深水龙岗污水处理有限公司上洋污水厂自控及视频监控系统实施方案V3g.doc

深水龙岗污水处理有限公司上洋污水厂自控及视频监控系统实施方案V3深圳市开天源自动化工程有限公司2010年10月25日目 录1污水处理厂自控系统31.1 自控系统的设计原则41.2 自控系统的主要功能41.2.1 自控系统实现的主要功能41.2.2 自控系统提供的监控显示画面51.2.3 自控系统主要技术性能指标71.3自控系统结构及站点设置71.3.1站点设置71.3.2自控系统结构81.4自控系统监控对象及设备101.4.1监控对象101.4.2监控信号111.5自控系统软硬件选型及配置161.5.1中控室配置设计161.5.1.1中控室硬件选型及配置161.5.1.2中控室软件选型及配置161.5.2 PLC系统配置设计171.6自控系统质量保证措施222污水处理厂视频及安防监控系统242.1视频监控系统242.2安防监控系统251污水处理厂自控系统由北京市政工程设计研究院设计的上洋污水处理厂二期工程，其处理规模为18万m3/d，污水处理采用氧化沟工艺。其主要工艺设施包括：粗格栅、进水泵房、细格栅和曝气沉砂池、生物池、沉淀池、提升泵房、V型砂滤池、紫外线消毒渠、鼓风机房、污泥脱水机房、排水池、冲洗水池、加药间及回收池等。污水经过一期粗格栅、泵房后进入二期提升泵房，提升后经细格栅进入曝气沉砂池，曝气沉砂池分两个系列。污水处理采用氧化沟工艺，曝气采用底部曝气。氧化沟分两个系列，每个系列分两组，共四组。每组氧化沟分为厌氧区、缺氧区和好氧区。厌氧区、缺氧区设水下搅拌器，好氧区通过离心鼓风机供空气传氧。好氧区设内回流泵。污泥回流泵选用轴流泵，剩余污泥泵选用潜污泵输送。污泥处理采用离心浓缩脱水一体机。氧化沟出水经配水井进入沉淀池沉淀，沉淀后水经二次提升后，进入V型砂滤池进水井。深度处理采用V型砂滤池，并设有排水池、接触池。消毒采用紫外线消毒。作为一个新建的污水厂，污水处理过程除了要满足设计的工艺要求以外，关键是工艺设备都能稳定可靠地运行，工艺处理过程尽可能做到经济高效。为了实现此目标，在2008年11月份，集团公司技术部组织了集团内的相关专业技术人员对北京院所作的上洋污水处理厂二期工程施工设计图纸进行内部审议，在审议会上，以会人员本着认真负责的态度，仔细核对设计文件中的配置和设计参数，并对该厂的工艺、电气、土建和自控仪表及视频监控系统的设计向设计院提出了一些优化意见，经设计院复核并报市水务局水污染治理指挥部办公室批准，同意集团公司内部审议会提出的优化建议（详见市水务局水办关于上洋污水处理厂施工图优化的批复）。龙岗污水有限公司收到水务局的有关批文后，随即委托开天源公司，根据设计院的施工设计图纸和水务局的有关批文，编写自控系统实施方案。接到甲方的委托后，开天源公司组织有关技术人员根据设计院的原有设计、市水务局水办的批复文件、设计院根据批复文件所提交的“变更设计单”（表ZL07-18）等三份文件，对原设计进行了优化调整，并于2009年11月中旬向龙岗污水有限公司和集团技术部提交了第一稿的深水龙岗污水处理有限公司上洋污水厂自控及视频监控系统实施方案，集团技术部于同月27日组织集团内的相关专业技术人员对第一稿的方案进行了认真的讨论，并形成了一致的意见（意见内容详见深水龙岗污水公司下属污水厂自控系统建设方案讨论会会议纪要），现有方案（可称为第二稿方案）是综合考虑了会上各专家的意见后，对第一稿实施方案进行了进一步优化的方案。1.1 自控系统的设计原则一个好的自动化控制系统，需要从系统的先进性、开放性、安全性、扩展性、稳定性和易用性等几个方面来考虑，一是采用最新的计算机技术，选用符合国际标准和国家标准的先进的硬件产品、通用和成熟（功能完善）的软件产品。二是采用分布式系统结构，将系统的任务分布到监控系统各网络节点上，使风险分散，以保证系统的高可靠性，不会因为单个节点计算机的故障引起整个系统的瘫痪。同时，由于任务的分散执行，使得系统的响应速度和处理复杂问题的能力大大增强。根据集团公司对污水处理厂的运行管理要求，结合上洋污水厂建设的实际情况，我们确定的自控系统的设计原则如下： 现场控制分站实现无人值守； 监控系统设计采用开放的分布式控制系统，立足于系统的可靠性、先进性和适用性，做到全厂运行管理的集中监视调度和分散控制；自动化控制设备选型遵循可靠性高、使用方便、安装及维护简单和价格合理的原则，选择其行业中的主流产品，并在设计上预留扩充空间；监控系统采用带自愈功能的100Mbps光纤工业以太环网，自动化监控系统与视频监控系统合用同一网，即数据视频语音三网合一；所选软件为模块化结构化软件，便于用户程序的编辑、调试、修改和更新；控制方式为中央控制、车间控制和设备现场控制的三级控方式，采用自动与手动控制相结合，就地控制级优先。1.2 自控系统的主要功能1.2.1 自控系统实现的主要功能（1）采集污水厂各个监控子站的实时生产数据，生成实时数据库，建立整个污水厂的数据服务器。（2）对系统采集的实时数据进行分析计算，提供分析计算结果。（3）对采集的实时数据进行分析，根据工艺要求产生报警信息。（4）读取历史数据库的数据，对历史数据进行直观显示，为用户提供历史数据的访问界面。操作员可通过该界面浏览查询历史数据库的数据和数据的分析结果，了解系统的历史运行情况，并能根据用户需要动态绘制和打印各种比较曲线、趋势曲线等。趋势图上可以改变时间范围、显示参数等。（5）综合处理实时数据和历史数据，根据需要生成生产数据日报表和月报表、故障统计报表、操作统计报表等。（6）建立监控系统双备份，提供系统冗余功能，保证系统不间断监控。（7）实行系统的多级密码保护，确保系统和数据的安全。对监控系统操作员权限进行管理设置，根据不同的权限赋予不同的监控功能。（8）提供完善的图形化监控画面，通过这些直观的画面对各个车间进行监控。1.2.2 自控系统提供的监控显示画面中控室上位系统提供的监控显示画面共分九种,画面总数则视乎污水厂的处理工艺和规模即工艺设备的多少而定,一个污水厂的监控画面总数少则几十幅，多则上百幅。各种监控显示画面的特征和功能如下述: (1)全厂概貌图总显示画面显示各车间监控子站在地理上的相对关系；显示各车间监控子站的通信状态以及主要的生产及工艺参数；点击各个车间站的示意图符，可调出各车间子站的主要监控画面。(2)全厂工艺流程总显示画面图形化显示全厂的工艺流程；显示各个工艺流程的主要生产参数、工艺参数以及生产状态；点击各个工艺图符可调出相应工艺的监控画面。(3)监控系统主画面显示该画面把操作员级的所有工作都放在一起，每一部分除有文字标注之外，还把各部分的内容通过图标的方式显示出来，这样只需轻轻一点，就可以随时准备开始做任一工作，主要的目的是把系统的功能一目了然放在一个视野中。该画面可以根据操作人员的分工和权限进行个性化的调整。(4)全厂信号汇总画面以表格的形式显示全厂所有监控子站的主要的生产数据，方便操作人员 纵览全厂的生产情况；表格中以不同的颜色区分不同的状态值；表格中提供进入相应监控数据子画面的链接。(5)报警一览画面动态显示系统中各个监控子站的所有报警的产生情况，包括报警的时间，报警确认的时间，报警消失的时间，报警的优先级别等；以不同的颜色区分不同的报警，通过右键点击相应的报警，可以进入该报警的监控子画面；统计系统总的报警数目以及总的的未确认报警数目。(6)生产曲线画面该画面提供与历史数据库的显示接口，用户可在该画面中选择需要查看的曲线的内容，选择需要查看的时间段，动态选择需要查看的生产数据；该画面的时间轴和数据轴可以动态改变，可以改变查看曲线的颜色和时间范围等，并可以将需要的曲线直接打印输出；通过该画面，用户可以查看到几年前的生产曲线，系统保存在历史数据库 中的数据将通过曲线的方式提供给用户；系统预计将在该画面中提供700多条曲线的显示功能。(7)系统菜单画面提供系统的管理功能，主要包括安全权限管理、报警管理、SCADA配置管理以及实时数据库管理等功能。(8)设备或设施详细监控画面通过改变颜色、位移、填充比例以及隐化、闪烁、动态数值显示等方法来实现泵、阀等各种设备及仪表的动态运行效果，动态反映过程的状态；显示该工段主要指标和控制回路的控制参数，并可根据生产要求修改控制回路的设定值。1.2.3 自控系统主要技术性能指标平均无故障间隔时间MTBF20,000小时可用率 A99.8系统综合误差：1.0%数据正确率I98时间参数：主机的联机启动时间 t2分报警响应时间t3秒查询相应时间t5秒实时数据更新时间t3秒控制指令的响应时间t3秒计算机画面的切换时间t0.5秒1.3自控系统结构及站点设置1.3.1站点设置随着科技的进步和国民经济的发展，对污水处理厂的运行管理提出了越来越高的要求。现在的污水处理厂自动控制系统，不但要对各工艺设备、设施和仪表进行可靠的监测和控制，而且要对污水处理的全流程进行高效管理，以确保排放达到更高的水质标准和节能降耗的目标。为了实现上述目标，设计的自控系统为一个开放的分布式控制系统，在污水厂综合办公楼中控室设中心站，在各工艺车间设置现场控制分站。每个现场控制分站由PLC系统、HMI人机界面、工业以太网交换机、不间断电源（UPS）及防雷电保护装置组成。上洋污水处理厂自控系统由中控室中心站、六个现场控制分站组成。六个现场站分别为PLC1控制分站（设在二期总变配电室）、PLC2控制分站（设在排水池）、PLC3控制分站（设在脱水机房）、PLC4控制分站（设在鼓风机房）、PLC5控制分站（设在加药加氯间）、PLC6控制分站（设在滤池公共设备间）。其中PLC6控制分站还包含七个控制子站PLC6.1PLC6.7，每个子站监控两个滤池格（即PLC6.1监控1#和2#、PLC6.2监控3#和4#、PLC6.6监控11#和12#、PLC6.7监控13#和14#），另外还有一个紫外线消毒系统监控子站PLC6.8。PLC1控制分站实现对粗格栅间、进水泵房和主配电间的设备和设施进行监测和控制，PLC柜安装在主配电间值班室，设两个10006002000的标准PLC柜；PLC2控制分站实现对细格栅及沉砂池、排水池及泵房、MCC2配电室的设备和设施进行监测和控制，PLC柜安装在MCC2配电值班室，设两个10006002000的标准PLC柜；PLC3控制分站实现对生物池及污泥脱水间的设备及设施进行监测和控制，PLC柜安装在脱水车间值班室，设两个10006002000的标准PLC柜；PLC4控制分站实现对鼓风机房及配电间的设备设施进行监测和控制，PLC柜安装在配电间MCC4值班室，设2个10006002000的标准PLC柜；PLC5控制分站实现二沉池及配水井、加氯加药间的设备设施进行监测和控制，PLC柜安装在加药间值班室，设2个10006002000的标准PLC柜；PLC6控制分站实现对提升泵房、滤池反冲洗泵房设备间的设备设施进行监测和控制，PLC柜安装在滤池反冲泵房值班室，设1个10006002000的标准PLC柜。7个滤格控制子站PLC6.1PLC6.7实施对14个滤池格的设备及仪表的监测和控制，7个就地控制柜安装于滤格管廊上方；紫外线消毒系统控制子站PLC6.8实施对紫外线消毒系统设备进行监测和控制。1.3.2自控系统结构自控系统结构如下图示：1.4自控系统监控对象及设备1.4.1监控对象1）PLC1控制站实施对37台设备（含仪表）的监测和控制。其中：变配电室：6台10KV高压柜、2台变压器、3台0.4KV低压柜；进水泵房：6潜水泵（其中一台带变频器）、3台电动阀门、2台超声波液位计、2台H2S报警器；配 水 井：3台电动闸门、2台电动调节阀、1台格栅机、4台超声波液位差计、1台H2S报警器；沉砂井：2台潜水砂泵。2）PLC2控制站实施对43台设备（含仪表）的监测和控制。其中： 变配电间：3台0.4KV低压柜；排水池泵房：3台上清液泵、5台污泥泵、4台电动阀门、3台超声波液位计；曝气沉砂池：3台鼓风机、2台砂水分离器、2台电动阀门、1台气体流量计；细 格栅 间：4台转鼓格栅机、1台无轴螺旋输送机、4台电动阀门、4台超声波液位计、2台电磁流量计、1台H2S报警器、1台NH3N测定仪。PLC2子站：2台桥式吸砂机。3）PLC3控制站实施对35台设备（含仪表）的监测和控制。其中：脱水机配电间：2台10KV高压柜、2台变压器、3台0.4KV低压柜；污泥脱水机房：6台电磁流量计、3台转子流量计、1台超声波液位计、3台离心机、3台污泥切割机、3台污泥泵、3台加药泵、2台回用泵、1套絮凝剂制备装置、3台螺旋输送机。4）PLC4控制站实施对142台设备（含仪表）的监测和控制。其中：鼓风机房配电间：14台10KV高压柜、2台变压器、5台0.4KV低压柜；生物池污泥泵房：8台溶氧测定仪、8台氧化还原电位仪、4台MLSS测定仪、4台热式气体流量计、56台水下推进器、12台内回流泵、8台污泥回流泵、4台剩余污泥泵、8台电动阀门、4台电动调节阀门、4台搅拌机、1台剩余污泥流量计。5）PLC5控制站实施对117台设备（含仪表）的监测和控制。其中：加药配电间：2台0.4KV低压柜；加药 系统：4台超声波液位计、2台搅拌机、7台投加计量泵、38个电磁阀、14台电磁流量计、2台冲洗水泵；加氯系统：1台超声波液位计、2台投加计量泵、9个电磁阀、4台电磁流量计；二沉池及配水井：8台吸刮泥机、24台电动闸门等6）PLC6控制站实施对47台设备（含仪表）的监测和控制。其中：滤池高低压配电间：2台10KV高压开关柜、2台变压器、3台0.4KV低压柜；二次 提 升 泵 房：5台提升泵、2台电动闸门、1台SS测定仪、1台超声波液位计；混合井：2台搅拌机；滤 池 设 备 间：3台反冲风机、3台反冲洗水泵、6台电动阀门、2台电动调节阀、6台压力变送器、1台浊度测定仪、1台电磁流量计、1台气体流量计、3台电动阀门等。1.4.2监控信号根据北京院的相关设计文件，各工艺车间自控及仪表系统详细的I/O信号清单如下表：上洋污水厂二期工程自控系统监控设备、信号及IO模块配置清单PLC1监控分站二期总变配电室控制分站监控对象数量通信通信脉入开入开出模入模出电气设备或仪表QTY节点COMPIDIDOAIAO变、配电系统10/0.4kV变压器出线柜44 合掉闸、故障、现场/远方1212 合闸、掉闸控制88 电流、有功电度、无功电度20810kV出线柜22 合掉闸、故障、现场/远方66 合闸、掉闸控制44 电流、有功电度、无功电度104变压器2 温度报警20.4kV进线柜22 合/掉闸2 电流、功率因数80.4kV母联柜11 合/掉闸1 电流33粗格栅超声波液位差计4 液位差4H2S报警器1 H2S浓度1格栅除污机1 开停、故障、现场/远方3 开停控制1沉砂井潜水砂泵2 开停、现场/远方4 泵和电机故障、过载故障4 开停控制2进水泵房超声波液位计2 液位2H2S报警器2 H2S浓度2潜水排污泵（变频）11 开停、故障、现场/远方33 潜水泵及电机故障1 开停控制11 频率及频率控制211潜水排污泵55 开停、故障、现场/远方1520 潜水泵及电机故障5 开停控制55电动闸门3 开、关、故障、现场/远方12 开、关控制6配水井电动闸门3 开、关、故障、现场/远方12 开、关控制6电动调节闸门（可调堰门）2 开、关、故障、现场/远方8 开、关控制4 开度、开度控制2237COMPIDIDOAIAOI/O点数合计1597129537153上洋污水厂二期工程自控系统监控设备、信号及IO模块配置清单PLC2监控分站排水池控制分站监控对象数量通信通信脉入开入开出模入模出电气设备或仪表QTY节点COMPIDIDOAIAO0.4kV进线柜22 合/掉闸2 电流660.4kV母联柜11 合/掉闸1 电流33细格栅超声波液位差计4 液位差4转鼓格栅44 开停、故障、现场/远方1212 开停控制44无轴螺旋输送机11 开停、故障、现场/远方33 开停控制11电动闸门4 开、关、故障、现场/远方16 开、关控制8NH3N测定仪1 NH3N1电磁流量计2 流量、流量累积22H2S报警器1 H2S浓度1曝气沉砂池气体流量计1 流量、流量累积11鼓风机3 开停、故障、现场/远方9 开停控制3砂水分离器2 开停、故障、现场/远方6 开停控制2电动闸门2 开、关、故障、现场/远方8 开、关控制4排水池及泵房超声波液位计3 液位3上清液泵33 开停、故障、现场/远方99 潜水泵及电机故障3 开停控制33 频率及频率控制633污泥泵5 开停、现场/远方10 泵和电机故障、过载故障10 开停控制5电动闸门4 开、关、故障、现场/远方16 开、关控制843COMPIDIDOAIAOI/O点数合计1147310538243上洋污水厂二期工程自控系统监控设备、信号及IO模块配置清单PLC2监控分站排水池控制分站监控对象数量通信通信脉入开入开出模入模出电气设备或仪表QTY节点COMPIDIDOAIAOPLC2.1系统1#桥式吸砂机桥式吸砂机1 开停、故障、现场/远方3 开、停控制2实际监控的I/O点数321015%冗余的I/O点数00I/O点总数32PLC2.1子站实配的I/O点数88PLC2.1子站I/O模块配置数11PLC2.2系统2#桥式吸砂机桥式吸砂机1 开停、故障、现场/远方3 开、停控制2I/O点数合计32上洋污水厂二期工程自控系统监控设备、信号及IO模块配置清单PLC3监控分站脱水车间控制分站监控对象数量通信通信脉入开入开出模入模出电气设备或仪表QTY节点COMPIDIDOAIAO污泥脱水机房10kV负荷开关柜2 合/掉闸2变压器2 温度报警20.4kV进线柜22 合/掉闸2 电流660.4kV母联柜11 合/掉闸1 电流33电磁流量计6 流量、流量累积66转分流量计3 流量、流量累积33超声波液位计1 液位1离心脱水机3 开停、故障、现场/远方9 开停控制3污泥切割机3 开停、故障、现场/远方9 开停控制3污泥泵3 开停、故障、现场/远方9 开停控制3絮凝剂制备装置1 开停、故障、现场/远方3 开停控制1加药泵3 开停、故障、现场/远方9 开停控制3回用泵2 开停、故障、现场/远方6 开停控制2无轴螺旋输送机2 开停、故障、现场/远方6 开停控制2无轴螺旋输送机1 开停、故障、现场/远方3 开停控制1 水平位置、水平位置控制1135COMPIDIDOAIAOI/O点数合计3996118201PLC3.1子站除臭系统随除臭系统设备配套供货7021201上洋污水厂二期工程自控系统监控设备、信号及IO模块配置清单PLC4监控分站鼓风机房控制分站监控对象数量通信通信脉入开入开出模入模出电气设备或仪表QTY节点COMPIDIDOAIAO变、配电系统10kV进线柜22 合掉闸、故障、现场/远方66 合闸、掉闸控制44 电流、功率因数、有功电度 无功电度124810kV母联柜11 合掉闸、故障、现场/远方33 合闸、掉闸控制22 电流3310/0.4kV变压器出线柜44 合掉闸、故障、现场/远方1212 合闸、掉闸控制88 电流、有功电度、无功电度2081210kV鼓风机出线柜44 合掉闸、故障、现场/远方1212 合闸、掉闸控制88 电流、有功电度、无功电度2081210kV出线柜11 合掉闸、故障、现场/远方33 合闸、掉闸控制2 电流、有功电度、无功电度52310kV PT柜22 电压66变压器2 温度报警20.4kV进线柜22 合/掉闸2 电流、功率因数880.4kV母联柜11 合/掉闸1 电流330.4kV主要出线22 合/掉闸2 电流66生物池及污泥泵房溶解氧测定仪8 溶解氧8氧化还原电位仪8 氧化还原电位8MLSS测定仪4 MLSS4热式流量计4 空气流量44水下推进器56 开停、现场/远方112 推进器和电机故障、过载故障112 开停控制56内回流泵12 开停、现场/远方24 泵和电机故障、过载故障