简要信息

【获奖类型】应用二等奖

【任务来源】横向合同

【课题编号】BITC-JK-2008-JS-031

【课题起止时间】2008年8月～2009年10月

【完成单位】北京中水科水电科技开发有限公司    中国水电顾问集团成都勘测设计研究院

【主要完成人】王德宽、邓小刚、陶海涛、刘小恒、王桂平、李  涛、王香玲

立项背景

成都市龙泉西河污水处理厂位于四川省成都市龙泉驿区成洛路北侧西河镇天平村十组。一期工程厂平面、厂区围墙、综合楼（含机修仓库、食堂）、大门和门卫、细格栅、曝气沉砂池、反冲洗泵房按3.96万m³/d规模一次建成。粗格栅及提升泵房、纤维滤池、紫外线消毒池、鼓风机房及变配电间、储泥池及污泥脱水间土建按3.96万m³/d规模建设，分期安装设备。

污水处理方案采用CASS＋纤维滤池工艺为主体的三级生化处理工艺，剩余活性污泥经污泥泵提升后送至脱水间，经脱水后外运至城市垃圾卫生填埋场填埋。

在城市污水处理厂的管理方面，早期主要是由技术人员现场人工检测和调试，由于污水处理厂的处理构筑物较多，需要进行实时监测的项目指标多而复杂，例如：进出水pH值、进水流量、曝气池溶解氧量等等，如要对这些指标逐一实时监测，无疑会耗费大量的人力、物力，并且要花费大量的时间，及时性也不能满足很高的要求。将计算机自动控制引入污水处理过程，将会使整个处理过程提高效率，在先进设备及先进工艺处理过程中，减轻操作人员的工作负担、安排最佳运行方式、节约能源，大大提高监测的实时性和精确度。

详细科学技术内容

本监控系统的结构是结合国内外先进的计算机硬件产品、软件产品、网络产品、工业控制产品、各监测仪表产品，根据龙泉西河污水处理厂的具体情况，采用中国水利水电科学研究院中水科技公司的H9000V4.0分布开放式计算机监控系统。系统由主控层及厂站现地控制层组成。系统整体安全可靠、实用经济、技术先进，易于维护，有较强的升级换代能力。

西河污水处理厂系统结构，共分二层：主控制层及现地控制单元层。

计算机监控系统采用开放式分层分布系统。计算机监控系统的网络结构采用工业以太网网络结构。

主控层工业交换机分别通过100Mbps RJ45端口连接厂站级主机、打印机等其他计算机设备。

厂站级主控层设备包括2套主机/操作员工作站、打印机、UPS、网络设备等，主控层设备布置在中控室。

现地控制层包括2套现地控制单元（LCU），其中，1套变配电LCU、1套气水反洗房LCU。

技术重点：

1）对于CASS污水处理控制流程的整体设计；

2）针对不同的工艺流程结合污水处理厂的实际情况进行不同设备的优化控制；

3）对于纤维滤池的四个远程I/O控制站采用PEOFIBUS_DP方式，实现与反冲洗泵房PLC进行远程通讯；

4）现场控制层设置触摸屏作为就地操作终端，操作人员可对控制站监控范围内的设备进行就地集中监视和控制；

5）监控系统与MX9300PLC进行通讯，进行整个监控系统的数据采集、控制，人机联系、运行统计、故障报警、报表和打印等功能；

6）设备的优化控制

对于单个设备的控制其优先顺序为现场手动控制、上位机手动控制和PLC自动控制，这样现场发现设备故障时可以最快的速度和方式切断故障设备的运行，最大程度地降低设备的损坏程度。

7）灵活多样的控制模式

PLC自动控制又分为PLC自动液位控制与PLC自动时序控制，运行人员可以根据进水水质情况在上位机进行时序控制与液位差控制模式切换。如提升泵、格栅机等。

8）提升泵及鼓风机的节能控制

提升泵房内有四台提升泵负责将经过粗格栅后的水提升到细格栅处进入下一工艺流程。对这四台提升泵通过变频器与液位计形成闭环控制，保持集水井内液面的稳定，这样可以减少因提升泵的启动对处理系统造成的冲击，保证系统的稳定运行，同时根据水量变化调节水泵频率，降低了运行能耗。

为保持CASS反应池曝气部分溶解氧浓度稳定在2mg/L左右，通过控制鼓风机的频率来实现鼓风机的流量的调节，达到节能的目的。

发明及创新点

（1）成都龙泉西河污水处理厂计算机监控系统是水科院基于H9000监控系统，针对污水处理厂自主开发的全新监控系统，保证了污水处理厂安全、稳定运行；提高了污水处理厂处理污水的能力；保障了污水出水水质的要求。

（2）国内自主开发的H9000污水处理监控系统首次使用，标志着监控系统开辟了一个全新的领域。

（3）现地单元首次采用中水科技自主研发的MX93000控制器，与国外PLC相比有价格优势，与国内相比性能更高、运行更稳定。

（4）工艺参数实时动态管理，工艺流程动态控制

污水厂中参与CASS工艺流程的主要设备都采用时序模式，下位机PLC程序中设置相应的时间模块，运行人员可以在上位机操作员站进行各个设备运行时长的实时修改，而不需修改PLC程序。这样的控制流程能够使运行人员根据水质的变化、要求和现场设备运行情况进行实时动态管理。这种运行方式不仅给运行人员的操作和维护带来很大的方便，而且保障了污水处理后的水质。这也是H9000监控系统在污水处理工艺流程中的一大特色。

（5）信息处理设计

通过上位机监控软件系统直接采集的在线仪表数据，并以数据报表和图形，曲线方式显示。还可根据处理工艺原理自动对所采集的数据进行分析计算，提炼出对运行操作更有指导意义的数据。如：提升泵的运行时间，耗电量等等。

与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较

与国外相比，我国污水处理自动化控制起步较晚，进入90年代以后污水处理厂才开始引入自动控制系统，但多是直接引进国外成套自控设备，国产自动控制系统在污水处理厂应用很少。

进入二十一世纪，我国自动控制技术迅猛发展，由我单位自主研发的H9000监控系统在污水处理厂中的应用，开启了H9000系统在污水处理中的新篇章。

国内大多数污水处理厂监控系统运行不稳定，数据采集不够及时准确。

相对于国内绝大多数污水处理厂来说，成都龙泉西河污水处理厂自投入运行以来，运行稳定可靠，数据采集及报警功能及时准确。直观易操作的上位机画面，方便快捷；稳定合理的控制程序的设置，最大限度的提高了污水处理厂处理污水的能力。

成果应用情况及社会经济效益

（1）应用情况

1）设备控制方面

对两套粗细格栅及4台提升泵均可进行时序控制和液位控制的切换。

根据外来污水状况和运行经验，设定相关定时参数，自动控制格栅机启动时间和停止时间，对于多台格栅机采用交替延时控制。

作为多台提升泵自动控制，满足先启先停原则，以优化资源利用率；泵通过变频器与液位计形成闭环控制，几台泵交替运行。

曝气系统及滗水系统按照工艺流程分别进行溶解氧浓度及时序的控制。

反冲洗泵采用时序控制对纤维滤池进行反冲洗。

对上述设备的控制设置，完全满足污水处理厂处理污水的要求，出水水质达到了相关部门要求，运行一年来，运行稳定，控制精确到位。

2）数据采集处理方面

上位机数据采集及通讯处理及时准确，完全满足污水处理厂对时间精度和及时性的要求。

3）故障报警方面

报警信息及时准确，语音报警加短信报警的方式，通知运行维护人员及时处理，大大提高了应急处理能力。

4）运行方面

画面直观准确地反映了现场设备的实时状态；使运行维护人员能快速准确地掌握全厂运行情况和设备状况。

操作简便且闭锁程序的投入防止了误操作的发生；极大地提高了系统的可用性和可维护性。

（2）社会经济效益

1）污水处理厂自投运以来，运行稳定，自动化水平得到了很大的提高，极大的减少了污水处理厂的实际运行维护人员，节省了员工开支。

传统的同等规模的污水处理厂一般人员要达到15人左右。

龙泉西河污水处理厂目前运行维护人员为5人。

2）稳定的自动化监控系统使龙泉西河污水处理厂极大提高了污水处理能力，处理污水能力相较于同类污水处理厂有很大提高。

同等规模同样工艺的污水处理厂日处理污水能力约3万m³/d。

监控系统投运后的龙泉西河污水处理厂达到4万m³/d。

其意义不言而喻，不仅提高了污水处理厂的经济效益，而且对环境的贡献是无法用金钱衡量的。

3）系统自动化控制科学合理，提高了系统的可靠性，减少了设备及能源的消耗，改善了人们的生活条件，提高了人民的生活质量。

污水处理厂的主要能源消耗在于四台提升泵，两台罗茨鼓风机，每年同等规模及工艺的污水处理厂电费高达200万。

经过优化控制后的提升泵及鼓风机极大缩短了能耗，直接节约电费约30万元。

4）自控系统是否完善可靠，直接影响出水水质，间接影响设备使用寿命和工厂总能耗水平。龙泉西河污水处理厂自动控制系统的可靠运行，保障了污水出水水质的要求，提高了西河镇生态环境，提高了人们的生活品质。

成果转化、推广或产业化方面还需帮助解决的问题

目前环保行业的自控水平比较低，有很大的发展空间，就污水处理领域来说，新建厂要投入自控系统，老厂也要进行改造，表明污水处理领域有很大的市场潜力。龙泉西河污水处理厂自动化系统的成功实施，说明水科院中水科技公司已经掌握了污水处理行业的自动化技术，相信水科院中水科技公司必将会对我国的污水处理贡献一份力量。

污水处理控制画面