一,、城市污水處理信息化現(xiàn)狀
目前我國城市污水處理信息化具備以下幾個主要的問題：
1.現(xiàn)階段各污水處理集團的污水處理廠基本上都完成了廠級自控系統(tǒng)的升級改造,，配備了監(jiān)控組態(tài)軟件及自控設備維持水廠的基本運營，但是集團調度中心還沒有具備完善的整體調度管理系統(tǒng),。因此集團想對下屬分廠系統(tǒng)進行遠程維護,、故障排除、軟件升級,、控制策略優(yōu)化等操作將帶來諸多不便,，造成人力和物力的嚴重浪費。
2.在缺少整體調度管理系統(tǒng)的情況下,，集團中心的領導層想要了解下屬各個水廠的運營狀況,，只能通過下屬水廠定期上傳的一些簡單報表實現(xiàn)粗略的管理。因此無法對現(xiàn)場狀況做出準確及時判斷,，而且信息實時性很差,，如遇雨季洪水狀況將會對水廠的出水數(shù)據(jù)（如COD、PH等）產(chǎn)生一定影響,，集團中心的工藝工程師無法快速與現(xiàn)場關鍵數(shù)據(jù)進行比對分析并及時制定排污方案,。
3.現(xiàn)在集團中心對于下屬污水廠的管理模式較為簡單，只知道一個大致的投入與產(chǎn)出數(shù)據(jù),，而對于其中一些稍微詳細的信息卻很難了解,，用簡單的數(shù)據(jù)很難對下屬污水廠進行科學合理的績效評價。
4.現(xiàn)場視頻信息采集無法無縫集成到集團監(jiān)控中心,，因此無法實現(xiàn)現(xiàn)場設備操作和系統(tǒng)報警信息的雙重展現(xiàn),。
5.單一監(jiān)控軟件不具備處理海量數(shù)據(jù)的能力，而且其數(shù)據(jù)挖掘能力有限,，無法建立調度模型進行大規(guī)模仿真,，而且無法集成GIS地理信息系統(tǒng)。
因此想要實現(xiàn)城市污水處理信息化,，需要將所有底層現(xiàn)場的電氣控制,、過程控制、運動控制和數(shù)以萬計的儀器儀表測試系統(tǒng)都高度,、有機地融合在綜合自動化網(wǎng)絡上,。將從自動化控制和生態(tài)管理到企業(yè)全方位管理的信息數(shù)據(jù)全部集成，再不是過去的PLC,、DCS,、FCS的自動化孤島，實現(xiàn)了管理信息系統(tǒng),、生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)決策系統(tǒng)有機融合,。
二,、力控科技城市污水處理信息化系統(tǒng)
力控科技污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)采用ForceControl系列監(jiān)控組態(tài)軟件，實現(xiàn)對PLC,、儀表,、變頻器等設備采集數(shù)據(jù)，以及對污水提升泵電機,、閘門、電動\氣動閥門,、粗\細格柵電機,、鼓風機等設備的控制與管理。
污水處理現(xiàn)場數(shù)據(jù)采用GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡,、工業(yè)以太網(wǎng),、RS485總線等通訊方式經(jīng)由力控I/O Server實現(xiàn)設備的實時數(shù)據(jù)快速采集。數(shù)據(jù)具有動態(tài)圖形,、趨勢,、報表等多種豐富的可視化展示途徑，可將現(xiàn)場視頻信息與實時采集數(shù)據(jù),、報警信息集成在同一畫面顯示,。
SCADA系統(tǒng)能夠兼容各種不同廠家的硬件設備，方便系統(tǒng)改造升級,，充分保護用戶初期投資并給用戶設備選型提供便利,。提供快捷的分析工具使操作人員方便地完成數(shù)據(jù)存儲、查詢,、分析,、統(tǒng)計計算等操作，歷史數(shù)據(jù)能夠滿足設備管理,、工藝分析,、成本分析等需求，為統(tǒng)計計量部門提供真實,、有效,、及時、準確的數(shù)據(jù)依據(jù),，讓科學績效管理實現(xiàn)“有據(jù)可依”,。
系統(tǒng)主要具備以下功能特點：
★與各污水廠進行數(shù)據(jù)交互，匯總各類有價值數(shù)據(jù),；
★真實反映現(xiàn)場工藝與實時更新數(shù)據(jù),；
★診斷通訊鏈路，當網(wǎng)絡異常時實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存與斷電續(xù)傳,；
★提供生動逼真的畫面,，方便領導觀看與工程師了解現(xiàn)場工藝,；
★建立城市污水處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)大量高密度數(shù)據(jù)進行高速存儲與快速查詢,，為綜合分析提供條件,；
★提供多種開放性接口，便于其它第三方系統(tǒng)調用數(shù)據(jù),，進行相關分析,；
★在Internet網(wǎng)絡或局域網(wǎng)中將實時、歷史,、報警等數(shù)據(jù)以集成的方式進行發(fā)布,，用戶可在IE中實現(xiàn)瀏覽。
系統(tǒng)架構圖如下所示：
三,、實施方案
總體功能結構中,，生產(chǎn)數(shù)據(jù)獲取是基礎部分，如果不能獲取現(xiàn)場的生產(chǎn)數(shù)據(jù),，也就談不上數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,。同時，由于生產(chǎn)數(shù)據(jù)獲取要和生產(chǎn)現(xiàn)場的設備進行通訊,，并且不能影響現(xiàn)場的生產(chǎn),，因此設計方案要更為穩(wěn)妥。項目實施公司要擁有多年在控制系統(tǒng)領域的產(chǎn)品和服務經(jīng)驗,，對于控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取有較為成熟的方案,，實現(xiàn)方案如下：
對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸路由有兩種方式：
方式一：各污水廠通過工業(yè)安全防護網(wǎng)關采集污水廠工程師站的數(shù)據(jù)，向市調,、省調,、總部運營監(jiān)控管理系統(tǒng)分別主動上傳污水廠數(shù)據(jù)。
方式二：各污水廠通過工業(yè)安全防護網(wǎng)關采集污水廠工程師站的數(shù)據(jù),，數(shù)據(jù)送往市調度中心,，市調度中心數(shù)據(jù)送省調度中心，省調度中心數(shù)據(jù)送總部運營監(jiān)控管理系統(tǒng),，逐級傳送數(shù)據(jù),。
中心服務器：集團總部的管理網(wǎng)中加兩臺冗余的實時數(shù)據(jù)服務器，此服務器的功能是將控制系統(tǒng)接收,、壓縮,、計算、分析后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫,，向管理網(wǎng)的其他用戶提供歷史數(shù)據(jù)及實時數(shù)據(jù)的查詢功能,。系統(tǒng)不但要滿足現(xiàn)階段的業(yè)務要求，而且要滿足將來業(yè)務增長和新技術發(fā)展的要求,，要在原有設備繼續(xù)發(fā)揮作用的基礎上,，保證用戶能方便地增加或調整設備,，改善系統(tǒng)功能和性能，支持系統(tǒng)將來不斷更新和升級,，從而保護原有投資,。主機系統(tǒng)應具有良好的可擴展能力，滿足不同規(guī)模計算環(huán)境的要求,，并且能提供多種升級途徑,，給業(yè)務的不斷發(fā)展創(chuàng)造條件?？s放性是企業(yè)網(wǎng)結構要求中的重要方面,。企業(yè)業(yè)務的快速變化，用戶不可預測的需求都要求系統(tǒng)結構能適應這種情況,。這就意味著我們在初期設計中，投資重點要放在一個可縮放的結構上以及支持與它相關的軟硬件,。
Web服務器：遠程瀏覽,，使用pSpace Web Server或IIS等服務器的Web發(fā)布功能，可以將整個系統(tǒng)的實時信息和歷史數(shù)據(jù)圖表發(fā)布到局域網(wǎng)和Internet上,。
客戶端：實時顯示,，pSpace Client\ForceControl等軟件以動態(tài)工藝流程圖、圖表趨勢等形式實時顯示各子系統(tǒng)信息,；實時報警,，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫提供分級報警、變化率報警,、死區(qū)報警,、優(yōu)先級報警等多種功能；歷史報警,，數(shù)據(jù)庫支持報警記錄與查詢,、支持關系數(shù)據(jù)庫的報警保存；事件查詢,，保證相關人員實時掌握故障,、報警信息、操作信息等的記錄和查詢,；運行狀態(tài)統(tǒng)計與分析,、生產(chǎn)管理、曲線分析,。
省,、市調度中心服務器：各省市調度中心設置獨立的實時數(shù)據(jù)庫服務器，功能是將控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行接收,、壓縮,、計算,、分析后存入數(shù)據(jù)庫，向管理網(wǎng)的其他用戶提供歷史數(shù)據(jù)及實時數(shù)據(jù)的查詢功能,。
數(shù)據(jù)采集：根據(jù)公司維護的每個污水廠的實際情況,，從水廠操作站（工程師站）通過pSafetylink（安全防護網(wǎng)關）以OPC標準進行數(shù)據(jù)交換，把數(shù)據(jù)送入中心冗余數(shù)據(jù)庫服務器,，信息網(wǎng)絡與控制網(wǎng)絡實現(xiàn)互聯(lián)時,，如何保證過程控制網(wǎng)絡的安全就變成了一個嚴峻的問題。一旦實現(xiàn)了信息網(wǎng)絡與控制網(wǎng)絡之間的互聯(lián),，就相當于將控制網(wǎng)絡直接暴露給外網(wǎng)而面臨被攻擊的可能,。pSafetyLink是專為工業(yè)網(wǎng)絡應用設計的防護設施，用于解決工業(yè)SCADA控制網(wǎng)絡如何安全接入信息網(wǎng)絡（外網(wǎng)）的問題,。它與防火墻等網(wǎng)絡安全設備本質不同的地方是它阻斷網(wǎng)絡的直接連接,，只完成特定工業(yè)應用數(shù)據(jù)的交換。由于沒有了網(wǎng)絡的連接,，攻擊就沒有了載體,，如同網(wǎng)絡的“物理隔離”。由于目前的安全技術,，無論防火墻,、UTM等防護系統(tǒng)都不能保證攻擊一定被阻斷，入侵檢測等監(jiān)控系統(tǒng)也不能保證入侵行為完全捕獲,，所以安全的方式就是物理的分開,。對于有些工程師站不能授權OPC Server的，采用力控數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關通過協(xié)議轉換,，把采集數(shù)據(jù)主動送往相應的實時數(shù)據(jù)庫,。
網(wǎng)絡系統(tǒng)：考慮到公司與被檢測對象的地理分布情況，本系統(tǒng)采用VPN的網(wǎng)絡模式或者集團專用網(wǎng)絡,，組建大型網(wǎng)絡的應用,。虛擬私有網(wǎng)絡VPN(Virtual Private Network)出現(xiàn)于Internet盛行的今天,它使企業(yè)網(wǎng)絡幾乎可以無限延伸到地球的每個角落,從而以安全、低廉的網(wǎng)絡互聯(lián)模式為包羅萬象的應用服務提供了發(fā)展的舞臺,。
控制器：每個污水處理廠均采用可編程控制器PLC來實現(xiàn)邏輯控制功能,，其先進、高度緊湊的模塊化特點,，可以滿足各種現(xiàn)場控制需求,，大大提高了整個自動化系統(tǒng)的智能性。
四,、工藝簡介
以昌黎污水廠為例,，簡要介紹污水處理工藝流程。昌黎縣污水處理廠是被國家列入“三河三湖”、“渤海碧?！彼廴局卫淼闹攸c項目,。日處理污水能力達到4萬噸，污水處理后可達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A標準,，排放水質可直接用于農田灌溉,。初步污水處理工藝采用MSBR工藝即序批式活性污泥處理工藝；污泥處理工藝推薦采用帶式濃縮,、脫水一體機濃縮脫水,；消毒工藝采用紫外線消毒。污水經(jīng)處理后作為中水排入附近深化處理塘進行自然凈化,，最終全部回用,。該項目投入運營后，每年可以減少近千萬噸的污水排放量,，不僅大大改善該縣城區(qū)居民的居住環(huán)境,，而且對改善該縣及周邊地區(qū)的海域水質起到關鍵性的作用，對縣域經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義,。
系統(tǒng)以美觀,、友好的界面顯示設備運行狀態(tài)、流量,、水位、COD,、超聲波液位計,、溶解氧計、氧化還原電位計,、污泥濃度計,、電磁流量計等數(shù)據(jù)，并以仿真圖,、直方圖,、曲線圖和棒圖等多種方式清晰直觀地顯示各個敏感數(shù)據(jù)，方便用戶對各敏感數(shù)據(jù)進行歷史查詢和對比分析,。
系統(tǒng)具備多種報警功能,。當有報警產(chǎn)生時，系統(tǒng)會自動彈出報警窗口閃爍報警,，同時配以聲音報警,，具有強烈警示作用。
系統(tǒng)具備多種數(shù)據(jù)錄入方式,。用戶可根據(jù)自己的需要,，自由設置各水位、流量,、壓力等敏感數(shù)據(jù)的高高報警值,、高位報警值,、低位報警值、低低報警值,，并可設置開關量狀態(tài)等數(shù)據(jù),。
下圖所示為污水處理廠典型工藝流程：
1.粗格柵間
爬式粗格柵，進水經(jīng)過粗格柵間過濾一些大的固體雜質,，去除那些可能對水泵有影響的無機物,。需要監(jiān)測格柵水位差、進水流量,、進水酸堿度,、進水COD、提升泵狀態(tài)等參數(shù),。
工藝流程如下圖所示：
2.細格柵間
細格柵的間距比粗格柵小,，為4mm，主要作用是進一步攔截污水中的污物,。需要檢測格柵水位差,、流量、泵狀態(tài)等參數(shù),。
3.SBR反應池
SBR工藝即序批式活性污泥法,，污水的曝氣、沉淀等單元操作在單一生物池中按照時間有序反復進行,。根據(jù)污水進水方式,、有機物負荷范圍、生物池形狀等的不同,，存在不同的改良方式,。需要檢測液位、溶解氧,、污泥濃度,、閥門、泵狀態(tài)等參數(shù),。
4.鼓風機房
鼓風機房負責對反應池進行鼓風曝氣,，該鼓風機房設置3臺鼓風機，兩用一備,。需要檢測閥門,、鼓風機狀態(tài)等參數(shù)。
5.加氯間及接觸消毒池
污水出廠前采用液氯消毒,，經(jīng)接觸池后出水由管道排向大海,。需要監(jiān)測加氯機狀態(tài)、氯氣濃度、氧氣濃度,、出水流量,、出水cod、電子秤重量,、濁度等參數(shù),。
6.脫水機房
先加藥劑絮凝，攪拌使污泥沉降,，沉降的污泥經(jīng)帶式壓濾機脫水,，并壓成泥餅，經(jīng)螺旋輸送機送至污泥堆外運,。污泥沉淀后的上清液再輸送到反應池反應,，進一步去除其中的N、P物質,，同時在污泥脫水間外設沖洗加壓水泵,。需要監(jiān)測污泥的流量、脫水機狀態(tài)等參數(shù),。
五,、水務集團中心運營調度管理
水務集團遠程運營績效管理中心采用力控大型SCADA軟件以B/S、C/S混合模式友好直觀地顯示界面,，實現(xiàn)生產(chǎn)工藝圖形化實時監(jiān)視,，各種能耗實時顯示；同時系統(tǒng)對污水處理廠關注的節(jié)能降耗問題進行了針對性設計,，采用多種科學手段進行優(yōu)化控制,，例如泵站機組聯(lián)編控制、優(yōu)化調度,，降低能耗，延長機組使用壽命,；自動分析水質數(shù)據(jù)情況,，計算合適的用藥比例，節(jié)約用藥成本,；曝氣池溶解氧濃度的穩(wěn)定控制,，降低曝氣系統(tǒng)能耗等。
設備和備件等資產(chǎn)全面實現(xiàn)維修,、養(yǎng)護,、庫存管理，對資產(chǎn)變動過程進行跟蹤和記錄,，提供完善的各類報表,。設備(儀表)養(yǎng)護流程、設備(儀表)維修計劃、設備潤滑計劃等完全自動化管理,。生產(chǎn)設備實現(xiàn)了科學化,、規(guī)范化、信息化的管理,，延長了設備使用壽命和提高了設備的使用效率,。
系統(tǒng)能通過內嵌的能源計量管理模塊和生產(chǎn)計劃模塊自動對生產(chǎn)運營直接成本和綜合成本進行分析比較，協(xié)助管理人員找出能夠實現(xiàn)效益優(yōu)化的生產(chǎn)管理方案,。并可根據(jù)使用方提供的算法模型,，隨時自定義生成和系統(tǒng)結合的多種智能輔助分析工具。
優(yōu)化調度,，節(jié)能降耗：針對生產(chǎn)運行中能耗重點單元（泵房,、曝氣池、加藥系統(tǒng)等）,，提供專家性優(yōu)化調度方案,。提高處理效率，系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能降耗,。
系統(tǒng)可自動采集,，統(tǒng)計分析報表自動生成，預置流程數(shù)據(jù)報送,。同時可根據(jù)使用者要求進行生產(chǎn)報表報送流程自定義,，用戶權限隨時進行任意格式數(shù)據(jù)報表導出，為管理決策隨時提供一手資料,，極大緩解人力勞動,，減少企業(yè)人力成本。
六,、總結
通過整套信息管理調度系統(tǒng),，調度中心可實時獲取各個分廠數(shù)據(jù)，運用力控SCADA軟件平臺保證了數(shù)據(jù)的及時性,、準確性,，減少了以往人為統(tǒng)計所帶來的誤差和失誤。隨著自動化系統(tǒng)的投入運行,，減少了大量人力支出,，為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了有力保障。
未來水處理控制系統(tǒng)將是集計算機技術,、信息技術,、自動化技術、網(wǎng)絡技術,、智能化于一體的系統(tǒng),。水處理工業(yè)自動化控制的網(wǎng)絡化作業(yè),、智能化作業(yè)將成為未來發(fā)展的主要優(yōu)勢。
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