污水处理厂监控通讯系统.docx

1、污水处理厂监控通讯系统污水处理厂监控通讯系统1.系统说明2.生产控制系统3.通讯系统4.CCTV监视系统5.模拟显示系统6.设计方案特点1.系统说明为满足污水处理厂的生产控制要求,实现相关的技术功能,结合以往工程技术经验和详尽的用户需求分析,做出了完整的性价比优良的监控通讯系统技术方案污水处理工程监控系统结构如图1所示从控制结构角度,系统可分为两部分:中控室泵站和污水厂现场分控站1.1 中控室结构构成中控室是整个监控通讯系统的调度中心,由中央计算机系统工业电视监控系统以及通讯系统组成中控室设有四台计算机,一台为系统服务器,一台为工程师站,装有先进的组态软件以进行开发,一台为操作员站,可通过各种

2、画面监视全厂工艺参数变化,设备运行情况故障发生情况两台计算机处于热备状态,另有一台为视频监控计算机,用于监视泵站和污水处理厂区内各监视点实时图像,并驱动模拟屏显示各泵站和污水厂的现场控制站通过以太网向中控室传输实时数据,以使其在操作员计算机上显示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,同时在模拟屏上显示各个工艺设备的运行状况和开停故障状态通过中控室的视频监控计算机的视频监控软件,可切换查看各监视点图像,并且可控制CCTV系统的摄像机进行变焦以及配合其的云台转动等计算机运行在WINDOWS NT操作系统下,服务器配备了Windows NT 4.0 Se

3、rver以及SQL Server7.0数据库,用于生成报表数据文件,这样每台计算机均可生成各自报表;操作员站配备Windows NT 4.0 Workstation,用Intellution公司的iFix2.5运行版生成生动友好的人机界面,对各泵站进行动态显示实时监控;工程师站配备了Windows NT 4.0 Workstation,并装有Intellution公司的iFix2.5开发版,可以进行组态开发,参数修改中控室电源系统采用防雷设计,且配有UPS1.2 泵站和污水处理厂现场分控站泵站的控制主要包括泵的开停和变频控制,过栅流速控制,格栅除污机的控制等泵站所需采集的数据主要包括泵出口管道

4、压力硫化氢浓度格栅液位流量泵的开停状态和一些电量参数等污水厂现场分控站的控制主要包括进水闸门的控制,刮泥机除沫设备和压滤机的控制,曝气池DO浓度控制,回流污泥量控制,投药量控制等所需检测项目包括:各处理设施的进水量,沉砂池水位,沉砂量和筛渣量,初沉池的排泥量,供气量,回流污泥量,剩余污泥量,投药量,滤饼或脱水污泥重量,各种设施和设备的耗电量,燃料用量等采用的控制方式包括人工控制就地RTU自动控制和计算机远程遥控各泵站和污水处理厂的RTU数据信号,通过交换机连入以太网,与中控室的监控计算机通信,并将数据送入视频监控计算机,通过模拟屏实时显示重要数据1.3 子系统划分从系统功能的角度出发,系统可分

5、为四个子系统:生产控制系统通讯系统CCTV监视系统模拟显示系统一方面,每个子系统完成相应的技术功能,具有相对独立性;另一方面,各子系统又相互渗透支持其他子系统功能的实现,从而有机地结合成一个完整的具备高可靠性高效益的系统2.生产控制系统污水处理厂内设有数个现场控制分站,分别负责如初沉池曝气池二沉池和排海泵站等重要工段工艺参数的采集设备运行的控制其组成包括现场控制站RTU检测仪表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自动控制中控室计算机远程遥控,

6、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RTU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中控室远程遥控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

7、工作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除出海因而从整体角度,其控制策略主要包括三个方面: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例如,对

8、于污水处理厂的上游泵站,为了取得良好的污水处理效果,希望该泵站的排水流量尽量平稳可在设计泵站液位控制系统时作特殊考虑,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PHCOD/BODSS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标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

9、等的报警和保护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

10、种方案各有利弊,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氧化沟溶解氧控制示意图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

11、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

12、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,所以大大提高了对浓度计可靠性的要求可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活性污泥回流比控制示意图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

13、路的设定值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2.2.5刮泥机和除沫设备的控制刮泥机的运行方式取决于沉淀池的形状和刮泥矾的种类由于在圆形或方形沉淀池中的刮泥周期长,因而刮泥机连续运行而长方形沉淀池的链带式刮泥机的刮泥能力很大,没有必要连续运行,可用定时器进行间歇运行的自动控制 间歇运行时,链条和制动部件的磨损减小,可延长机械设备的使用寿命,可是如果间歇运行的间隔时间太长,刮泥机的起动负荷过大,也会损坏刮泥设备因此,在自动控制时应

14、当确定合理的运行周期时间除沫设备常用管式集沫装置,目前又开始采用浮动式泵来除沫一般都采用定时间歇自动控制2.2.6除渣机的控制粗隔栅一般用手动控制,机械式除渣机也常在现场单独控制,细隔栅一般用自动定时器进行间歇运转控制,最近也有根据监测隔栅前后水位差进行自动除渣控制的对于雨水沉砂池前的除渣,一般与雨水泵的运行连动来自动除渣是常见的方式此外,传送带等附属设备也常与除渣机连动运行2.2.7除砂机的控制除砂机的种类有链带铲斗式抽砂泵式螺旋铲斗式行车铲斗式和旋臂起吊式等除了旋臂起吊式除砂机之外,一般都用定时器进行自动控制可是,雨水流砂池的排砂多数是与雨水泵的运转相连动,在泵运转期间连续排砂2.3 检测

15、仪表根据控制和管理的需要,仪表部分主要设置PH计电磁流量计超声波液位差计DO仪压力变送器污泥浓度计污泥泥位计超声波液位计COD仪等在线检测仪表检测仪表除供现场显示外,所有信息经PLC同时送入中控室控制计算机仪表分类见表-1表-1 污水处理厂测量仪表工艺参数测量介质测量部位重要仪表流量污水进出水管道电磁流量计超声波流量计明渠超声波明渠流量计回流污泥管路电磁流量计回流污泥渠道超声波明渠流量计剩余污泥管路电磁流量计消化污泥管路电磁流量计沼气消化池沼气管路孔板流量计涡街流量计质量流量计等(所有仪表要求防爆)空气曝气池空气管路孔板流量计涡街流量计质量流量计均速管流量计温度污水进出水Pt100热电阻污泥消化池Pt100热电阻污泥热交换器Pt100热电阻压力污水泵站进出口管路弹簧管式压力表压力变送器污泥泵站进出口管路弹簧管式压力表压力变送器空气曝气管道鼓风机出口弹簧管式压力表压力变送器沼气消化池压力变送器(所有仪表要求防爆)沼气柜压力变送器(所有仪表要求防爆)液位污水进水泵站集水池超声波液位计格栅前后液位差超声波液位计污泥消化池超声波液位计差压变送器沉入式压力变送器(所有仪表要求防爆)浓缩池超声波液位计