城市污水处理厂中央控制系统构建和运行管理功能

水处理电气设备与操作主讲:熊辛杰一、电气基本元器件点动开关点动是按下按钮后接触线圈的电系吸合，而放开按钮后，接触器失电电动机也停止转动2、自锁开关自锁开关，是一种常见的按钮开关在开关按钮第一次按时，开关接通并保持，即自锁，在开关按钮第二次按时，开关断开，同时开关按钮弹起来。3、急停开关急停开关属于主令控制电器的一种，当机器处于危险状态时，通过急停开关切断电源，停止设备运转，达到保护人身和设备的安全。4、档位开关档位开关一般是在控制方式的切换上面，比如说在我们现场手动、自动按钮的切换和就地、远程等方面的应用。5、限位开关限位开关又称行程开关，可以安装在相对静止的物体（如固定架、门框等，简称静物）上或者运动的物体（如行车、门等，简称动物）上。当动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。由开关接点开、合状态的改变去控制电路和电机。6、接触器

接触器的工作原理是：当接触器线圈通电后，线圈电流会产生磁场，产生的磁场使静铁心产生电磁吸力吸引动铁心，并带动交流接触器点动作，常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，常开触点断开，常闭触点闭合。直流接触器的工作原理跟温度开关的原理有点相似。7、中间继电器中间继电器用于继电保护与自动控制系统中，以增加触点的数量及容量。它用于在控制电路中传递中间信号。中间继电器的结构和原理与交流接触器基本相同，与接触器的主要区别在于：接触器的主触头可以通过大电流，而中间继电器的触头只能通过小电流。所以，它只能用于控制电路中。它一般是没有主触点的，因为过载能力比较小。所以它用的全部都是辅助触头，数量比较多。新国标对中间继电器的定义是K，老国标是KA。一般是直流电源供电。少数使用交流供电。8、指示灯状态指示灯：是用来表示设备运行状态的一种状态显示器，例如电源指示灯、启动指示灯、停止指示灯、报警指示灯等等。9、时间继电器时间继电器、凡是继电器感测元件得到动作信号后，其执行元件（触头）要延迟一定时间才动作的继电器称为时间继电器。10、空气开关空气开关、又名空气断路器，是断路器的一种。是一种只要电路中电流超过额定电流就会自动断开的开关。空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的..11、开关电源开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。12、变压器变压器、变压器利用互感原理。变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。按用途可以分为：配电变压器、电力变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、油浸式变压器、单相变压器、电炉变压器、整流变压器等。二、仪表DO检测仪、溶解氧空气中的分子态氧溶解在水中称为溶解氧。水中的溶解氧的含量与空气中氧的分压、水的温度都有密切关系。在自然情况下，空气中的含氧量变动不大，故水温是主要的因素，水温愈低，水中溶解氧的含量愈高。溶解于水中的分子态氧称为溶解氧，通常记作DO，用每升水里氧气的毫克数表示。是衡量水体自净能力的一个指标DO检测仪DO检测仪安装位置DO检测仪表工作原理仪表采用极谱式电极，阳电极为Ag/AgCl、阴电极为铂金（Pt）组成，两者之间充满特殊成份的是电解液。由硅橡胶渗透膜包裹于电极四周。测量时，电极间加上675mV的极化电压,氧渗透过隔膜在阴极消耗,同时等量的氧在阳极产生,这个动态过程进行到两边的氧分压相同时达到平衡.此时两电极间的电流与氧分压成正比,二次表检测到此电流,再经过一系列变换,得到氧浓度和氧含量.同时,NTC(负温度系数热敏电阻)检测被测量液的温度,二次表采样后进行温度补偿,将氧浓度或氧含量折算成25℃时的值。阴极反应：O2+2H2O+4e→4OH阳极反应：4Ag+4Cl-→4AgCl+4e1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进水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CODPHTPTNNH3-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水质取水口出水区仪表小屋内部设备仪表安装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仪表安装选用带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：454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。权限管理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。实时工艺流程图显示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。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，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59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60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5运行监控拓展功能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生产监视61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2011-10-6

10：37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COD1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83分析机制初判原因解决方法