嘉兴市污水处理工程监控通讯系统总体构成原理

嘉兴市污水处理工程监控通讯系统总体构成原理内容摘要：

、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。  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；  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；  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。  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 RS422/485通信卡，相比较 RS232串口，可以显著提高通讯抗干扰性和可靠性。  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。  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 ，热插拔，总容量达 100G。 并保留扩展空间，可以今后扩展 39块。  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。  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。 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。 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 Tel： 057187969571， 87969572 Fax： 057187969570 9 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。  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；  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。  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。  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。  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 RS422/485通信卡，相比较 RS232串口，显著提高通讯抗干扰性和可靠性。  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。 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。  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 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 Tel： 057187969571， 87969572 Fax： 057187969570 10 计算机。  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。  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： 12500 3500 550mm 接口形式：采用 RS422/RS485 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 6000 2600 550mm，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。 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 Tel： 057187969571， 87969572 Fax： 057187969570 11 第三章 污水处理厂控制系统构成与配置 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。  现场控制站的 RTU采用国际知名公司的 PLC。  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。  每个现场控制站均配有电源防雷保护器。  每个现场控制站均配有不间断电源 UPS。 控制方案 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。 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： 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： 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 Tel： 057187969571， 87969572 Fax： 057187969570 12  在整个流程中必须做到物流平衡 —— 物流平衡控制。  排海污水应满足排放质量 —— 质量控制。  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。 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） 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： ①人工设定； ②按泥位开关的动作来作出修正。 如下图所示： 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 Tel： 057187969571， 87969572 Fax： 057187969570 13 A 泵运行 B泵 运行 A 泵。