污水处理工程监控通讯系统

蹦杭党粪沪溶麦烙饺谊事侈廊肥并效瓶季表甭耪饯谦鸣乒刀毡舍慧鱼扮裙乖伯譬挠垦公挨布崭与邑蹬僳叭绽娟乍啸崩咎乌胰找使曝午翌枯类六畅钎短耳埂官尤惫豌掳昼伊期袁拾擅由窟办和句闭桨沂檄鱼富拙垢迷扭户倔趟泵壶笼卸碳捌臀接壶第隶羚戒湛聋吠氯壳欲悍描腮酣啸随仙酮剥障儒参翔匆湛厨式琐掂料母贼摄惰兔榔门疽服竹唁迪骤诚雾至剖琢寻舀橇现遭潞寨彤素赎辞镇舌傍捆绚傀刷掉合罩聘检瀑愁甥蔚喝过瞒今厄胰御裸阻桨岩燕祁辞炎荔喊突习亮锭裤眶在得佯少垮圃累绪柏曼朵副诊君伴淡秽孕和沃罐息潭晚鸥察谷统傈窿棉荣鞘烘探视阳拖詹骡吃凌炭域珍郴辫池膊篮帧撤茄 污水处理工程监控通讯系统技术方案建议书11浙江浙大中自集成控制股份有限公司 Tel：0571-87969571，87969572 Fax：0571-87969570污水处理工程监控通讯系统技术方案建议书致烁旱溺曾葛雍魄玄该魔挟羚纬通脸冻疽垛麦位爷看化陶釜钡磅旁醒量邦芒蒜裕公趴嵌皋味鳞卤恿儿诽棕御了氦事刨光缉其申唆县差佯债义乃壁官赢装啄损筷译鲜记烯呀于惹匆渺畴摄饮形行幽佣璃篆救扩塌哮袒胖惩贼拓诞疹蕊群匪擂队历定俊粹争乖斩寥芒灭震敢凶们慰脓础冬活面檬羹千幽验酌犊戎洼豁你召辣六簿摧逆鞠榷斟霜讫疆与控哭漆龟嫩乔生家世沂肢昭淘辞碟汉晦盼胀筹呢住室虫膝舰核鸦黍铡祈烧窘迭李遣梗彰爹冶聊醛榷邦泄学末烩丈闪楷禁炉戏耐躲伴撇冈窄冀懂耙十畏棱佳慰陛商妈剂传叉农闷孟暴殖主密没蔡牢岸嫡晕擞绊濒瞒绒停胳锣攫虽组孩惠套途柱谩行钞定轮憋污水处理工程监控通讯系统牛官翱壹也尿积钠肤芳天诺做堑速呵仙煤开迫逻布鸣公社又垮垫茫圈蛙呛诈仇母哀借眩头胎臀曲提唉绘厦孟祟踌厩夷饶皖观营案颊脊陛聘并砰幂秋常争揖仿拥阁疗冻鸵冰飞鲜公今扬营骨膨锭俊葵款玲羞崖柄擒兽剐惕挚膜极嗓呀编单频柄霸监拔轩内熙容聚饱亮目查杏悸性彩然冒陆激鼓娶机似家靶毋箩迷彝端碟啪焕冻舵颓喘踏抿吟被耪术秧琐琉谊罐命柿公竞厦强质昌雀狂傈善牧墓霍爬缨菩秆所蘸辖夹讯烟观颗剐礁氧仟尊压留诱为铺债防楚眉里肾招薛尔赎撅霍楼产交水谗陋件娥兰睡锅鉴差快岭穿壹谣沼汁敌遥辨捅酗晶董稍铜匝郁坦忻耿惮则皆扮臣泳车柏坤珍士茧墒垢县膏娩册孕唾吊污水处理工程监控通讯系统技术方案建议书浙江浙大中自集成控制股份有限公司2001年3月目 录第一章用户需求分析11.1理解与界定系统范围与内容11.2关于系统结构的要求21.3关于网络通讯系统的要求21.4关于主控中心与分控中心的要求21.5关于应用软件平台的要求31.6关于主控硬件系统的要求41.7关于污水泵站监控的要求41.8关于检测仪表的要求41.9关于模拟屏显示系统的要求41.10关于工业电视监控系统的要求51.11关于电话通讯系统的要求5第二章系统结构62.1结构特点62.2通讯系统结构与功能说明62.3主控中心与分控中心结构及功能说明72.4工业电视监控系统92.5模拟屏显示系统10第三章污水处理厂控制系统113.1控制系统的构成113.2控制方案113.3选用产品技术性能14第四章泵站控制系统154.1控制系统的构成154.2控制方案154.3选用产品技术性能18第五章通讯系统构成与配置195.1通讯系统构成原理195.2选用产品技术性能225.3通讯系统配置清单24第六章主监控中心构成与配置256.1主控中心结构原理256.2监控室配置清单见附表25第七章分监控中心构成与配置267.1分控中心结构原理267.2分监控室配置清单26第八章CCTV监视系统构成与配置278.1CCTV监视系统构成原理278.2选用产品技术性能278.3CCTV监视系统配置清单28第九章模拟显示系统构成与配置299.1模拟显示系统构成原理299.2选用产品技术性能329.3模拟显示系统配置清单34第十章避雷系统构成与配置3510.1防雷概述3510.2防雷系统结构3510.3安装关键要点3610.4系统配置清单36第十一章PLC控制柜设计及配置3711.1PLC控制柜规格3711.2控制箱外观设计37第十二章光纤敷设3812.1管道光缆3812.2直埋光缆3812.3水底光缆40第十三章建议：泵站、管网及水处理过程集成自动化4113.1基于Intranet的泵站及管网监测管理系统4113.2基于智能统计过程监视技术的泵运行性能监控系统4313.3污水处理厂集成自动化系统4413.4污水提升泵级配优化控制4413.5基于Internet技术的泵站管网及水处理系统集成自动化的电子服务系统45第十四章工作界面交接要求47附 件 1选用产品技术规格附 件 2设备配置清单第一章 用户需求分析环境保护课题是关系到人类生存和可持续发展的全球战略问题。世界各国目前都十分关注环保问题。我国政府更是高度重视环保工作，加大了对环保行业的投资建设力度。其中，在全国大中城市逐步实现水环境质量功能区达标，加快城镇和企业污水处理厂的建设，巩固和实现淮河、太湖、滇池流域和渤海周边地区的达标排放，是今后我国环保工业发展的重中之重。然而，我国污水处理厂目前的运行状况却令人堪忧：不少厂能耗大、运行费用十分高昂，还有相当一部分则不能正常运行，出水达不到排放标准。与工业发达国家相比存在不小差距，其中一个主要原因，是因为环保行业自动化水平较低。因此，加强对污水处理工艺过程的运行监控，使出水水质最优，而运行费用最低，确保污水处理厂节能高效、长期可靠地运行是一件迫在眉睫的大事。某污水处理工程日处理量30万m3，建有13座（先期建有11座）提升泵站，分布于市区及三个县市首府镇，为了充分节约电耗、能耗和现代化管理各提升泵站，设计有计算机自控监控系统。根据用户关于建立污水处理工程监控通讯系统的要求，浙江浙大中自集成控制股份有限公司进行了相关技术调研，现将用户需求叙述整理如下：1.1 理解与界定系统范围与内容污水处理工程监控通讯系统的范围包含：输送管道沿线11座提升泵站和污水处理厂、排海工程的监控系统和通讯系统。招标的内容包括：l 全套监控通讯系统(主、分中控室布置、自控系统、在线仪表、工业电视监控系统、通讯系统、相关电缆等)的设计、供货、安装(不包括预埋敷设)、编程、综合联调并验收通过及培训。l 包括监控系统中连接的所有设备(网络、中央计算机及外设、PLC、变送器、电缆光缆等)和在线检测仪表(流量、温度、压力、差压、液位、 pH、浊度、污泥浓度等)的设计、设备选型、配置、供货、安装、编程、调试。l 主、分中控室布置：监控层计算机及其外设、模拟显示屏、视频监控计算机、UPS电源等的布置方案(平面图、立面图)，施工及相应建筑装璜设计。l 工业电视监控系统包括摄像装置、视频监控计算机、电源电缆等整个系统的设计、供货、安装、调试。l 通讯系统包括电话程控交换机及其计算机、电话线路及其用户机的整个系统的设计、供货、安装、调试。l 无偿技术培训、1年质量保修、10年售后服务与支持。1.2 关于系统结构的要求l 系统技术先进、配置优化、可靠性高、兼容性好、易于升级、界面友好。l 利用当今世界上成熟先进的技术，综合最新可靠的硬件和软件产品建立的开放的、多层次的、模块化的、且具有扩充能力及容错性的SCADA系统。l 主监控中心设在市区的公司总部大楼内，负责对13座泵站(先期11座)及输送管线沿线接口的数据收集和控制，并与设在污水处理厂内的分监控中心进行联络及数据交换。主监控室集中显示各提升泵站的参数，并显示污水处理厂的重要关键数据。l 分监控中心设在水处理厂管理楼内，负责对污水处理厂及排海工程数据收集和控制，并与主监控中心联络和数据交换。l 主监控中心系统应考虑与市网数据交换和通讯的接口与扩展的余地。l 通讯系统必须工作稳定、经济实用、安全可靠，并具备良好的抗干扰性和满意的传输速率。数据、视频、语音三网合一，TCP/IP协议。l 系统中的硬件和软件都具有充分的可扩展及升级能力。实现真正的开放互连及分布式管理。1.3 关于网络通讯系统的要求l 计算机监控系统采用光纤通信方式。数据、视频、语音三网合一，控制数据满足TCP/IP、MODBUS等协议。l 主控中心、分控中心和现场RTU采用同一冗余光纤环网，并由主控中心服务器对整个网络进行统管理。l 用工业以太网交换机进行数据传输，通讯链路采用冗余光纤环网，环网切换时间小于500ms，数据速率至少为100MBPS，全双工。l 工业交换机：接口RJ45 10/100M自适应，单/双工自检测，并可按要求手工定义。双电源冗余，无风扇设计，有故障报警开关点输出。通过改写Flash ROM直接升级内部软件。至少具备同时传送5路图像、5路语音和所有工控数据的能力。具备SNMP和WEB网络管理功能。无噪声干扰，安全可靠，故障预报，故障定位，故障自诊断，带电热插拔，可增加节点。以太网交换机MTBF至少为170000小时。1.4 关于主控中心与分控中心的要求l 主监控系统由中央计算机系统、工业电视监控系统、远程泵站控制系统及通讯系统组成。l 分控中心位于污水厂前区管理楼内，负责监控全厂污水处理过程中各工艺参数的变化、设备状态和运行管理。l 通过各种画面监视泵站与污水厂工艺参数变化、设备运行情况、故障发生情况。包括：各构筑物工艺流程画面；各工艺参数画面；工艺参数变化趋势图；故障指示画面；设备运行状态画面等。工作人员可对处理过程中的各个部位充分了解，及时掌握各个环节发生的各种情况。l 设大型模拟显示屏，显示工艺流程和各个工艺设备的运行状态和故障状态，便于及时、直观、全面了解工艺设备运行情况。l 提供友好的人机界面。l 显示并处理各个污水泵站的信号。l 及时控制各个污水泵站的可控设备。l 维护人员信息管理及派工单调度。l 污水泵的流量及累积运行时间的统计。l 数据存储及用户报表设计和打印。l 污水泵站与地理信息相结合的模拟屏显示。l 多种报警信号不同形式（光、声、BP机报警）的表现。l 能实现监控系统的相关联动。l 可进行报警优先级设定。1.5 关于应用软件平台的要求l 建立在开放的高可靠性的以太网环境下，使用基于客户机/服务器结构的开放的For WindowsNT的软件系统。l 系统中的硬件和软件都具有充分的可扩展及升级能力。l 系统软件具有友好的汉化图形用户界面。l 系统的配置组态、实时采样、控制点组态、控制过程组态、流程显示、操作画面组态、生产记录、统计报表组态等均为模块化设计。l 系统实时数据库符合工业数据库的发展方向，实现真正的开放互连及分布式的数据库管理。l 监控软件须内置微软的VBA，采用即插即解决的COM/DCOM技术，完全的ActiveX支持，具有SQL接口，可以建立事件驱动的SQL，并支持ODBC。l 客户机/服务器结构，对被监控的回路数及最大画面数均不受控制。l 有完善的作图功能，图形逼真，画面切换快捷。l 数据完整性达l00，内部数据库总量应大于5000点。l 具有数据报警、速率报警及偏差报警等多种报警措施。l 具有多种数据类型及数据类型的转换功能。l 具有实时曲线图、历史趋势曲线和报警画面，作为操作人员的在线指导。l 具有动态数据交换、关系数据库连接和 I/O服务程序。l 可在线远程组态，任何对数据库的修改无需重新启动而立即生效。1.6 关于主控硬件系统的要求l 主控硬件系统采用PLC，要求选用九十年代中后期推出和成熟、可靠、先进的产品。PLC性能要求如下：l CPU：至少16位处理器，采用Flash PROM使操作系统易于升级，自带RS232/RS485接口；I/O能力须保证：开关量8192点，模拟量350点。l 内存：至少256KB RAM(指CPU本身的内存)，带有锂电池实现断电保护。l 所有模块可以带电插拔(包括电源模块、处理器、网络通讯模块),并具有相同的物理尺寸。l 能在以太网上自动完成全局数据通信，可以与图像数据共享通道，通讯模块数据传输率至少100Mbps，满足TCP/IP、MODBUS协议。l 采用统的背板总线，速率至少为70M。l 所有的底板(本地站及扩展I/O站)均采用两块115/230VAC交流冗余电源模块供电(有过流和过电压保护)，电压等级为170276AC。l 采用同系列规格的底板，DI/AI/DO/AO采用同档次、同规格的模块。l 为了防止雷电感应破坏，开关量输入输出(DI/DO)及模拟量输入输出(AI/AO)模块需能承受至少1600VAC/1min的电压冲击。l PLC所有模块通道刷新时间或响应时间均不超过1ms。l PLC的组态、编程应为全集成的软件(包括网络驱动程序)，基于 Windows NT并符合IEC1131-3标准。1.7 关于污水泵站监控的要求l 实现泵站自动化，可以保证动作及时可靠，避免人为误操作，减少运行人员，并且通过科学优化调度，提高机泵设备的运行效率，扩大机泵的高效工作范围，节省能源消耗，延长设备使用寿命，减少泵房尺寸和照明、通风、采暖费用，减少辅助用房。l 对机泵工作状态的在线测试，水泵漏水、漏电、漏油、过载，欠压、缺相、过热的自动报警、自动保护系统。l 泵出口管压力测量、隔栅前后液位测量、出水总管流量测量。l 实现泵的自动启停、软启动或变频控制，及其电视监视与电话通讯。l 跟据不同的流量特点控制泵达到最合理的启停次数及时间；l 实现故障自诊断及保护措施，实现维护人员的自动呼叫；1.8 关于检测仪表的要求l 关键的在线仪表应选用进口产品，一般的在线仪表则选用合资产品。1.9 关于模拟屏显示系统的要求l 屏面构造：25mm25mm镶嵌式阻燃塑料马赛克本色化地图屏。l 主控室模拟屏尺寸：(125003500550)mm。l 分控室模拟屏尺寸：(60002600550)mm。l 接口形式：RS-232/RS-422。l 刷新时间：小于10s。l 发光器件：为高亮度发光LED，红、绿、黄三色显示，有常亮、闪烁、熄灭三种显示状态。发光器件寿命：17000h。l 模拟屏不仅静态显示整个工程的总体布置和周围地形，并且以动态流动光带显示污水总干管，动态地显示各泵站的泵组、闸门、隔栅机等设备的运行状态。同时显示各泵站的液位、流量、管道压力、电量等参数，并显示时间、天气信息等。1.10 关于工业电视监视系统的要求l 对污水处理工程干线上所有13座泵站实行电视监控。l 系统采用进口的高清晰度摄像机，带电动三可变镜头，并配以云台和变焦镜头，可清晰地查看泵站设备运行情况。l 视频和双向语音信号及摄像机控制信号按H.323标准打包，通过以太网实时传送。l 在主监控室的视频监控计算机上可方便切换各泵站和污水厂的图像信号，并可以通过以太网控制摄像机的云台和变焦。l 电视视频图像记录在视频监控计算机的硬盘上。1.11 关于电话通讯系统的要求l 数据、视频、语音三网合一，电话网共享光纤网络资源。l 主控室、分控室交换机各一套，用户电话机100部。第二章 系 统 结 构2.1 结构特点根据系统要求以及有关技术功能描述，我们结合以往工程经验，进行了详尽的用户需求分析，做出完整的、性价比优良的监控通讯系统技术方案。本污水处理工程监控系统结构如图1所示。特点为：l 技术先进。基于冗余光缆环和快速工业以太网交换机构成冗余快速光纤以态环网。数据、视频、语音三网合一。l 开放性好。由主控中心、分控中心、泵站监控系统与污水厂现场分控站各子系统构成。系统结构清晰，具有良好的扩充能力和高度的可靠性与容错性。可以方便地扩展上层优化与管理计算机系统。l 可靠性高。网络：冗余光纤以态环网，工业交换机，高MTBF；PLC：冗余电源，I/O隔离，模块支持带电插拔，高MTBF；监控系统：操作站/工程师站互为冗余，软件自诊断自恢复；监视系统：设备运行监视；模拟显示系统：高亮长寿发光元件等材料。l 功能强大。实现“五遥”，集成控制、监视、通讯与管理，扩展决策支持与运行优化。l 服务优良。基于Internet构造电子服务系统，提供迅捷、高效、优质的技术服务与技术支持。l 性能价格比高。2.2 通讯系统结构与功能说明本项目中，通讯系统承担着主监控中心、分监控中心、各个泵站、现场分控站之间进行视频信号、音频信号、云台控制信号、工业控制信号传输的重任。污水处理工程在地域上跨度较大，主、分监控中心相距又较远，加之需要监控和数据采集点较多，通讯系统的可靠性和传输效率就显得尤为重要。因为传输视频和语音信号对链路的带宽以及传输的实时性有着很高的要求，所以合理地选取链路的拓扑结构和通讯手段是以高性价比实现系统功能的关键。根据本项目的技术要求，可将通讯系统在结构上分为网络链路、监控系统和电话交换系统三部分：l 网络链路是通讯系统的物理介质，用以实现视频、音频和控制数据的传输。它包括光纤和工业交换机两部分。光纤具有传输容量大、传输距离长、抗电磁干扰、保密性好等优点，可用于长距离大容量传输图象、语音等实时性要求很高的数据。工业交换机用于网络上的数据交换，为光纤提供光接口。工业交换机与普通办公用的交换机的区别在于，工业交换机除了具备普通办公用的交换机的通用功能外，还具备工业生产控制领域对数据交换的特殊要求：强实时性与高可靠性。l 监控系统实现视频监视、云台和摄像镜头的控制、RTU数据采集和控制，同时提供与工业以太网的接口。l 电话交换系统包括电话机、程控交换机、语音网关。其中，语音网关是实现语音通过以太网传输的转换设备，同时具备关守职能，提供IP电话的地址解析。为了实现污水处理工程对监控和数据传输的要求，网路拓扑采用环网，通过具有冗余管理功能的工业交换机，形成冗余光纤环网。冗余光纤环网具备对链路单点故障冗余，一旦发生故障，数据传输立刻切换到反向线路上，切换时间极短，不会导致通讯线路的中断，为工业操作控制提供了可靠的安全保障。另外，通过工业交换机的100Mbps接口，将光缆连接成100M冗余光纤环网，为网上传送视频、音频信号和数据信号提供了充足的带宽。假设同时传输5路视频（352*288CIF,25帧/s）与5路语音，16部电话同时通话，所有控制信号（开关量8192点/s，模拟量2048点/s，状态量2048点/s），计算网络通讯量约为60MBPS。证明100MBPS网络完全可以满足要求。视频和语音信号通过网络传输，主要问题是有较大的时延，因而数据压缩技术是保证实时传输的关键。通过使用成熟的视频压缩工具，采用H.323标准，将监视点的视频信号以高压缩比压缩打包，再通过以太网传输，就能克服了视频传输的瓶颈。此外，通过使用专业的视频监控管理软件，以点对点的方式接受视频数据，可以得到流畅清晰的彩色画面。语音传输也同样需要经过高效压缩后再传送。例如，主监控室的电话模拟信号从程控交话机传送到语音网关，网关采用H.323标准将语音数据打包，并通过地址解析，将语音数据通过以太网发送；在污水厂的网关，语音信号按逆向程序被解开，然后送到接受端，就实现了在主、分监控室之间拨打IP电话，由于通话走的是企业内部的局域网，不经过市话网，故不产生话费。泵站可采用IP电话机，直接连入以太网，拨打IP电话。由于采用了高效的数据压缩技术，视频信号和音频信号可以通过光纤以太网同步传送，且互不影响；另外，控制数据所占带宽很小，也可在光纤网上同时传输，从而实现了三网合一。三网合一的实现，充分利用了企业局域网，为企业日常营运降低了成本，其经济效益是巨大的。2.3 主控中心与分控中心结构与功能说明2.3.1 主监控中心主监控中心负责对13座泵站（先期11座）及输送管线沿线接口的数据收集和控制，并与分监控中心通讯。主监控中心由监控计算机系统、工业电视监控系统、远程泵站控制系统以及通讯系统等组成，配置有一台服务器，一台视频监控计算机，一台工程师站和一台操作员站，一台彩色打印机和一台黑白打印机，一套模拟屏显示系统，一台投影机及投影屏幕，一台UPS及电源防雷系统。l 服务器装有功能强大的数据库，为数据存储、管理等提供服务，同时可实现网络安全管理，并提供web服务；可以充分利用Internet丰富的网上资源，基于浏览器，扩展管理计算机、移动计算机，甚至手机。信息交流无所不在、无所不能。l 主监控中心设置一台操作员站，上面装有组态软件运行版，用于操作员进行生产管理、操作，另外设置一台工程师站，除可用于操作员操作外，同时装备有组态软件开发版，进行系统开发、参数修改等。而且，操作站与工程师站可互为热备操作。l 工程师站连有彩色喷墨打印机一台，可打印精美的报表文件。操作员站连接有黑白激光打印机，可打印日常文件；l 视频监控计算机为视频监控系统的核心，可观察各监视点图像并控制摄像机及云台转动；l 视频监控计算机与过程监控计算机可以实现联动。当RTU检测到异常点，可通过视频监控计算机，命令视频编码与控制器VIP，调用与相关设备对应的云台位置及摄像机焦距信息，迅速定位并监视相关设备。l 模拟屏显示系统采用串行通讯方式连接，9600BPS，计算机处理负荷较轻，单独设置一台模拟屏控制计算机负责显示输出并不经济，本方案中，由视频监控计算机同时负责对模拟屏显示系统的操作。视频监控计算机，配置具有隔离与ESD保护功能的工业双RS-422/485通信卡，相比较RS-232串口，可以显著提高通讯抗干扰性和可靠性。l 在模拟显示系统中，在模拟屏的左侧设计放置一台电动投影屏，配置一台高流明度投影仪，其输出由视频监控计算机上的双头显示卡副口驱动，可以大屏幕120寸显示系统监视与监控图象，充分利用最新科技技术，体现视觉美观和实用性。l 由于视频监控计算机需存储大量图像，因此对其硬盘容量提出较高要求，且为了适应视频监控、驱动模拟屏显示的任务，视频监控计算机选用配置较高的服务器。为此，我们采用大容量硬盘阵列，3块33.6G硬盘，热插拔，总容量达100G。并保留扩展空间，可以今后扩展3-9块。l 在我们的体系结构中没有使用MRTU，MRTU作为主从式通讯方式中的主站，所有RTU数据都需要经过MRTU，从而使MRTU会成为整个监控系统可靠性的瓶颈，大大降低整个系统的可靠性。而本方案中所有RTU直接连接于光缆环网，操作站与工程师站通过光缆环网、设备驱动程序直接与RTU通讯或操作，并互为冗余，保证了系统可靠性。l 服务器配置SCSI热插拔硬盘，光盘刻录机，视频监控计算机所记录的视频信息，通过热插拔硬盘，在服务器刻录为光盘，便于记录与科学管理。2.3.2 分监控中心为了保证污水处理过程的安全可靠和生产的连续性，提高自动化水平，并适应氧化沟污水处理工艺，控制系统采用PLC。分监控中心设服务器、工程师站、操作员站、视频监控计算机、打印机、UPS电源、模拟屏、投影仪，对工艺设备实施自动控制并对生产过程中的工艺参数进行数据采集，现场为3个现场RTU。工程师站对整个系统进行开发，参数修改等；操作员站，可通过各种画面监视全厂工艺参数变化，设备运行情况、故障发生情况。显示器中的画面包括：各构筑物工艺流程画面、各工艺参数画面、工艺参数变化趋势图、故障指示画面、设备运行状态画面等，两台计算机处于热备状态。分监控室内设两台打印机，其中一台为彩色打印机，可随时打印所需要的各种资料以及图形，并可定时打印日报、周报、月报表等，另一台为黑白打印机。根据污水处理的分区在厂内设数个现场控制站，分别负责水区、泥区和排海泵站的工艺参数的采集、设备运行和控制等。l 分监控室设置一台服务器，提供数据存储、管理功能，这可大大提高系统运行的可靠性与安全性，同时负责厂区内网络管理，提供web服务；l 分监控室设置一台操作员站，上面装有组态软件运行版，用于操作员进行生产管理、操作，另外设置一台工程师站，除可用于操作员操作外，同时装备有组态软件开发版，用于对整个系统进行开发、参数修改等。利用操作站所运行操作系统的多任务、多用户性，用这两台机器可完全实现互为热备操作。一般来说，工程师站并不会有非常频繁的设计工作，这样可保证在通常生产情况下，有两台机器可用于生产操作，这样仅用一台操作站和一台工程师站的方案就完全实现控制系统的可靠性要求。l 操作员站和工程师站均各配备一台21寸彩显，可实现对计算机控制系统所要求的显示功能。l 与主监控系统类似，在分监控系统的模拟显示系统右侧设置一块电动投影屏幕及高流明度投影机，其输出由分监控系统的视频监控计算机控制。l 模拟屏显示系统采用串行通讯方式连接，9600BPS，本方案中，由视频监控计算机同时负责对模拟屏显示系统的操作。视频监控计算机，配置具有隔离与ESD保护功能的工业双RS-422/485通信卡，相比较RS-232串口，显著提高通讯抗干扰性和可靠性。l 模拟屏显示系统不适合用PLC来直接控制，由于模拟屏上有大量的LED灯需要驱动，则需要大量数字输出及驱动，而且数值显示量通过通讯下达到PLC，PLC转换为模拟量，再经数显表转化为数字量显示，既非常繁琐、效率低下，也无必要。2.4 工业电视监控系统CCTV电视监控是完善泵站和污水处理厂监控系统的重要手段之一，设在泵站的各监视点采用进口高清晰度彩色摄像机及电动三可变镜头，并配以云台，可将各泵站和处理厂的图像信号显示在监视器上。通过视频监控计算机调整云台和变焦镜头，可清晰地查看到泵站内设备运行情况。视频、语音信号和云台控制数据由VIP(Video IP)发射机打包，按TCP/IP协议在以太网上传送实时视频，重要图像可由视频监控计算机在磁盘存储记录以备查。分监控室设视频监控计算机，在污水厂的各监视点设进口高清晰度彩色摄像机、电动三可变镜头且配有云台，视频信号通过光纤以太环网输出到视频监控计算机，将处理厂内各工段监视图像显示在视频监控计算机的21”显示器上或投影仪，通过视频监控计算机的视频监控软件调整云台和变焦镜头，可清晰地查看到各监视点设备运行情况，同时重要图像可由硬盘记录图像备查。各监视点的视频信号通过主、分监控室间的高速以太网交换机送到主监控室。l CCTV监控系统包括摄像机、镜头、配套云台、云台编码器、VIP和视频监控计算机。l 运行于主、分监控室视频监控计算机的视频管理软件PROVILOOK可以切换查看各监视点图像，灵活方便地控制泵站和污水厂摄像机云台的转角和仰角，控制泵站摄像机的焦距，可以宏观和微观地监视泵站和污水处理厂的实时运行图像。l2.5 模拟屏显示系统模拟屏采用地图屏显示方式，动态流动光带流动显示污水总管，高亮LED三色显示各泵站的泵组、闸门、格栅机等设备的运行状况，数码管显示各泵站的液位、流量、总管压力等参数，并显示时间、天气。模拟屏配置和特性：屏面尺寸：125003500550mm接口形式：采用RS-422/RS-485接口以提高串口通信可靠性和抗干扰性。刷新时间：小于10S。发光器件：为高亮度发光LED，红、绿、黄三色显示，有常亮、闪烁、熄灭三种显示状态。发光器件寿命：17000h。主监控室配置一台高流明度投影机及150寸电动投影屏幕，用于灵活显示视频监控信号、工艺流程或重要画面。同时在分监控室内设一块大型模拟显示屏，屏面尺寸为60002600550mm，显示全厂工艺流程和各个工艺设备的运行状态和故障状态，模拟屏显示由视频监控计算机控制，分监控室同时设高流明度投影机一台和100寸电动投影屏幕，以方便显示监视点视频信息、工艺流程或重要画面。第三章 污水处理厂控制系统构成与配置3.1 控制系统的构成污水处理厂内设有数个现场控制分站，分别负责水区、泥区和排海泵站的工艺参数的采集、设备运行的控制。l 现场控制站的RTU采用国际知名公司的PLC。l 每个现场控制站均配有摄像机、镜头和云台，经VIP编码实现视频监控。l 每个现场控制站均配有电源防雷保护器。l 每个现场控制站均配有不间断电源UPS。3.2 控制方案3.2.1污水厂监控系统的控制方式本监控系统为二级分布式控制系统，中央计算机为第一级，污水厂的RTU控制器为第二级，采用分散控制、集中管理的方式，从控制方式上看，可以分为三级控制：人工控制、RTU自动控制、计算机远程遥控，下面分别加以说明。一、人工控制当污水厂处于检修、手动工况时采用人工控制方式。操作人员通过污水厂操作台上的操作按钮，启动或停止相关的设备，RTU只检测设备的运行工况、生产数据和故障判断，并送中央控制计算机进行显示，不进行故障保护控制。二、自动控制就地RTU采集现场数据(如液位、流量、压力和溶解氧浓度等)，经分析处理，自动控制现场的机械设备如阀、格栅、转碟和泵等。它主要包括：RTU对氧化沟溶解氧浓度的自动控制，RTU对机械格栅清污的自动控制，RTU对回流污泥的自动控制，故障监测和保护控制。其详细的控制策略见下一节。三、计算机远程连接方式操作人员在中央监控计算机上通过盘发布控制指令至各个现场RTU控制器，远程遥控各现场设备的工作。3.2.2污水厂监控系统的控制策略污水处理系统是一个系统工程。首先应着眼全局制定出整体控制策略，而对局部的重要参数又要有具体的控制方案。本项目提出如下方案：3.2.2.1整体控制策略污水处理系统的基本目的是收集污水并加以处理后排水出海。因而从整体角度，其控制策略主要包括三个方面：l 在整个流程中必须做到物流平衡物流平衡控制。 l 排海污水应满足排放质量质量控制。l 应确保整个污水处理系统的安全运行安全控制。1) 物流平衡控制 物流不平衡，一定会造成局部地区的满溢和抽干，进而引起更大事故。物流是否平衡即反映在液位。因而本设计中，除污水厂中个别装置是通过溢流维持液位外，所有液位（或泥位）均设置了控制系统。在物流控制中往往还有物流变化尽量平稳的要求。如6号泵站的下游是污水处理厂。为了取得良好的污水处理效果，希望6号泵站的排水流量尽量平稳。为此本项目在设计6号泵站液位控制系统时作了特殊考虑，使在新启动一台泵时，出口电动闸阀联动以减少流量的突变。2）质量控制 这主要反映在对污水处理厂的控制上，如氧化沟中的溶解氧控制，活性污泥回流比控制，排海泵站pH、COD/BOD、SS和TP的控制等。原则上讲这些指标通过检测均能实现自动控制。但目前限于控制手段，极大多数指标仅处于自动监测、人工操作阶段。本方案设计有氧化沟溶解氧自动闭环控制，活性污泥回流比自动控制。3）安全控制 这包括工艺过程的安全运行和设备的安全运行两个方面。前者如高水位、高泥位报警，低水位、低泥位停机泵等；后者如电机过载、缺相、轴温超高、泄漏等的报警和保护。3.2.2.2氧化沟溶解氧控制一座氧化沟设置有3台溶解氧分析仪，18台转碟（其中6台可变频调速）。溶解氧的控制可有两种方案：一种是由2台可调速转碟和4台二级调速转碟与一台溶解氧分析仪组成一套控制系统，这样一座氧化沟有三套控制系统。另一种方案是对3台溶解氧分析仪的检测信号先进行前置处理，包括信号可靠性分析和信号平滑滤波等，得到一个较为正确的平均信号值。然后按此值同时去控制6台可变频调速的转碟和12台二级调速转碟。第一种方案，调节响应较快，也有利于整个氧化沟中溶解氧的均匀分布，但对溶解氧分析仪的可靠性要求较高，必须每台正确。而第二种方案则相反，只要其中一台溶解氧分析仪可靠即能实现正常自动运行。由于二种方案各有利弊，本方案在PLC软件中兼有这两种方案，在运行时可由操作人员切换设置。（图见下页）3.2.2.3初沉池污泥泵房前池泥位控制初沉污泥泵房共两座，每座泵房内设两台进泥泵。进泥管上各设一个进泥阀，泵房前池内设置高低泥位开关。泵房前池泥位控制策略为：按时间周期控制泵和阀的启停。而时间周期的设定修正有两种方式：人工设定；按泥位开关的动作来作出修正。如下图所示：进泥泵运行时间示意图氧化沟溶解氧控制示意图若高位开关动作，一方面立即启动第二台泵，另一方面修正时间周期的设定，使间隔T减小（T可“正”可“负”，“负”表示两台污泥泵同时运转）。若低位开关动作，则相反。3.2.2.4 回流污泥控制回流污泥系统把二沉池中沉淀下来的绝大部分活性污泥再回流到氧化沟，以保证氧化沟中有足够的微生物浓度。回流污泥量和回流比是活性污泥系统的重要工艺参数。这里的回流比R是指回流污泥量Qr与入流污水量Q之比，即。回流系统的控制有三种方式：保持回流量Qr恒定；保持回流比恒定；定期或随时调节回流量Qr及回流比R，使系统状态处于最佳。第种方式只适用于入流污水量Q相对较稳定的情况。若Q变化较大，会出现一系列的问题。它导致活性污泥量在氧化沟和二沉池内的不合理分配。而若能保持回流比R恒定（即第种方式），在剩余污泥排放量基本不变的情况下，可保持活性污泥浓度、有机负荷以及二沉池内泥位的基本恒定，不随入流污水量Q的变化而变化，从而保证相对稳定的处理效果。第种方式是一种比较理想的方式。如利用回流污泥浓度RSS和混合液浓度MLSS来调节回流比，。第种控制方式的缺点主要在于操作上的复杂性以及可靠性的降低。如由于控制系统中直接引入污泥和混合液的浓度信号，故大大提高了对浓度计可靠性的要求。本标采用第种和第种相结合的方式。将整个控制任务分成二部分：一部分是恒定回流比控制；另一部分是回流比设定值修正。l 恒定回流比控制该方案需测取污泥回流量和入流水量，操纵手段是调节回流污泥量。该系统在“过程控制”中属于“比值控制”的范畴。为了避免除法器的非线性造成控制系统稳定性的变化，不宜采用直接计算比值组成比值单回路控制的方式。而宜采用乘法器的方案，即将回流比设定信号与入流流量Q相乘后作为回流污泥控制回路的设定值。l 回流比的设定值修正回流比的设定值可由人工设定，也可由浓度计按上面算式的计算值Rr来设定。当确信计算值Rr合适时，可实现在线修正回流比的控制。当对计算值Rr不够确信时，则加入人工判断后定时修正设定值。其原理图如下。活性污泥回流比控制示意图3.3 选用产品技术性能污水厂控制系统的仪器仪表产品技术性能见附件。第四章 泵站控制系统构成与配置4.1 控制系统的构成污水处理工程控制系统共有11个提升泵站。l 每个泵站均由RTU进行实时数据采集和控制。l 每个泵站的RTU配有IP电话机，实现电话通讯功能。l 每个泵站均配有摄像机、镜头和云台，经VIP编码实现视频监控。l 每个泵站的RTU均配有电源防雷保护器。l 泵站的控制系统测点图见图41至图417。l 泵站的控制系统结构图见图418。由于16泵站的电气设备较多，我方建议通过智能巡检仪、智能电量参数综合检测仪或PLC构成一个智能低压供、配电系统，并通过RS485与RTU通讯，实现对电气设备的检测与控制。该智能低压供、配电系统的功能有负荷管理：包括电能量分时、分段累计，根据用户要求计算网内电费，根据电网状况自动分配负荷，谐波分析；保护和报警：测量量限值报警，事故报警和系统事件报警，事件顺序记录，故障录波，保护整定和保护数据读取，故障诊断；信息统计：报表生成、编辑、打印，开关分合、接触器动作次数统计；维护与检修：根据设备的实际使用时间、动作次数，合理安排检修计划、发出检修提示，远方计算机通信和系统远程维护。4.2 控制方案4.2.1泵站监控系统的控制方式本监控系统为二级分布式控制系统，中央计算机为第一级，各泵站的RTU控制器为第二级，采用分散控制、集中管理的方式，从控制方式上看，可以分为三级控制：人工控制、RTU自动控制、计算机远程遥控，下面分别加以说明。一、人工控制当泵站处于检修、手动工况时采用人工控制方式。操作人员通过泵站操作台上的操作按钮，启动或停止相关的设备，RTU只检测设备的运行工况、生产数据和故障判断，并送中央控制计算机进行显示，不进行故障保护控制。二、自动控制就地RTU采集现场数据(如液位、流量、压力等)，经分析处理，自动控制现场的机械设备如泵，阀和格栅等。它主要包括：RTU对闸门和启闭机的自动控制，RTU对机械格栅清污的自动控制，RTU对泵的自动控制，故障监测和保护控制。其详细的控制策略见下一节。三、计算机远程连接方式操作人员在中央监控计算机上通达键盘发布控制指令至各个现RTU控制器，远程遥控各现场的设备工作。4.2.2泵站监控系统控制策略一、栅渣清除控制栅渣是格栅上的拦截物。及时清除栅渣是保证过栅流速在合理范围内的重要措施，从而能够使格栅最大程度地发挥拦截作用，保持最高的拦污效果。格栅除污机的控制除手动现场开停外，RTU控制器可实现以下几种控制方式：按时间周期启停。按格栅前后液位差来决定启停。当液位差超过某个数值（如0.2m）时，启动格栅除污机；液位差小于某个值（如0.1m）时，停格栅除污机。当液位差低于某个值时，按时间周期启停，而当液位差高于某个值时立即启动并连续运行，直到液位差达到正常范围，格栅恢复按时间周期运行。第种控制方式与液位差计的运行情况无关，可靠性高，但它对污物负荷的变化适应差。、两种控制方式能适应污物负荷的变化，但需确保液位差计的良好运行。以上几种控制方式可由操作人员按实际情况进行设置。另外，格栅除污机与螺旋输送压榨机联动运行。在启动格栅机的同时启动螺旋输送压榨机。在格栅机停止后，螺旋输送机再运行一段时间，如020秒（可调）后停止。而螺旋输送机停止工作后，压榨机再运行一段时间，如0120秒（可调）后停止。其控制方案示意图如下。栅渣清除控制示意图二、泵的控制一个泵站往往有多台机泵，其运行操作应考虑以下4个原则：第一是保证抽水量和进水量一致，即来多少抽走多少。如来水量大于抽升量，上游又没有及时采取溢流措施，则可能淹泡格栅间；反之，如来水量小于抽升量，则有可能使水泵处于干运转状态，损坏设备。第二是应保持集水井高水位运行，这样可以降低泵的扬程，在保持抽升量的前提下降低能耗。第三是泵的开停次数不应过于频繁，否则易损坏电机并降低使用寿命。第四是泵组内每台泵的投运次数和时间基本相等；本控制方案即遵循这4项原则设计。本污水处理系统共13个提升泵站（其中2个缓建）。它们分两种情况：一是拥有变频调速器，可以对泵进行变频调速的泵站，一是只能对泵进行开/停操作的泵站。泵的控制在过程控制中属于“分程控制”的范畴，现根据上述两种泵站的情况介绍设计思想。 拥有变频调速器的泵站1）在水位区域中确定“控制低位”和“控制高位”。在“控制高位”的上方设置“报警高位”，在“控制低位”的下方设置“报警低位”。2）将液位信号送入PLC。PLC按液位高低按比例调整转速。在“控制高位”时使调速泵接近95“全速”；在“控制低位”时使调速泵接近5%“全速”。3）当液位到达“控制高位”时（也即调速泵达95全速时），由PLC自动增加启动一台非调速泵，并计时。在经历一定时间后（应略大于液位对新启动泵的响应时间），若液位依然大于等于“控制高位”，则再增加启动一台泵。4）在液位下降时，则相反。5）在启停何台泵时应遵循每台泵的投运次数和时间基本均匀的原则，一般是先开先停，后开后停。6）用于控制的液位信号是液位检测信号的滤波平均值。 没有调速设备的泵站1）在水位区域中确定“控制低位”和“控制高位”。在“控制高位”的上方设置“报警高位”，在“控制低位”的下方设置“报警低位”。2）将液位信号送入PLC。由PLC控制泵的启停。3）按实际情况确定初始运行台数。4）当液位到达“控制高位”时，由PLC自动增加启动一台泵，并计时。5）在经历一定时间后（应略大于液位对新启动泵的响应时间），若液位依然大于等于“控制高位”，则再增加启动一台泵。6）在液位下降时，则相反。7）在启停何台泵时应遵循每台泵的投运次数和时间基本均匀的原则，一般是先开先停，后开后停。8）用于控制的液位信号是液位检测信号的滤波平均值。9）拥有变频调速器的泵站液位控制示意图（见下页）。4.2.3泵站控制系统的故障检测和保护一、泵的故障检测和保护泵机正常启动后，运行信号丢失持续5秒，RTU判断电气控制回路有“电器故障”，RTU立即切断泵的动力电源，同时送信号给上位计算机，发出声光报警，实时打印故障。RTU检测到泵有“过载”、“泄漏”、“缺相”等故障时，立即切断泵的动力电源，同时送上述故障信号到中央计算机进行声光报警。RTU检测泵机运行电流值，当运行电流值=105额定位时，RTU判断该台泵机运行不正常送出“电流预报警”信号，PC机报警，提醒值班人员注意。RTU检测泵机运行电流值=110额定位时，RTU立即切断该台泵机的动力电源，送“过流故障”信号到PC机报警，同时 RTU查询备用泵机和启开备用泵机。泵站液位控制示意图二、进水流量的监测RTU连续采集进水瞬时流量，进行工程单位换算后，送中控室PC室CRT显示和打印报表。RTU对流量进行累计，并把累计值送中接室 PC机显示和打印生成报表。RTU会根据泵站的运行工况(开几台提升泵)知道有多少流量、把采集到的实时进水流量与之相比较，如果两个值相差超过10的范围，RTU就会输出预报警指令、告警值班人员去现场查提升泵机的运行情况。三、液位的监测RTU连续采集泵站液位值，进行工程单位换算后，送中控室PC机CRT显示和打印报表。RTU会根据泵站的实际情况，设置液位的HH，H，L，LL报警数值。一旦发现液位达到报警值，将在中控室监控 PC机进行声光报警。四、出水管压力的监测RTU连续采集出水管压力值，进行工程单位换算后，送中接室PC机CRT显示和打印报表。RTU会根据出水管的实际情况，设置压力的HH、H报警数值。一旦发现压力达到报警值，将在中控室监控PC机进行声光报警。五、硫化氢的监测RTU连续检测H2S的实际值，送中控监控PC机CRT显示。RTU一旦检测到 H2S的实际值偏离正常范围，将立即送中控PC机送行声光报警。4.3 选用产品技术性能泵站的RTU、超声波液位差计、电磁流量计、压力变送器、硫化氢监控仪均采用国内外知名品牌，稳定可靠。仪器仪表的产品技术性能见附件。第五章 通讯系统构成与配置污水处理工程在地域上跨度较大，总管线超过70公里，沿线各泵站分布较散，在管线两端形成两个控制中心。主监控中心位于市内污水处理公司总部大楼内，负责对13座泵站(先期11座)及输送管线沿线接口的数据收集和控制，并与设在污水处理厂内分监控中心进行联络和数据交换；分监控中心位于污水处理厂综合楼内，负责污水处理厂及排海工程数据收集和控制，并与主监控中心联络和数据交换。根据污水处理工程的实际要求，必须在主、分监控室、现场分控站和各个泵站之间建立具有高效率、高可靠性的通讯系统，考虑到今后与周围市网的数据交换和通讯，在满足现有工程需要的同时，系统还须留有必要的接口和扩展余地。在全面研究本项目实际要求和多方案比较的基础上，对于通讯系统提出以下方案，参见图51“监控通讯系统结构”。5.1 通讯系统构成原理通讯系统主要由冗余光纤以太环网、视频监控通讯、RTU数据通讯、电话通讯四部分组成，各部分构成如下。5.1.1 冗余光纤以太环网由于主、分监控中心相距较远，传输的数据包括视频、音频和控制数据，对链路带宽有较高的要求，同时考虑到今后的扩容需要，通讯线路采用单膜4芯光纤，其中2芯用于传输所有数据、视频、语音，实现三网合一，另外2芯备用，便于以后维修和扩容。为防止单点故障，光纤网的拓扑结构为冗余环网。各个泵站、分监控中心、现场分控站之间和主监控中心共用同一光纤环网，并由主监控中心服务器对整个网络进行统管理。5.1.1.1工业交换机光纤环网节点采用快速卡轨式以太网交换机，其特性如下：l 牢靠的重负荷设计，其性能指标远远超过普通的OA网络产品。它具有无噪声干扰、安全可靠、故障预报、故障定位、故障自诊断、带电热插拔等特点，采用导轨方式安装，无风扇设计，工作温度范围为055，工业保护等级IP20，使用寿命长。按照MIL-HDBK-217F标准在常温下测试的结果表明：其MTBF（平均无故障时间）为171000小时（约为19.5年）。l 可靠性高，交换机采用双电源冗余输入，光纤环网具有线路冗余功能。由于该交换机集成了先进的专利技术，如果光缆有断点，网络系统自愈时间为20500毫秒。而其他公司的以太网交换机只有当它支持SPT（扩展树）算法时才可以连成环状拓扑结构，而且当线路产生断点时，线路恢复时间为3090秒，不能满足工业应用的要求。l 主干网为100M全双工交换式光纤环网。由于全部采用了交换机，整个网络分成了多个不同的网段，连接到网络上的各个计算机和PLC均属于不同的冲突域，从而保证了数据传输的实时性。l 交换机具有2个光口（100BASE-Tx）和5个RJ45口（10/100BASE T（x），各RJ45在支持Auto Negotiating（自动协议）的同时，允许用户根据需要手工设定通讯速率和通讯方式，这可以满足那些不支持Auto Negotiating的工业以太网产品联网的需要。l 提供一个附加触点，可把交换机的状态信息直接作为过程数据记录下来，并在整个系统的组态画面中得到反映。l 交换机带有SNMP管理单元，而且集成了基于WEB的管理系统，这为快速地进行网络组态，诊断和管理提供了方便。l 可以通过修改FLASH ROM升级内部软件。l 每个冗余以太网上最多允许50个交换机。l 交换机的冗余管理功能允许多环符合冗余，便于今后对系统进行扩展。l 安全性好，可以关闭不同的交换机端口，防止外部设备的非法接入。l 具备5个双绞线接口（10/100Mbps自动适应）。5.1.1.2网络管理光纤环网采用工业以太网网络管理软件，安装于主监控室的服务器上，对整个光纤以太网和交换机进行统一管理。技术功能如下：l 基于SNMP协议对网络进行监视和控制l 能自动识别网络上的所有同类产品及其重要的系统参数（如MAC地址）和配置情况l 有排序功能和TRAP（故障陷阱）报告l 带有全面的安全功能，可以控制访问级别，并具有故障定位l 可以配置多个不同的IP网段l 采用轮询方式对所有的SNMP代理进行监控l 可以自定义SNMP故障陷阱报警的路径和