乡村污水处理自动化监控管理系统

　　1、概述

　　乡村污水处理主要是由乡村区域范围内的若干个一体化泵站及污水处理厂构成。一体化泵站设置于污水输送干管，将污水通过提升泵站输送至污水处理厂。污水处理厂规模100~1000m3/日不等，主要处理构建筑物包括：调节池及提升泵池、一体化膜处理装置、综合管理用房等。一体化泵站及污水处理厂的处理规模较小，配置值班人员需求量大。建设乡村污水自动化监控管理系统可确保污水处理设备正常运行，减少人员配置、提高工作效率、保护环境。

　　2、设计原则

　　自动化监控管理系统设计遵循先进性、实用性、可靠性、经济性、开放性的原则，满足污水处理工程生产管理和工艺过程对自动化的要求。采用“集散型”控制方式，集中监控管理、分散控制、数据共享。自动化监控管理系统设计包括:中央监控系统、数据传输系统、现场测控系统、检测仪表、安防及视频监控系统、电子巡更系统等五部分。

　　检测仪表选择生产过程中必备的过程及环境监测仪表，满足生产管理过程中对自动化的需求;选择各个污水处理厂及一体化泵站通用的检测仪表，减少备品备件的种类。

　　安防及视频监控系统融合进自动化监控管理系统，防范危害生产过程事情的发生;选择网络视频摄像机采集现场图像，污水处理厂的安防选择电子围栏。

　　电子巡更系统选择离线式设备，由生产巡视人员携带对生产现场定期巡查。

　　3、中央监控系统

　　中央监控系统由数据服务器、WEB服务器、中央监控计算机、工程师站计算机、液晶拼接屏、打印机、工业以太网交换机、工业路由器(含防火墙)、UPS电源等共同组成，并可根据生产管理的需要配置一定数量的移动终端。中央监控系统通过数据传输系统采集现场测控系统的设备运行状态及参数，完成显示、存储、报警、打印等功能。中央监控系统可实现数据采集与处理、实时工艺流程展示、GIS地图、趋势曲线、系统报表、自动报警、WEB浏览、移动端应用、平台应用接口等功能。主要功能包括：

　　(1)数据采集与处理

　　中央监控系统通过IOserver采集器将现场测控系统数据通过公用网络进行采集并实时更新。数据变量可灵活定义，支持多种类型数据采集，采集周期调整方便简单。实时数据通过画面动态流程、实时曲线、实时报表等多种方式进行展示。在系统内部可实现对数据的统计与核算，包括：数据内部线性、非线性转换，指定时间段内的最小值、最大值、平均值、累计值统计。存储方式与存储周期可使用需求调整。

　　(2)实时工艺流程展示

　　中央监控系统可通过动画仿真实时展示现场工艺流程画面，获取包含过程参数、运行参数、设备参数等制水工艺运行数据，并对领导重点关注数据进行汇总展示。

　　(3)GIS地图功能

　　系统接人离线地图，将所有污水处理厂、一体化污水泵站以坐标标注点的形式在地图中进行显示。地图增加边界显示功能，方便用户进行区域的划分并实现定点区域的查看。

　　(4)趋势曲线功能

　　用户通过访问参数趋势曲线，并对曲线进行分析，实现对历史数据的追溯和复现。根据数据类型、用户权限区域、监测站内以及具体曲线名称，实现历史数据灵活查询。

　　(5)系统报表功能

　　制定符合污水处理需求的数据统计报表模板，对领导关心的数据进行统计计算和汇总，自动生成所需各类统计报表(日、月、季度、年报表等)，涵盖各制水工艺关键数据(如液位、流量等)，水量统计报表等。

　　(6)自动报警功能

　　中央监控系统重要参数用户根据需求可选择是否开启相应变量的报警功能。可参考数据当前值设置变量的高限、高高限、低限、低低限。报警参数可灵活设置，并和管理人员的手机绑定，发生报警时自动发送短信告知。

　　(7)事件管理

　　事件管理实现用户对系统操作的信息记录和存储。记录相应的操作过程、操作时间和操作人员信息。用户可根据相应时间区间查询系统操作的信息。

　　(8)系统管理功能

　　系统用户管理可实现新用户信息添加、现有用户信息修改和用户信息删除等功能。用户信息包括：用户手机号、登陆密码，用户根据所属区域及操作等级权限进行划分。用户可以实现现有密码的修改。

　　(9)WEB浏览功能

　　通过WEB浏览系统，各子系统间的数据传输可通畅的进行，减少了数据的孤岛现象。通过WEB浏览系统，各级管理人员可以通过网络获取权限范围内所关注的信息。

　　(10)移动端应用

　　支持ios、Anckoicl等主流系统的应用，通过移动端可查看主要数据、报表及报警提示;通过部署客户端，用户通过连接到局域网获取现场实时生产数据、生产趋势查询、报警查询等多个模块;手机客户端支持以下功能：

　　实时数据查询界面根据配置情况，自动刷新关联变量的实时数据。刷新频率可以根据设置改动。历史数据查询根据WEB服务器设置发布的历史数据变量进行查询。WEB服务器设置好发布的历史数据变量后，并根据相应的变量组，手机客户端查询本变量组的历史数据。

　　4、数据传输系统

　　数据传输系统式连接监控管理中心和现场控制单元、网络视频摄像机的纽带。以公用网络为平台，通过有线方式与中监控管理中心的以太网交换机连接，通过有线方式与现场控制单元连接，实现数据交换。

　　考虑每个污水处理厂传输的视频、控制数据量，租赁10M带宽的公用网络(对等网络，上传、下载速率相同)，可满足视频数据、检测数据的上传。配置工业路由器，工业路由器具备防火墙功能;将现场视频数据、控制单元采集的现场设备运行状态及参数传送至监控管理中心。

　　每个一体化污水泵站租赁4M带宽的公用网络(普通网络，上传速率约是下载速率的三分之一)，上传速率约为1.3MB/S;可满足检测数据的上传。配置工业路由器，工业路由器具备防火墙功能;将现场控制单元采集的现场设备运行状态及参数传送至监控管理中心。

　　监控管理中心需接受若干个污水处理厂、一体化污水泵站的视频数据、检测数据。监控管理中心租赁1000M带宽的公用网络(普通网络)，可满足检测数据的上传、下载的需求。配置工业路由器，工业路由器具备防火墙功能;接收现场视频数据、控制单元采集的现场设备运行状态及参数，通过液晶拼接屏、中央监控计算机、数据服务器、视频管理服务器等实现显示、存储、打印。

　　5、现场测控系统

　　现场测控系统由若干个污水处理厂、一体化污水泵站的控制单元组成，分别位于各个污水处理厂、一体化污水泵站。控制单元的设备组成包括用于本单元设备运行状态、工艺参数采集和网络连接的PLC系统(其中，污水处理厂采用固定式PLC、开关量扩展模块、模拟量扩展模块;一体化污水泵站采用固定式PLC。)，不间断电源，工业路由器，电源、信号电涌保护器以及各种隔离器等。现场测控系统通过数据传输系统与中央监控系统实现数据交换。

　　污水处理厂控制单元设置于污水处理厂配电间;检测范围为：围墙、调节池、一体化生化设备、出水管流量计等。控制单元通过工业路由器连接至公用网络，将现场检测的设备的运行状态、过程参数传送至中央监控系统。

　　一型污水泵站控制单元设置于一体化污水杲站的污水杲井侧，户外支架安装。检测范围均为：污水泵井。控制单元通过工业路由器连接至公用网络，将现场检测的设备、仪表的运行状态传送至中央监控系统。

　　6、检测仪表

　　监控管理中心配置便携式硫化氢检测仪，供现场巡视人员携带，及时了解各个污水处理厂、一体化污水泵站的硫化氢浓度，保证巡视人员的人生安全及健康;避免环境污染对周围居民造成伤害。

　　便携式硫化氢检测仪检测的现场参数可通过人工录入的方式输入中央监控计算机，完成显示、存储、统计、打印等功能。

　　污水处理厂调节池设置投入式液位计，检测调节池的液位，实现潜污泵的自动运行。投入式液位计选用一体式仪表。一体化膜处理装置设置压力式液位计，检测一体化膜处理装置的液位参数，用于控制搅拌器、罗茨风机、PAC投加装置、循环泵、药剂清洗泵、出水自吸泵的运行。

　　污水处理厂控制单元采集调节池液位、一体化膜处理装置液位及出水瞬时流量等参数及流量脉冲、流量计故障等状态信号，通过公用网络传送至中央监控系统，完成显示、存储、报警、打印等功能。

　　一体化污水泵站污水泵井的设置液位开关检测污水泵井的高液位、低液位，实现潜污泵的自动启停。液位开关选用两套仪表，高液位、低液位分别方式一套液位开关。污水泵站控制单元采集液位开关的运行状态，通过公用网络，将液位开关的运行状态传送至中央监控系统，完成显示、存储、报警、打印等功能。

　　7、安防及视频监控系统

　　安防及视频监控系统由安防及视频监控中心、若干个污水处理厂视频设备、安防设备等组成。

　　污水处理厂视频设备、安防设备的视频数据、安防报警状态通过数据传输系统传送至安防及视频监控中心的视频存储服务器、视频管理服务器、液晶拼接屏、中央监控计算机显示、存储、报警。污水处理厂的视频数据通过公用网络与安防及视频监控中心交换数据。

　　视频管理服务器：实现监控图像的切换、轮巡、控制等，完成监视图像的输出及管理，配套主控键盘安装在中央控制室完成监视控制。实现各个污水处理厂摄像机的控制及录像、存储及画面检索、回放。

　　中央监控计算机：完成污水处理厂安防设备一围墙电子围栏主机经公用网络传输来的报警信号的显示、存储、报警等功能。

　　8、电子巡更系统

　　电子巡更系统由管理计算机及配套管理软件、打印机、巡更棒、信息点等共同组成。电子巡更系统计算机位于监控管理中心的中央控制室。巡更棒收集信息点的参数(位置、时间、人员的信息)，管理计算机通过USB接口采集巡更棒收集的各信息点的参数，管理、统计、打印相关参数。信息点分别设置于污水处理厂及一体化污水泵站。

　　电子巡更系统督巡视人员定时巡视现场。巡视人员携带巡更棒及便携式硫化氢检测仪。及时了解各个污水处理厂及一体化污水泵站的工艺、电气设备运行情况，以及环境硫化氢浓度等，确保污水处理厂及一体化污水泵站安全、稳定、可靠的运行。

　　9、保护及防雷

　　4~20mA模拟信号输出端配置信号电涌保护器;电源输人端配置了电源电涌保护器，电涌保护器安装于仪表箱内。PLC模拟信号输入端配置隔离器。两线制仪表，PLC信号输入端可选用具有辅助供电功能的隔离器。自动化监控管理系统的防雷接地、保护接地、工作接地、屏蔽接地、防静电接地等采用联合接地体，并与电气接地系统共用一套接地装置。接地电阻小于1欧姆。PLC控制柜电源进线端配置电源电涌保护器。

　　10、结束语

　　随着乡村集中居住区的建设，居民生活污水处理将不断地发展，污水处理生产管理的要求也将不断地提高，构建乡村污水自动化监控管理系统势在必行。乡村污水自动化监控管理系统以生产过程的信息采集、信息集成、信息传递为主，与企业的生产工艺调度、生产水质监控、自动投加药等技术密切结合的生产自控信息网络。借助计算机对信息的高速、精确管理能力，可提高企业对市场需求的反应速度，改善服务质量，提高日常工作效率;借助数据分析诊断能力可帮助企业改进生产工艺、节能降耗，降低成本和费用，提高企业的经济效益和竞争力。(来源：中国市政工程西南设计研究总院有限公司)