或人工定期备份指定期限内的所有数据； 确保备份数据保管的安全可靠； 定期检查上述五项是否都已落实，并限期整改不完善之处。,71,2）自控系统的数据主要应用, 运行人员了解和掌握厂区内所有系统和关键设备的运行工况，随时根据需要对运行参数进行调整，保证生产出符合国家卫生标准的自来水； 生产过程数据导入历史数据库，以便将来查询和了解某一个时间或某个时间段某个环节或全厂的生产状况；,72, 生产数据归类统计，按照不同的管理要求得出相应的统计分析规律，帮助和指导水厂的科学生产和科学管理。如根据设备故障的规律和频率储存备品备件；根据供水规律安排生产及设备检修方案；根据材料消耗的规律准备各种生产物资的采购和贮存等等；,73, 供水调度部门利用水厂自控系统采集的实时数据，如原水量、配水泵工况、出厂水量、压力、清水池水位、出厂水质等参数，结合管网压力监测数据，分析、优化和调度管网运行，满足保障供水要求； 供水企业可利用水厂自控系统存储的历史数据，如各种出厂水的历史参数，结合管网压力监测的历史数据，分析管网的历史运行状况，为管网改造和供水设施的新建、改建或扩建决策，提供科学依据。,74,（7）自动化系统的运行与维护相关名词解释, “点检” 指对控制系统的各个I/O（输入/输出）点逐点进行性能检查 平均无故障时间（MTBF） 衡量控制系统可靠性的指标。可靠性是指系统或设备在指定条件下、指定的时间的周期内，完成其预定功能的能力。是在一定的运行时间里所出现故障次数的概率值。,75, 可靠性用设备的平均无故障间隔时间（MTBF-Time Between Failure）来描述，以小时为单位。由制造厂商提供产品的MTBF的设计值。 目前绝大部自动化控制系统硬件的MTBF均可水厂的使用要求，如PLC（可编程控制器）的MTBF可达到10万小时（约11.5年）。,76, 为什么规定了两个MTBF指标 本标准中规定：系统的MTBF8,760h（1年），设备的MTBF50,000h （5.7年） 水厂自动化系统由控制设备、通讯、操作站、服务器、在线仪表、执行机构等设备构成，其中任何一个设备，甚至端子虚接，均会影响系统的MTBF指标，故通常按系统中保障率最低设备确定系统MTBF指标。 系统MTBF需要依靠精细维护管理达标,77, 供水厂自动化系统的可用性, 系统可用性是一个概率值，指在任何指定时间段内系统完成其规定功能的能力。 可用性以使用率A表示，在预测一个系统的可用性时（设计阶段），可按下式计算： Ap=MTBF/（MTBF+MTTR）100%1 式中：MTBF 平均无故障间隔时间 MTTR平均恢复时间,78, 对于一个已正常使用的系统，其使用率A用下式计算： A = Tu/（Tu + Td）100% 2 式中：Tu正常运行时间累计值 Td故障停用时间累计值（不含正常停用时间） 计算使用率的条件：运行6个月以上及其维护记录,79,系统平均恢复时间MTTR, MTTR反映的是系统的可维护性 可维护性是在给定的使用条件下，当发生故障后，系统恢复其全部功能及正常工作状态的能力。用MTTR衡量，包括管理时间、运输时间及修复时间。 当确定了系统可用率和MTBF后，用式1计算MTTR： MTTR MTBF99.8 MTBF,80,水厂自动化运维考核指标,81, 为了保证使用率达到99.8的指标，应要求系统集成商承诺良好的售后服务，尽量缩短供应维修备件的时间。也要求使用者提高管理水平，库存适当数量的维修备件。 水厂管理、维护和操作人员各负其责，密切配合，精诚协作，是水厂自动化系统平稳、高效运行的保障。,建议：,82, 规程8.2.6条中，对操作员站明确规定 “严禁非专业人员修改或测试各种应用软件” 这里的“专业人员”指水厂专职自控系统维护检修人员或经批准的系统商技术人员。 即使是懂得计算机技术的运转人员，未经批准，也禁止修改应用软件或进行与运行无关的操作，如随意使用移动存储介质等。 曾发生过卸载应用软件造成系统瘫痪的案例。,83, UPS不间断电源是保障水厂自