1、概述
鄉(xiāng)村污水處理主要是由鄉(xiāng)村區(qū)域范圍內(nèi)的若干個(gè)一體化泵站及污水處理廠構(gòu)成。一體化泵站設(shè)置于污水輸送干管，將污水通過(guò)提升泵站輸送至污水處理廠。污水處理廠規(guī)模100~1000m3/日不等，主要處理構(gòu)建筑物包括：調(diào)節(jié)池及提升泵池、一體化膜處理裝置、綜合管理用房等。一體化泵站及污水處理廠的處理規(guī)模較小，配置值班人員需求量大。建設(shè)鄉(xiāng)村污水自動(dòng)化監(jiān)控管理系統(tǒng)可確保污水處理設(shè)備正常運(yùn)行，減少人員配置、提高工作效率、保護(hù)環(huán)境。
2、設(shè)計(jì)原則
自動(dòng)化監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循先進(jìn)性、實(shí)用性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、開(kāi)放性的原則，滿足污水處理工程生產(chǎn)管理和工藝過(guò)程對(duì)自動(dòng)化的要求。采用“集散型”控制方式，集中監(jiān)控管理、分散控制、數(shù)據(jù)共享。自動(dòng)化監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括:中央監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控系統(tǒng)、檢測(cè)儀表、安防及視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電子巡更系統(tǒng)等五部分。
檢測(cè)儀表選擇生產(chǎn)過(guò)程中必備的過(guò)程及環(huán)境監(jiān)測(cè)儀表，滿足生產(chǎn)管理過(guò)程中對(duì)自動(dòng)化的需求;選擇各個(gè)污水處理廠及一體化泵站通用的檢測(cè)儀表，減少備品備件的種類(lèi)。
安防及視頻監(jiān)控系統(tǒng)融合進(jìn)自動(dòng)化監(jiān)控管理系統(tǒng)，防范危害生產(chǎn)過(guò)程事情的發(fā)生;選擇網(wǎng)絡(luò)視頻攝像機(jī)采集現(xiàn)場(chǎng)圖像，污水處理廠的安防選擇電子圍欄。
電子巡更系統(tǒng)選擇離線式設(shè)備，由生產(chǎn)巡視人員攜帶對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)定期巡查。
3、中央監(jiān)控系統(tǒng)
中央監(jiān)控系統(tǒng)由數(shù)據(jù)服務(wù)器、WEB服務(wù)器、中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)、工程師站計(jì)算機(jī)、液晶拼接屏、打印機(jī)、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、工業(yè)路由器(含防火墻)、UPS電源等共同組成，并可根據(jù)生產(chǎn)管理的需要配置一定數(shù)量的移動(dòng)終端。中央監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采集現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)，完成顯示、存儲(chǔ)、報(bào)警、打印等功能。中央監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理、實(shí)時(shí)工藝流程展示、GIS地圖、趨勢(shì)曲線、系統(tǒng)報(bào)表、自動(dòng)報(bào)警、WEB瀏覽、移動(dòng)端應(yīng)用、平臺(tái)應(yīng)用接口等功能。主要功能包括：
(1)數(shù)據(jù)采集與處理
中央監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)IOserver采集器將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過(guò)公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行采集并實(shí)時(shí)更新。數(shù)據(jù)變量可靈活定義，支持多種類(lèi)型數(shù)據(jù)采集，采集周期調(diào)整方便簡(jiǎn)單。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)畫(huà)面動(dòng)態(tài)流程、實(shí)時(shí)曲線、實(shí)時(shí)報(bào)表等多種方式進(jìn)行展示。在系統(tǒng)內(nèi)部可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與核算，包括：數(shù)據(jù)內(nèi)部線性、非線性轉(zhuǎn)換，指定時(shí)間段內(nèi)的最小值、最大值、平均值、累計(jì)值統(tǒng)計(jì)。存儲(chǔ)方式與存儲(chǔ)周期可使用需求調(diào)整。
(2)實(shí)時(shí)工藝流程展示
中央監(jiān)控系統(tǒng)可通過(guò)動(dòng)畫(huà)仿真實(shí)時(shí)展示現(xiàn)場(chǎng)工藝流程畫(huà)面，獲取包含過(guò)程參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備參數(shù)等制水工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)，并對(duì)領(lǐng)導(dǎo)重點(diǎn)關(guān)注數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總展示。
(3)GIS地圖功能
系統(tǒng)接人離線地圖，將所有污水處理廠、一體化污水泵站以坐標(biāo)標(biāo)注點(diǎn)的形式在地圖中進(jìn)行顯示。地圖增加邊界顯示功能，方便用戶(hù)進(jìn)行區(qū)域的劃分并實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)區(qū)域的查看。
(4)趨勢(shì)曲線功能
用戶(hù)通過(guò)訪問(wèn)參數(shù)趨勢(shì)曲線，并對(duì)曲線進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的追溯和復(fù)現(xiàn)。根據(jù)數(shù)據(jù)類(lèi)型、用戶(hù)權(quán)限區(qū)域、監(jiān)測(cè)站內(nèi)以及具體曲線名稱(chēng)，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)靈活查詢(xún)。
(5)系統(tǒng)報(bào)表功能
制定符合污水處理需求的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表模板，對(duì)領(lǐng)導(dǎo)關(guān)心的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算和匯總，自動(dòng)生成所需各類(lèi)統(tǒng)計(jì)報(bào)表(日、月、季度、年報(bào)表等)，涵蓋各制水工藝關(guān)鍵數(shù)據(jù)(如液位、流量等)，水量統(tǒng)計(jì)報(bào)表等。
(6)自動(dòng)報(bào)警功能
中央監(jiān)控系統(tǒng)重要參數(shù)用戶(hù)根據(jù)需求可選擇是否開(kāi)啟相應(yīng)變量的報(bào)警功能?？蓞⒖紨?shù)據(jù)當(dāng)前值設(shè)置變量的高限、高高限、低限、低低限。報(bào)警參數(shù)可靈活設(shè)置，并和管理人員的手機(jī)綁定，發(fā)生報(bào)警時(shí)自動(dòng)發(fā)送短信告知。
(7)事件管理
事件管理實(shí)現(xiàn)用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)操作的信息記錄和存儲(chǔ)。記錄相應(yīng)的操作過(guò)程、操作時(shí)間和操作人員信息。用戶(hù)可根據(jù)相應(yīng)時(shí)間區(qū)間查詢(xún)系統(tǒng)操作的信息。
(8)系統(tǒng)管理功能
系統(tǒng)用戶(hù)管理可實(shí)現(xiàn)新用戶(hù)信息添加、現(xiàn)有用戶(hù)信息修改和用戶(hù)信息刪除等功能。用戶(hù)信息包括：用戶(hù)手機(jī)號(hào)、登陸密碼，用戶(hù)根據(jù)所屬區(qū)域及操作等級(jí)權(quán)限進(jìn)行劃分。用戶(hù)可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有密碼的修改。
(9)WEB瀏覽功能
通過(guò)WEB瀏覽系統(tǒng)，各子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸可通暢的進(jìn)行，減少了數(shù)據(jù)的孤島現(xiàn)象。通過(guò)WEB瀏覽系統(tǒng)，各級(jí)管理人員可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取權(quán)限范圍內(nèi)所關(guān)注的信息。
(10)移動(dòng)端應(yīng)用
支持ios、Anckoicl等主流系統(tǒng)的應(yīng)用，通過(guò)移動(dòng)端可查看主要數(shù)據(jù)、報(bào)表及報(bào)警提示;通過(guò)部署客戶(hù)端，用戶(hù)通過(guò)連接到局域網(wǎng)獲取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)趨勢(shì)查詢(xún)、報(bào)警查詢(xún)等多個(gè)模塊;手機(jī)客戶(hù)端支持以下功能：
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢(xún)界面根據(jù)配置情況，自動(dòng)刷新關(guān)聯(lián)變量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。刷新頻率可以根據(jù)設(shè)置改動(dòng)。歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)根據(jù)WEB服務(wù)器設(shè)置發(fā)布的歷史數(shù)據(jù)變量進(jìn)行查詢(xún)。WEB服務(wù)器設(shè)置好發(fā)布的歷史數(shù)據(jù)變量后，并根據(jù)相應(yīng)的變量組，手機(jī)客戶(hù)端查詢(xún)本變量組的歷史數(shù)據(jù)。
4、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)
數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)式連接監(jiān)控管理中心和現(xiàn)場(chǎng)控制單元、網(wǎng)絡(luò)視頻攝像機(jī)的紐帶。以公用網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)，通過(guò)有線方式與中監(jiān)控管理中心的以太網(wǎng)交換機(jī)連接，通過(guò)有線方式與現(xiàn)場(chǎng)控制單元連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
考慮每個(gè)污水處理廠傳輸?shù)囊曨l、控制數(shù)據(jù)量，租賃10M帶寬的公用網(wǎng)絡(luò)(對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，上傳、下載速率相同)，可滿足視頻數(shù)據(jù)、檢測(cè)數(shù)據(jù)的上傳。配置工業(yè)路由器，工業(yè)路由器具備防火墻功能;將現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)、控制單元采集的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)傳送至監(jiān)控管理中心。
每個(gè)一體化污水泵站租賃4M帶寬的公用網(wǎng)絡(luò)(普通網(wǎng)絡(luò)，上傳速率約是下載速率的三分之一)，上傳速率約為1.3MB/S;可滿足檢測(cè)數(shù)據(jù)的上傳。配置工業(yè)路由器，工業(yè)路由器具備防火墻功能;將現(xiàn)場(chǎng)控制單元采集的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)傳送至監(jiān)控管理中心。
監(jiān)控管理中心需接受若干個(gè)污水處理廠、一體化污水泵站的視頻數(shù)據(jù)、檢測(cè)數(shù)據(jù)。監(jiān)控管理中心租賃1000M帶寬的公用網(wǎng)絡(luò)(普通網(wǎng)絡(luò))，可滿足檢測(cè)數(shù)據(jù)的上傳、下載的需求。配置工業(yè)路由器，工業(yè)路由器具備防火墻功能;接收現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)、控制單元采集的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)，通過(guò)液晶拼接屏、中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、視頻管理服務(wù)器等實(shí)現(xiàn)顯示、存儲(chǔ)、打印。
5、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控系統(tǒng)
現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控系統(tǒng)由若干個(gè)污水處理廠、一體化污水泵站的控制單元組成，分別位于各個(gè)污水處理廠、一體化污水泵站。控制單元的設(shè)備組成包括用于本單元設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、工藝參數(shù)采集和網(wǎng)絡(luò)連接的PLC系統(tǒng)(其中，污水處理廠采用固定式PLC、開(kāi)關(guān)量擴(kuò)展模塊、模擬量擴(kuò)展模塊;一體化污水泵站采用固定式PLC。)，不間斷電源，工業(yè)路由器，電源、信號(hào)電涌保護(hù)器以及各種隔離器等?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)控系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與中央監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
污水處理廠控制單元設(shè)置于污水處理廠配電間;檢測(cè)范圍為：圍墻、調(diào)節(jié)池、一體化生化設(shè)備、出水管流量計(jì)等?？刂茊卧ㄟ^(guò)工業(yè)路由器連接至公用網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、過(guò)程參數(shù)傳送至中央監(jiān)控系統(tǒng)。
一型污水泵站控制單元設(shè)置于一體化污水杲站的污水杲井側(cè)，戶(hù)外支架安裝。檢測(cè)范圍均為：污水泵井?？刂茊卧ㄟ^(guò)工業(yè)路由器連接至公用網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的設(shè)備、儀表的運(yùn)行狀態(tài)傳送至中央監(jiān)控系統(tǒng)。
6、檢測(cè)儀表
監(jiān)控管理中心配置便攜式硫化氫檢測(cè)儀，供現(xiàn)場(chǎng)巡視人員攜帶，及時(shí)了解各個(gè)污水處理廠、一體化污水泵站的硫化氫濃度，保證巡視人員的人生安全及健康;避免環(huán)境污染對(duì)周?chē)用裨斐蓚Α?/p>
便攜式硫化氫檢測(cè)儀檢測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)可通過(guò)人工錄入的方式輸入中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)，完成顯示、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、打印等功能。
污水處理廠調(diào)節(jié)池設(shè)置投入式液位計(jì)，檢測(cè)調(diào)節(jié)池的液位，實(shí)現(xiàn)潛污泵的自動(dòng)運(yùn)行。投入式液位計(jì)選用一體式儀表。一體化膜處理裝置設(shè)置壓力式液位計(jì)，檢測(cè)一體化膜處理裝置的液位參數(shù)，用于控制攪拌器、羅茨風(fēng)機(jī)、PAC投加裝置、循環(huán)泵、藥劑清洗泵、出水自吸泵的運(yùn)行。
污水處理廠控制單元采集調(diào)節(jié)池液位、一體化膜處理裝置液位及出水瞬時(shí)流量等參數(shù)及流量脈沖、流量計(jì)故障等狀態(tài)信號(hào)，通過(guò)公用網(wǎng)絡(luò)傳送至中央監(jiān)控系統(tǒng)，完成顯示、存儲(chǔ)、報(bào)警、打印等功能。
一體化污水泵站污水泵井的設(shè)置液位開(kāi)關(guān)檢測(cè)污水泵井的高液位、低液位，實(shí)現(xiàn)潛污泵的自動(dòng)啟停。液位開(kāi)關(guān)選用兩套儀表，高液位、低液位分別方式一套液位開(kāi)關(guān)。污水泵站控制單元采集液位開(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)公用網(wǎng)絡(luò)，將液位開(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)傳送至中央監(jiān)控系統(tǒng)，完成顯示、存儲(chǔ)、報(bào)警、打印等功能。
7、安防及視頻監(jiān)控系統(tǒng)
安防及視頻監(jiān)控系統(tǒng)由安防及視頻監(jiān)控中心、若干個(gè)污水處理廠視頻設(shè)備、安防設(shè)備等組成。
污水處理廠視頻設(shè)備、安防設(shè)備的視頻數(shù)據(jù)、安防報(bào)警狀態(tài)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳送至安防及視頻監(jiān)控中心的視頻存儲(chǔ)服務(wù)器、視頻管理服務(wù)器、液晶拼接屏、中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)顯示、存儲(chǔ)、報(bào)警。污水處理廠的視頻數(shù)據(jù)通過(guò)公用網(wǎng)絡(luò)與安防及視頻監(jiān)控中心交換數(shù)據(jù)。
視頻管理服務(wù)器：實(shí)現(xiàn)監(jiān)控圖像的切換、輪巡、控制等，完成監(jiān)視圖像的輸出及管理，配套主控鍵盤(pán)安裝在中央控制室完成監(jiān)視控制。實(shí)現(xiàn)各個(gè)污水處理廠攝像機(jī)的控制及錄像、存儲(chǔ)及畫(huà)面檢索、回放。
中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)：完成污水處理廠安防設(shè)備一圍墻電子圍欄主機(jī)經(jīng)公用網(wǎng)絡(luò)傳輸來(lái)的報(bào)警信號(hào)的顯示、存儲(chǔ)、報(bào)警等功能。
8、電子巡更系統(tǒng)
電子巡更系統(tǒng)由管理計(jì)算機(jī)及配套管理軟件、打印機(jī)、巡更棒、信息點(diǎn)等共同組成。電子巡更系統(tǒng)計(jì)算機(jī)位于監(jiān)控管理中心的中央控制室。巡更棒收集信息點(diǎn)的參數(shù)(位置、時(shí)間、人員的信息)，管理計(jì)算機(jī)通過(guò)USB接口采集巡更棒收集的各信息點(diǎn)的參數(shù)，管理、統(tǒng)計(jì)、打印相關(guān)參數(shù)。信息點(diǎn)分別設(shè)置于污水處理廠及一體化污水泵站。
電子巡更系統(tǒng)督巡視人員定時(shí)巡視現(xiàn)場(chǎng)。巡視人員攜帶巡更棒及便攜式硫化氫檢測(cè)儀。及時(shí)了解各個(gè)污水處理廠及一體化污水泵站的工藝、電氣設(shè)備運(yùn)行情況，以及環(huán)境硫化氫濃度等，確保污水處理廠及一體化污水泵站安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。
9、保護(hù)及防雷
4~20mA模擬信號(hào)輸出端配置信號(hào)電涌保護(hù)器;電源輸人端配置了電源電涌保護(hù)器，電涌保護(hù)器安裝于儀表箱內(nèi)。PLC模擬信號(hào)輸入端配置隔離器。兩線制儀表，PLC信號(hào)輸入端可選用具有輔助供電功能的隔離器。自動(dòng)化監(jiān)控管理系統(tǒng)的防雷接地、保護(hù)接地、工作接地、屏蔽接地、防靜電接地等采用聯(lián)合接地體，并與電氣接地系統(tǒng)共用一套接地裝置。接地電阻小于1歐姆。PLC控制柜電源進(jìn)線端配置電源電涌保護(hù)器。
10、結(jié)束語(yǔ)
隨著鄉(xiāng)村集中居住區(qū)的建設(shè)，居民生活污水處理將不斷地發(fā)展，污水處理生產(chǎn)管理的要求也將不斷地提高，構(gòu)建鄉(xiāng)村污水自動(dòng)化監(jiān)控管理系統(tǒng)勢(shì)在必行。鄉(xiāng)村污水自動(dòng)化監(jiān)控管理系統(tǒng)以生產(chǎn)過(guò)程的信息采集、信息集成、信息傳遞為主，與企業(yè)的生產(chǎn)工藝調(diào)度、生產(chǎn)水質(zhì)監(jiān)控、自動(dòng)投加藥等技術(shù)密切結(jié)合的生產(chǎn)自控信息網(wǎng)絡(luò)。借助計(jì)算機(jī)對(duì)信息的高速、精確管理能力，可提高企業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求的反應(yīng)速度，改善服務(wù)質(zhì)量，提高日常工作效率;借助數(shù)據(jù)分析診斷能力可幫助企業(yè)改進(jìn)生產(chǎn)工藝、節(jié)能降耗，降低成本和費(fèi)用，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和競(jìng)爭(zhēng)力。( >
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