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黄石市排水设施在线监测系统建设与实践
更新时间:2018-06-13 来源:开天源水务信息化 作者:徐庆华 余良旺

  一、前言

  黄石市排水设施在线监测系统工程是亚行贷款黄石水环境综合治理项目的子项目,其主要目的是监测黄石市主城区水环境污染,适时监测主城区6座污水处理厂、10座污水泵站、5座排渍泵站及5个排水溢流口设施的运行状况,为正确制定水环境治理决策提供科学依据。

系统主要内容如下:

  1)在现有污水处理厂设备基础上,集中建设和完善各污水处理厂自控及水质、水量、能耗监测系统。建立数据采集系统,实现对污水处理厂水量、水质等主要指标及风机运行电流、风量、曝气设备运行状况、曝气池溶解氧浓度、污泥浓度等监测点进行实时监测。

  2)在现有污水泵站设备基础上,集中建设和完善各污水泵站监控系统,水量、能耗监测系统。

  3)在排渍泵站现有设备基础上,集中建设和完善各泵站监控系统,水量、能耗监测系统。

  4)在主城区主要排水溢流口设置监视系统,可适时掌握主城区入湖污水状况。

  5)在黄石市排水管理处建立一套排水设施终端管理系统,对上述所有监测监视内容进行集中管理及数据存储,统一管理和调度排水设施。

  二、监测系统框架

  1.污水处理厂监测系统污水处理厂现状自控系统已对污水处理量、水质、视频等数据信息进行了采集,因此这部分数据信号通过新增的台账计算机接入新建数据采集系统。对新加增的全厂能耗在线监测数据,在原有系统下端子加装一入二出信号隔离器分离,其中一路信号接至现状PLC系统预留AI点,由上位机进行分析和存储,再通过新增的台账计算机接入新建数据采集系统。系统具体配置如图1所示。

170726 黄石市排水设施在线监测系统建设与实践 (1).png

  2.污水泵站监测系统污水泵站现状无自控系统,本次工程将新增PLC及上位机监测传输系统,根据各污水泵站实际,需对现状电控设备进行适当的电路改造,同时增加视频监控。通过新增的PLC自控装置接入数据采集系统。系统具体配置如图2所示。

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  (1)污水泵站监测内容污水泵站改造后,通过监测传输系统将水量、液位、总用电量、开机台数及开停机时间等信号传输至主控平台系统。

  (2)污水泵站视频信号采集在各污水泵站安装适合在室外条件连续工作的红外防水摄像机和网络视频服务器。前端视频设备使用红外防水摄像机,通过网络视频服务器将视频压缩为M-JPEG/MPEG-4压缩格式。摄像机通过网络视频服务器构成网络视频监控系统,将实时监控、报警监控、录像、环境数据及系统信息等功能分成相应的软件模块,使系统能更充分的适应用户监控的需要。网络视频服务器上能本地存储视频数据。

  考虑到减轻监控操作中心的网络负荷,在各污水泵站的本地网络视频服务器安装大容量硬盘,实现录像功能。

  (3)排渍泵站监测系统排渍泵站现状无自控系统,本次工程将新增PLC及上位机监测传输系统,根据各排渍泵站实际,需对现状电控设备进行适当的电路改造,同时增加视频监控。通过新增的PLC自控装置接入数据采集系统。系统具体配置如图3所示。

170726 黄石市排水设施在线监测系统建设与实践 (3).png

  (4)排渍泵站监测内容排渍泵站改造后,通过监测传输系统将总用电量、开机台数、开停机时间等信号传输至主控平台系统。

  (5)排渍泵站视频信号采集在各排渍泵站安装适合在室外条件连续工作的红外防水摄像机和网络视频服务器。前端视频设备使用红外防水摄像机,通过网络视频服务器将视频压缩为M-JPEG/MPEG-4压缩格式。摄像机通过网络视频服务器构成网络视频监控系统,将实时监控、报警监控、录像、环境数据、系统信息等功能分成相应的软件模块,使系统能更充分的适应用户监控的需要。网络视频服务器上能本地存储视频数据。

  考虑到减轻监控操作中心的网络负荷,在各排渍泵站的本地网络视频服务器安装大容量硬盘,实现录像功能。

  4.排水溢流口监测系统

  排水溢流口现状无水质及视频监控系统,本次工程将新增溢流口视频监控系统,在各溢流口安装适合在室外条件连续工作的红外防水摄像机和网络传输设备。在污水处理厂、污水泵站附近的溢流口,视频信号就近接入新增的监测系统。

  三、通讯方式

  通信方式是本系统正常可靠运行的基础,拟对ADSL、光纤、GPRS和VPN四种通信方案进行比选,详见下表。

170726 黄石市排水设施在线监测系统建设与实践 (4).png

  黄石市排水设施分布广、地理环境复杂,通过数据、视频信号传输的效果、初期投资、运行费用等方面进行综合分析,选定ADSL作为监测系统的基本通信方式,使用ADSL方式组建集信息、调度、通信一体化的网络。

  为减轻网络系统传输容量,各厂、站的视频信号按时间间隔轮换输出1路至中心控制平台系统。

  四、终端监测及管理系统设计

  根据排水设施管理的实际要求,在线监测平台实现的具体功能:对污水处理厂的流量、水位、水质及设备运行状况等信息进行在线监测。对泵站水位、设备运行状况等进行在线监测。将现场数据经过处理后及时传输到监控中心,并可在本地进行显示。对按照设定时间频率采集的监测数据进行存储、统计和打印。对各类监测数据的异常情况进行报警,为监控中心软件系统提供详实的在线监测数据。

  监测平台由终端单元、传输网络和监控中心三大部分组成。现场设备采集设施的各类信号,通过远程终端单元转换成数字信号,再通过无线网络传输至管理中心的服务器,最后利用监控中心的软件平台及时显示和管理通过网络传输的在线数据,并通过接口程序将数据存储到数据库中,为监控中心各类软件提供在线数据的支撑。

  五、主要软、硬件技术选型

  1.仪表

  本项目水质分析测定仪表如MLSS、DO、PH及COD等仪表,其测量电路复杂,精度、重显性、响应性、自动校准、自动补偿、自动清洗等方面要求高,所选仪表要能满足污水处理厂、污水泵站自动化控制的要求。

  2.PLC

作为数据采集与监测系统的核心设备,下位机需采用性能稳定、运算速度快、通讯能力强的PLC产品。其性能必须满足大量的集成功能,可自由扩展,各种性能的模块可以很好地满足和适应自动化控制任务,具有简单实用的分布式结构和多界面网络能力。可于恶劣环境条件下稳定运行,易于操作、编程、维护和服务。

  3.工控上位机

作为数据管理与分析工具,上位机组态与数据监测软件需满足要求:数据存储采用1TB容量硬盘方式,所有监测数据可保存5年以上。可定制的多种设备的数据采集通讯,分类管理的运行数据库组态和服务器冗余的可选组态。真正立体作图的画面制作和画面的漫游、多屏动态显示,支持MSN、Email、短信的报警服务。数据库连接功能方便过程变量与数据库字段对应,进行有条件的数据存储和读写,各种历史报表、实时报表、行打印报表满足用户需求。支持串口服务器、网络服务器,支持CDMA、宽带的远程数据、实时图像监测。用户管理实现操作级别区分,级别可到按钮,实现客户机/服务器结构,支持VC++二次开发,支持远程实时和历史数据访问(GPRS、CDMA、宽带、VPN、ADSL),内置VBScript脚本和脚本专家,支持画面和全局脚本。具有良好的历史数据管理能力,可对所有测点做长时间的数据保存,并提供历史趋势和报表应用。

  4.软件

  系统软件对实时数据库和历史数据库能够高速访问,支持数据动态打包传输。有丰富的底层通讯协议,支持Modbus、TCP/IP、OPC及ODBC等多种通讯协议,支持特殊协议的驱动开发。支持在通讯中断时数据就地转存,一旦通讯恢复数据补传给数据库。良好的系统加密措施,多层加密保证系统数据安全。有良好的用户工作界面,用户学习容易、使用简单、维护方便。

  六、结语

  结合黄石市排水设施在线监测系统建设实践,总结以下几点工作经验:

  (1)先进性与适用性相结合在系统建设中,首先要考虑其实用性和易于操作,易于管理和维护,易于掌握和学习使用。当前网络技术发展迅速,新的设备不断涌现并趋于成熟,在满足实用性的基础上,尽量选用先进的网络技术及通信设施,将计算机网络应用技术水平定位在一个较高的层次上,以适应监控平台的管理需要。

  (2)开放性与标准化相结合在总体设计中应用开放式、模块化设计体系,使系统有适应外界环境变化的能力,易于调整、扩充和组合。选用符合国际标准的通信协议和设备技术参数,开放数据接口为系统扩展提供基础,使系统硬件终端系统、通讯系统、软件系统及操作平台之间相互依赖减至最小,保障网络的互联、互通和综合业务应用。

  (3)可靠性与安全性相结合安全可靠的运行是整个系统建设的基础,环保信息的重要性要求网络系统要有较高的安全性。系统要具备容错、备份及自诊断模块,便于快速判断故障点并排除,保证数据采集的时效性,保证历史数据的存储时间和准确性。配置严密的数据安全体系,避免非法入侵,确保系统数据的准确性、数据传输的正确性,防止异常情况发生。

  (4)经济性与可扩充性相结合监测系统的建设,要兼顾系统建设和运行的经济性,在完成系统目标的基础上,尽量采用技术成熟、先进的网络技术及通信技术,充分考虑对现有信息平台及资源的充分利用,减少重复建设。

来源:开天源水务信息化

编辑:王文静、于存杰 

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