SCADA系統(tǒng)在城市分散式污水處理設(shè)施管理中的應(yīng)用

高丹+祝云+韓雪凌

摘要介紹SCADA系統(tǒng)在城市分散式污水處理設(shè)施管理中的建設(shè)背景、意義，結(jié)合現(xiàn)時(shí)特點(diǎn)分析SCADA系統(tǒng)建設(shè)需求，提出SCADA系統(tǒng)建設(shè)方案以及系統(tǒng)功能。

關(guān)鍵詞分散式污水處理設(shè)施；SCADA；需求分析；建設(shè)方案

中圖分類(lèi)號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）12-0080-01

SCADA系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類(lèi)信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。由于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)CADA的要求不同，所以不同應(yīng)用領(lǐng)域的SCADA系統(tǒng)發(fā)展也不完全相同。

近年來(lái)隨著城市化建設(shè)的迅猛發(fā)展，城市不斷長(zhǎng)高長(zhǎng)大，由于城市空間跨度較大，部分排水主干管的升級(jí)改造相對(duì)滯后，造成城市排水管網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷不斷增加，下游集中式污水處理廠運(yùn)行幾近滿(mǎn)負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)行。為應(yīng)對(duì)這一難題，根據(jù)城市特點(diǎn)建設(shè)分散式污水處理設(shè)施——中水處理站。同時(shí)一些大型小區(qū)、學(xué)校等也自建了小規(guī)模的中水處理站。

濟(jì)南市一方面探索建設(shè)分散式污水處理設(shè)施，以緩解排水系統(tǒng)壓力，另一方面加強(qiáng)管理，建設(shè)中水站遠(yuǎn)程監(jiān)控SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)分散式污水處理設(shè)施的集中管理。到目前為止已經(jīng)建設(shè)9座中水站，減排能力6萬(wàn)噸/日。再加上社會(huì)眾多配套自建中水處理設(shè)施，有效緩解了排水系統(tǒng)運(yùn)行壓力。

1建設(shè)需求分析

建設(shè)中水站SCADA系統(tǒng)平臺(tái)，對(duì)分散式污水處理設(shè)施進(jìn)行集中監(jiān)督、管理、調(diào)度，一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)、運(yùn)行設(shè)備參數(shù)以及安防等日常運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的采集，為日常生產(chǎn)安排提供數(shù)據(jù)決策支持。另一方面，有效應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，做到快速、準(zhǔn)確指揮調(diào)度。

通過(guò)建設(shè)中水站SCADA系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)四方面功能：

1）實(shí)現(xiàn)集約化管理，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，將分散的污水處理設(shè)施SCADA監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行集合統(tǒng)一管理。根據(jù)工藝運(yùn)行情況、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)要求以及環(huán)保等監(jiān)管部門(mén)的要求，集中管理先進(jìn)、技術(shù)過(guò)硬、經(jīng)驗(yàn)豐富的管理團(tuán)隊(duì)合理安排生產(chǎn)、養(yǎng)護(hù)、維修工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、分析、解決生產(chǎn)隱患。

2）實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，通過(guò)動(dòng)態(tài)采集實(shí)時(shí)（COD、氨氮等）進(jìn)出水水質(zhì)、設(shè)備（電流、電壓）等過(guò)程運(yùn)行數(shù)據(jù)、（溶解氧等）工藝運(yùn)行過(guò)程水質(zhì)變化數(shù)據(jù)和工藝控制動(dòng)作指令等，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

3）實(shí)現(xiàn)先進(jìn)、快捷的數(shù)據(jù)管理，通過(guò)統(tǒng)一的管理平臺(tái)進(jìn)行中水站運(yùn)行管理數(shù)據(jù)查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、打印輸出的辦公自動(dòng)化。實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)基本信息和分析數(shù)據(jù)交換、匯總、分析、加工。提高了工作效率及對(duì)突發(fā)事故的應(yīng)對(duì)速度。

4）實(shí)現(xiàn)高效指揮調(diào)度，充分利用視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢(xún)系統(tǒng)，對(duì)突發(fā)安全事故、生產(chǎn)故障等實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、指揮調(diào)度，以及查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)，追朔事故原因，準(zhǔn)確判斷決策。

2系統(tǒng)建設(shè)方案

系統(tǒng)由三大部分組成，分別是分散獨(dú)立的中水處理站SCADA子系統(tǒng)、系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)和集中管理平臺(tái)三部分。

1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。集中管理平臺(tái)通過(guò)組建智能管理SCADA子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、信息化管理子系統(tǒng)將分散獨(dú)立的中水處理站集中整合，對(duì)安全防護(hù)、生產(chǎn)計(jì)劃、養(yǎng)護(hù)維修進(jìn)行統(tǒng)一分析安排和調(diào)度，VPN專(zhuān)網(wǎng)使信息通訊更加安全、高速、穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)集約化、規(guī)范化、高效化管理。

2）子系統(tǒng)功能。中水站SCADA子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)中水站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成；具有高度可擴(kuò)展性，全面支持DDE、OPC、ODBC/SQL、ActiveX、DNA標(biāo)準(zhǔn)；通過(guò)組態(tài)實(shí)現(xiàn)圖形顯示、累積計(jì)算、歷史數(shù)據(jù)保存、曲線(xiàn)調(diào)用，權(quán)限管理等；實(shí)現(xiàn)多類(lèi)型報(bào)表功能；實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，短信報(bào)警等。

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)可以對(duì)任意一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、查詢(xún)、回放，還可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的用戶(hù)管理、設(shè)備管理、故障管理、存儲(chǔ)管理等功能。系統(tǒng)支持軟件方式完成的“虛擬矩陣”（Virtual Matrix）功能。支持通過(guò)解碼器（或解碼卡）將來(lái)自遠(yuǎn)端的網(wǎng)絡(luò)視頻信號(hào)還原為模擬視頻信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)任何一路圖象到任何一路解碼輸出的矩陣控制功能，可以畫(huà)面切換、輪巡。利用模擬顯示終端來(lái)顯示所有的遠(yuǎn)端攝像機(jī)的畫(huà)面。支持使用軟件代替模擬硬件矩陣，完成圖像的矩陣切換功能。

信息化管理子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)中水站運(yùn)行管理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)入庫(kù)統(tǒng)一管理，方便快捷的進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢(xún)、數(shù)據(jù)對(duì)比分析、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、打印輸出的辦公自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)SCADA子系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的集中展現(xiàn)應(yīng)用。

3）網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。針對(duì)不同主體我們分別采用有線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)和GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)兩種方式。

有線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)針對(duì)直屬中水站設(shè)計(jì)，傳輸數(shù)據(jù)為視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、中水站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)為三路監(jiān)控視頻，每路傳輸占帶寬500-600K，合計(jì)為1.5-1.8M；中水站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸占帶寬<5K。系統(tǒng)整合后，除去網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)，要求單點(diǎn)總帶寬≥2M。監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)使用VPN專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，與互聯(lián)網(wǎng)做物理隔離，以期達(dá)到傳輸數(shù)據(jù)的安全性，配置為≥2M鏈路。

針對(duì)多個(gè)社會(huì)中水站的系統(tǒng)接入，計(jì)劃采用GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?？紤]到中水站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸占帶寬非常低，GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可提供高達(dá)115kbit/s的傳輸速率（最高值為171.2kbit/s），完全滿(mǎn)足需求。

4）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)完成對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的同時(shí)，能夠?qū)v史數(shù)據(jù)完成大量的存儲(chǔ)，歷史數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)變化和定時(shí)存儲(chǔ)兩種方式進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)保存、過(guò)程歸檔處理；采用功能強(qiáng)大的壓縮算法，按高壓縮格式保存數(shù)據(jù)，增加數(shù)據(jù)的保存時(shí)間，數(shù)據(jù)保存時(shí)間為1年以上，數(shù)據(jù)保存更新周期最少為1秒。

歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)通過(guò)提供的歷史趨勢(shì)和歷史報(bào)表等工具可以在線(xiàn)查看歷史數(shù)據(jù)，完成歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)。

事故分析通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)能夠在線(xiàn)對(duì)歷史數(shù)據(jù)回讀，同時(shí)也有將外部數(shù)據(jù)插入到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的功能，通過(guò)這些歷史數(shù)據(jù)結(jié)合提供的工具能夠完成對(duì)事故的分析。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供標(biāo)準(zhǔn)OLE控件接口，可以將數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)讀出，方便與其他系統(tǒng)建模工具的接口，同時(shí)通過(guò)這個(gè)接口也可以實(shí)現(xiàn)與其他先進(jìn)控制軟件、優(yōu)化控制軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，方便擴(kuò)展先進(jìn)控制和優(yōu)化控制。

3結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)有限專(zhuān)網(wǎng)將分散的多主體中水處理站進(jìn)行遠(yuǎn)距離連接，將分散的SCADA子系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)散式串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了分散的中水處理站集約化管理，有效的降低了管理成本，更加充分的發(fā)揮了管理團(tuán)隊(duì)的能量。通過(guò)將現(xiàn)代信息化技術(shù)引進(jìn)公用事業(yè)管理，濟(jì)南市逐漸探索出了一條污水分散式處理設(shè)施的管理思路。、

參考文獻(xiàn)

[1]朱兆亮，張會(huì)，賈曼，等.濟(jì)南市分散式污水處理站典型工藝及運(yùn)行管理分析[J].給水排水，2011（10）：54-57.

[2]任漢文，章小緯，戴毓文.SCADA系統(tǒng)在生產(chǎn)調(diào)度管理中的發(fā)展與應(yīng)用[J].城鎮(zhèn)供水，2008（3）：68-70.

[3]王占朝，黃強(qiáng)，樂(lè)嘉維.SCADA系統(tǒng)在郊區(qū)供水集約化過(guò)程中的應(yīng)用[J].供水技術(shù)，2011，5（4）：41-44.

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