CN104267706B - 一种水务综合管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水务综合管理系统，它包括水务管理中心、给水自动化系统、污水处理自动化系统、配水管网、抄表终端和通信网络；给水自动化系统、污水处理自动化系统、配水管网和抄表终端通过通信网络与水务管理中心连接。本发明对系统各主要环节进行自动化监视、控制和管理，在节约电耗、药耗和水耗的前提下保证制水水质和供水质量，并能够及时对生产和处理工艺出现的各种故障进行处理，减少故障损失，提高设备利用率和使用寿命，提高水务系统的自动化、信息化管理水平。

Description

一种水务综合管理系统

技术领域

本发明涉及一种水务综合管理系统。

背景技术

随着我国水务环保行业市场化程度的逐步加大，市场涌现出许多全国性和区域性的大型水务集团公司，甚至有些集团公司拥有全国各地上百家的给水和污水处理项目，这些厂地域分布广泛，集团与厂之间容易产生信息传递脱节，而各厂运营管理水平不一，运营管理人才短缺，且重点单元能源消耗大，这些问题日益突出，这使得水务集团公司迫切需要进行集约化管理，来实现企业资源的合理配置，通过有效监管提升下属单位的管理能力。

面对这些严重阻碍集团发展的问题，水务集团应加强给水系统和污水处理系统综合管理、节能优化调度研究和实用技术开发，实现工艺运行由经验判断走向定量分析，将在线仪表和PLC应用于给水自动化处理和污水自动化处理工艺过程中，来确定工艺参数、优化运行方案、预测运行过程中可能出现的问题及采取的防范措施，打造一个水务综合管理系统，信息化管理模式逐步成为大型水务集团公司提升企业整体管理水平、应对激烈的市场化竞争、获取最大化经济效益的发展方向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水务综合管理系统，解决了水务系统的自动化、信息化管理水平不高的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种水务综合管理系统，其特征在于：它包括水务管理中心、给水自动化系统、污水处理自动化系统、配水管网、抄表终端和通信网络；给水自动化系统、污水处理自动化系统、配水管网和抄表终端通过通信网络与水务管理中心连接。

所述的给水自动化系统包括给水调度自动化主站、视频监控系统、给水控制站、与给水控制站连接的给水监控站、用于数据采集的传感器和用于输出控制的执行机构；视频监控系统与给水调度自动化主站连接，给水调度自动化主站与给水控制站连接，给水控制站分别与传感器和执行机构连接。

所述的污水处理自动化系统包括污水处理自动化主站、视频监控系统、污水控制站、与污水控制站连接的污水监控站、用于数据采集的传感器和用于输出控制的执行机构；视频监控系统与污水处理自动化主站连接，污水处理自动化主站与污水控制站连接，污水控制站分别与传感器和执行机构连接。

所述的给水控制站包括水源控制站即一级泵站、送水控制站即二级泵站、混凝加药控制站、沉淀池控制站、过滤池控制站和加氯消毒控制站。

所述的给水监控站包括水泵监控、变频器监控、流动电流SCD监控、排泥监控、反洗/清洗控制监控和加氯/余氯监控。

所述的污水控制站包括机械处理控制站、生化处理控制站、加药处理控制站和淤泥处理控制站。

所述的监控站包括机械监控站、生化监控站、加药监控站和淤泥监控站；所述的机械监控站包括泵监控、格栅监控、搅拌器监控和刮泥机监控，所述的生化监控站包括溶解氧监控、水质悬浮物监控、酸碱度监控、生化需氧量监控和化学需氧量监控，所述的加药监控站包括药量监控，所述的淤泥监控站包括消化池监控、污泥脱水机监控和干燥设备监控。

所述的给水控制站和污水控制站主要由PLC控制器组成。

所述的通信网络包括专用网、公网、GSM/GPRS和物联网。

所述的给水自动化系统和污水处理自动化系统还包括接地系统和防雷系统；接地系统包括保护地和屏蔽地，防雷系统包括一级电源防雷和二级电源防雷。

本发明的有益效果是：本发明对系统各主要环节进行自动化监视、控制和管理，在节约电耗、药耗和水耗的前提下保证制水水质和供水质量，并能够及时对生产和处理工艺出现的各种故障进行处理，减少故障损失，提高设备利用率和使用寿命，提高水务系统的自动化、信息化管理水平。

附图说明

图1为本发明结构方框图；

图2为给水自动化系统结构图；

图3为给水调度自动化主站结构图；

图4为污水处理自动化系统结构图；

图5为给水处理工艺流程。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案：如图1所示，一种水务综合管理系统，其特征在于：它包括水务管理中心、给水自动化系统、污水处理自动化系统、配水管网、抄表终端和通信网络；给水自动化系统、污水处理自动化系统、配水管网和抄表终端通过通信网络与水务管理中心连接。

如图2所示，所述的给水自动化系统包括给水调度自动化主站、视频监控系统、给水控制站、与给水控制站连接的给水监控站、用于数据采集的传感器和用于输出控制的执行机构；视频监控系统与给水调度自动化主站连接，给水调度自动化主站与给水控制站连接，给水控制站分别与传感器和执行机构连接。

如图3所示，所述的给水调度自动化主站，它包括WEB服务器、数据库服务器（A）、数据库服务器（B）、前置机（A）、前置机（B）、调度员工作站（A）、调度员工作站（B）、维护工作站和报表服务器，前置机（A）和前置机（B）通过通信系统与给水视频监控系统连接，数据库服务器（A）和数据库服务器（B）通过SCSI连接，报表服务器与外部打印机连接，给水调度自动化主站通过路由器和办公自动化或MIS网与段长工作站、总工工作站和技术室工作站连接。

所述的给水调度自动化主站采用双以太网结构，正常情况下均衡分配网络负载，故障时又相互备用，提高了网络的可靠性。

所述的数据库与服务器采用双机容错解决方案：

（1）每一台服务器自身采取多种容错措施：双CPU、双电源、双风扇、双主机备份信道及双设备信道等；

（2）采用磁盘冗余阵列（RAID），实现RAID级别（0+1，3，5），支持双控制器，热插拔硬盘等。

所述的前置机互为热备用，确保系统的通信安全可靠；多台工作站既可以分工协作，又互为备用。

不间断电源UPS也可以采用冗余配置，确保系统不会因意外掉电（短时间）而瘫痪。

该系统配置具有极高的可靠性和扩展能力，能够最大限度地满足给水用户当前和将来业务增长的需要，能够同时较好地满足铁路电力调度自动化主站的功能要求，实现水-电一体化调度和管理，可以根据实际情况选择全冗余配置或部分关键部件冗余配置。

给水调度自动化主站的功能包括：

（1）数据采集和分析：

1）数据采集和处理；

2）可编程逻辑控制；

3）报警系统，报警内容包括：

（1）遥信状态变位；

（2）越限监视的实时值产生越限报警；

（3）PLC、RTU及智能设备状态变化；

（4）前置机通信故障与恢复；

（5）系统中各工作站的投入与退出；

（6）遥控操作错误及操作失败；

（7）管网跑漏水、水泵电机故障、UPS故障、防盗报警等；

（8）用户自定义的报警；

4）事故追忆；

5）趋势曲线；

6）操作记录，该功能可以分为以下几类：

（1）操作记录；

（2）定值变更记录；

（3）事故及故障统计记录；

（4）参数越限统计记录；

（5）主要设备和装置退出运行统计记录；

7）人工置数；

8）安全性管理；

9）在线维护；

10）分布式网络管理；

11）支持TCP/IP通信；

12）数据转发；

（2）水量自动计量和调度：

1）自动计量：

能根据泵站运行时间、出水流量、阀门开度等自动计算供水量，也可以由用户任意指定计算公式，由系统提供的计算引擎自动计算供水量。

供水量计算包括日供水量、周供水量、月供水量、季供水量、年供水量或任意时间段的供水量等，能够自动生成各种供水量报表或历史曲线，并统计最大值、最小值、平均值等。也可以由用户指定水价进行各种经济指标核算。

2）水量自动调度：

用户可以任意设定供水量和水泵运行方式，由系统自动执行用户下达的任务，在供水量满足要求后，自动停泵。

（3）报表编辑和管理；

（4）地理信息系统：

采用多平面、多层次的图形编辑系统，具有漫游、变焦、导游等功能，并将地理概念引入图形系统，可按地理名称、设备名称进行图形定位，使图形能反映地理、设备信息，可以直观地通过图形界面查询各种设备信息，自动建立和维护网络拓扑关系。

（5）分布式数据库管理系统；

（6）给水设备管理：

主站提供设备信息输入程序，调度员可以方便的在接线图中查询泵站、电动机、变频器、阀门、传感器、执行机构等设备的参数、图片、运行及检修情况，将监控和管理统一到一个平台上来，实现管控一体化。

（7）远程维护：

可以通过公用电话网、调制解调器（Modem），对应用软件系统进行远方诊断和维护，修改参数、升级程序甚至更换程序，极大地缩短了服务响应时间，提高了系统的可维护性、可用率。

（8）WEB服务：

采用三层计算结构和JAVA技术提供WEB服务，路局、分局、水电段和车间的MIS或办公自动化系统用户通过Internet或Intranet，可以使用IE浏览器随时随地查询实时数据和信息。

WEB信息发布主要包括如下内容：

1）给水工程概况及管网地理分布图；

2）主要建筑物、仪器、设备图片；

3）各级自动化系统配置图；

4）给水自动化系统的实时运行状况；

5）开关量、模拟量的监测情况；

6）生产运行报表和曲线；

7）配套电力系统主接线图及实时运行状况；

8）各种故障事件记录和操作记录；

9）历史数据查询；

10）视频监控画面。

如图4所示，所述的污水处理自动化系统包括污水处理自动化主站、视频监控系统、污水控制站、与污水控制站连接的污水监控站、用于数据采集的传感器和用于输出控制的执行机构；视频监控系统与污水处理自动化主站连接，污水处理自动化主站与污水控制站连接，污水控制站分别与传感器和执行机构连接。

所述的给水控制站包括水源控制站即一级泵站、送水控制站即二级泵站、混凝加药控制站、沉淀池控制站、过滤池控制站和加氯消毒控制站。

如图4所示，所述的给水控制站控制给水处理工艺流程。

（1）一级泵站

一级泵站又称取水泵站，是直接从水源取水，并将水输送到水处理厂或净水构筑物，或者直接输送到配水管网、水塔、水池等构筑物中。

根据用水量的大小，一级泵站一般由安装在水源地的两台（一主一备）、多台或分散在各水源地的水泵机组以及管网组成。

一级泵站以供水量和水池水位为控制目标，以供水时间、季节为参考值，合理组合开泵台数，减少开停泵次数，达到稳定水位和节电供水的目的，同时对水泵、电机等关键设备要提高保护措施，以延长设备使用寿命。

（2）混凝加药控制站

常规给水处理工艺由混凝、沉淀、过滤、消毒等基本环节组成，其中混凝加药是水质净化最重要的环节，而准确投加所需要的混凝剂量则是获得较好混凝效果及降低企业生产成本、提高经济效益的最关键的问题。

在水处理单元环节的自动控制方面，混凝投药是最困难的环节，因为它涉及的是一个复杂的物理化学过程，但由于混凝在水处理工艺中的重要地位，混凝投药也是最为人们关注的环节。

（3）沉淀池控制站

沉淀池是水处理工艺中去除水中絮凝体及粗大杂质的构筑物。

沉淀池的运行控制，主要是沉淀池排泥的控制。沉淀池底的污泥必须及时排出，才能保证沉淀池的正常运行，否则就会导致出水浊度升高，发生水质事故。

排泥水耗量较大，是水厂自用水的重要组成部分，在良好排泥的前提下，节约排泥用水是水厂经济运行的重要内容。

另外，排泥周期过长或者排泥历时过短，都会造成浪费。

（4）滤池控制站

滤池的自动控制基本上包括过滤、反冲洗两个方面，其中以反冲洗为主。由于各种滤池构造、原理不同，控制内容与方法也有差别。在采用的技术方面，主要有水力控制与机电控制两类。

（5）加氯消毒控制站

加氯是现行常规水处理过程中确保水质不可缺少的重要环节。水处理的氯气投加分为前加氯和后加氯。前加氯在原水管路上进行投加，其目的在于杀死原水中的微生物或氧化分解有机物；而后加氯则一般在滤后水的管路上投加，其目的主要是起消毒作用。

正确选择和使用可靠的加氯设备，是保证加氯安全和计量准确的关键。为了满足不断提高的城市供水水质标准的要求，提高加氯系统的安全可靠性，降低操作工人劳动强度，提高水质的余氯合格率，应积极采用先进的氯投加设备和控制技术。

（6）二级泵站

二级泵站又称送水泵站，通常设在净水厂内，自清水池中取净化了的水，加压后通过管网向用户供水。

二级泵站以供水压力、供水量、水池水位为控制目标合理组合开泵台数，减少开停泵次数，达到稳定水位、水压和节电供水的目的，同时对水泵、电机等关键设备要提高保护措施，以延长设备使用寿命。

所述的给水监控站包括水泵监控、变频器监控、流动电流SCD监控、排泥监控、反洗/清洗控制监控和加氯/余氯监控。

所述的污水控制站包括机械处理控制站、生化处理控制站、加药处理控制站和淤泥处理控制站。

所述的监控站包括机械监控站、生化监控站、加药监控站和淤泥监控站；所述的机械监控站包括泵监控、格栅监控、搅拌器监控和刮泥机监控，所述的生化监控站包括溶解氧监控、水质悬浮物监控、酸碱度监控、生化需氧量监控和化学需氧量监控，所述的加药监控站包括药量监控，所述的淤泥监控站包括消化池监控、污泥脱水机监控和干燥设备监控。

所述的给水控制站和污水控制站主要由PLC控制器组成。

给水控制站与污水控制站与各种传感器、仪器仪表以及执行机构之间，一般采用4～20mA或0～5V信号线连接。

所述的通信网络包括专用网、公网、GSM/GPRS和物联网。

所述的给水自动化系统和污水处理自动化系统还包括接地系统和防雷系统；接地系统包括保护地和屏蔽地，防雷系统包括一级电源防雷和二级电源防雷。

所述的接地系统可承受过载电流并迅速将其导入大地，而且为整个自动化系统提供公共信号参考点，消除电子噪声，有效地实现了人员和设备的保护。

自动化系统的接地分两部分：

（1）保护地

保护地又称安全地或机壳地，是为了防止设备外壳的静电荷积累对人身造成危险而采取的措施，它应接至厂区电气接地网。

（2）屏蔽地

屏蔽地又称模拟地，是为了把信号传输时所受的干扰屏蔽掉，提高信号精度，本系统接地电阻要求≤1Ω。

自动化系统设计中接地措施主要考虑如下几点：

（1）可用接地网干线把多个接地体连接成网，以满足PLC接地电阻的要求。接地体一般要求Φ50钢管；接地网干线一般采用40×4扁钢。若接地电阻满足不了要求也可选用铜材。

（2）在腐蚀较强的场所，应根据具体情况采取热镀锌、热镀锡等防腐措施或适当加大接地体和接地网干线的截面。

（3）PLC及中央监控站的接地应使用适当截面的铜芯电线或电缆。

（4）PLC柜内设置接地汇流排，一般采用25mm×6mm的铜排。并有绝缘支架支撑，以保证和机柜外壳的绝缘。接地汇流牌通过接地干线以星型方式引至接地体，不得采用串联连接。

自动化系统通常采用在线式UPS供电；配电屏内安装一级电源防雷设备，UPS进线加装二级电源防雷设备。另外，系统中凡是经过电缆由室外进入室内的电源、PLC、通信、仪表、视频均安装电源线、信号线的防雷器。

Claims (1)

1.一种水务综合管理系统，其特征在于：它包括水务管理中心、给水自动化系统、污水处理自动化系统、配水管网、抄表终端和通信网络；给水自动化系统、污水处理自动化系统、配水管网和抄表终端通过通信网络与水务管理中心连接；

所述的给水自动化系统包括给水调度自动化主站、视频监控系统、给水控制站、与给水控制站连接的给水监控站、用于数据采集的传感器和用于输出控制的执行机构；视频监控系统与给水调度自动化主站连接，给水调度自动化主站与给水控制站连接，给水控制站分别与传感器和执行机构连接；

所述的污水处理自动化系统包括污水处理自动化主站、视频监控系统、污水控制站、与污水控制站连接的污水监控站、用于数据采集的传感器和用于输出控制的执行机构；视频监控系统与污水处理自动化主站连接，污水处理自动化主站与污水控制站连接，污水控制站分别与传感器和执行机构连接；

所述的给水调度自动化主站的功能包括：

（1）数据采集和分析：

1）数据采集和处理；

2）可编程逻辑控制；

3）报警系统，报警内容包括：（A）遥信状态变位；（B）越限监视的实时值产生越限报警；（C）PLC、RTU及智能设备状态变化；（D）前置机通信故障与恢复；（E）系统中各工作站的投入与退出；（F）遥控操作错误及操作失败；（G）管网跑漏水、水泵电机故障、UPS故障、防盗报警；（H）用户自定义的报警；

4）事故追忆；

5）趋势曲线；

6）操作记录，该功能可以分为以下几类：（A）操作记录；（B）定值变更记录；（C）事故及故障统计记录；（D）参数越限统计记录；（E）主要设备和装置退出运行统计记录；

7）人工置数；

8）安全性管理；

9）在线维护；

10）分布式网络管理；

11）支持TCP/IP通信；

12）数据转发；

（2）水量自动计量和调度：

1）自动计量：能根据泵站运行时间、出水流量、阀门开度自动计算供水量，或者由用户任意指定计算公式，由提供的计算引擎自动计算供水量；供水量计算包括日供水量、周供水量、月供水量、季供水量、年供水量或任意时间段的供水量，能够自动生成各种供水量报表或历史曲线，并统计最大值、最小值、平均值；或者由用户指定水价进行各种经济指标核算；

2）水量自动调度：用户任意设定供水量和水泵运行方式，系统自动执行用户下达的任务，在供水量满足要求后，自动停泵；

（3）报表编辑和管理；

（4）地理信息系统：采用多平面、多层次的图形编辑系统，具有漫游、变焦、导游功能，并将地理概念引入图形系统，按地理名称、设备名称进行图形定位，使图形能反映地理、设备信息，直观地通过图形界面查询各种设备信息，自动建立和维护网络拓扑关系；

（5）分布式数据库管理系统；

（6）给水设备管理：主站提供设备信息输入程序，调度员方便的在接线图中查询泵站、电动机、变频器、阀门、传感器、执行机构设备的参数、图片、运行及检修情况，将监控和管理统一到一个平台上来，实现管控一体化；

（7）远程维护：通过公用电话网、调制解调器，对应用软件系统进行远方诊断和维护，修改参数、升级程序甚至更换程序，极大地缩短了服务响应时间，提高了系统的可维护性、可用率；

（8）WEB服务：采用三层计算结构和JAVA技术提供WEB服务，路局、分局、水电段和车间的MIS或办公自动化系统用户通过Internet或Intranet，使用IE浏览器随时随地查询实时数据和信息；WEB信息发布主要包括如下内容： 1）给水工程概况及管网地理分布图；2）主要建筑物、仪器、设备图片；3）各级自动化系统配置图；4）给水自动化系统的实时运行状况；5）开关量、模拟量的监测情况；6）生产运行报表和曲线；7）配套电力系统主接线图及实时运行状况；8）各种故障事件记录和操作记录；9）历史数据查询；10）视频监控画面；

所述的给水控制站包括水源控制站即一级泵站、送水控制站即二级泵站、混凝加药控制站、沉淀池控制站、过滤池控制站和加氯消毒控制站；

所述的给水监控站包括水泵监控、变频器监控、流动电流SCD监控、排泥监控、反洗/清洗控制监控和加氯/余氯监控；

所述的污水控制站包括机械处理控制站、生化处理控制站、加药处理控制站和淤泥处理控制站；

所述的污水监控站包括机械监控站、生化监控站、加药监控站和淤泥监控站；所述的机械监控站包括泵监控、格栅监控、搅拌器监控和刮泥机监控，所述的生化监控站包括溶解氧监控、水质悬浮物监控、酸碱度监控、生化需氧量监控和化学需氧量监控，所述的加药监控站包括药量监控，所述的淤泥监控站包括消化池监控、污泥脱水机监控和干燥设备监控；

所述的给水控制站和污水控制站主要由PLC控制器组成；

所述的通信网络包括专用网、公网、GSM/GPRS和物联网；

所述的给水自动化系统和污水处理自动化系统还包括接地系统和防雷系统；接地系统包括保护地和屏蔽地，防雷系统包括一级电源防雷和二级电源防雷。