淺談無人值守系統在污水處理廠的應用

郝 華，孫海波，馬建彬，宋 頡

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津300381）

目前，污水處理廠的自動化運行程度越來越高，很多大型的污水處理廠已經能夠實現自動檢測、控制、調節和保護。這在提高生產力、提高管理水平、降低人工成本等方面起到了決定性作用。隨著技術的不斷發展，在自動化運行基礎上逐漸增加了無人值守系統。無人值守系統通過對現場數據的整合，經過二次開發使得辦公逐漸無紙化，值班人員只需通過手機App便能對現場情況一目了然，系統自動運算能夠做到提前預判，預防不必要的風險；實現設備的集中、高效管理，解決設備管理多雜、分散的困境；規范統計設備基本信息、存量等，使得設備統一管理、調配；定時提醒設備維修、養護工作規劃的制定，提高工作效率；視頻移動偵測及時發現入侵并報警[1-3]。整個系統可以自動操作、分析和打印，大大減少了人為因素造成的錯誤，為業主節省人工勞動成本，提高了生產效率。在此介紹無人值守系統在污水處理廠的應用。

1 無人值守系統描述

無人值守系統要求：現場工藝設備可靠運行，故障率低；全部工藝設備必須采用電動裝置可遠控；自控儀表系統基礎設施健全，所有現場檢測儀表及設備數據能夠上傳至中央控制系統，并且能夠對設備發出控制命令；安防系統健全，能夠實時上傳監控數據。

污水處理廠的無人值守系統硬件和軟件是根據項目現場實際情況提出的。它整合全廠自控儀表系統、工藝建模與優化及精確曝氣控制系統、趨勢及報表系統、安防系統、監控系統、突發情況和故障處理預案系統、報警系統的綜合監管系統。該系統能將人工工作量降到最低，從而實現污水處理廠無人化管理。

通過對各子系統的整合，無人值守系統實現了強大的容錯能力。在污水處理廠生產過程中發生各種故障或緊急或重大事件時，系統能夠第一時間響應并自動給出合理解決策略，從而保障污水處理廠生產的平穩性，并達到無人或者少人值守功能。

常規的污水處理廠基本運行和監控軟件功能已健全，下面詳述在無人值守的要求下，新增的硬件系統和軟件功能目標。

1.1 移動App及巡檢系統

開發移動App應用，可以在移動互聯網絡，實現工藝數據、歷史曲線的查看，功能包括工藝監控查看、歷史數據、能耗分析等。系統應基于移動巡檢終端和無線傳輸技術，對巡檢人員在指定巡檢位置的巡檢行為進行記錄。企業領導及相關負責人，可通過管理終端第一時間收到巡檢記錄；實時跟蹤巡檢軌跡，查看每日巡檢記錄，并查看巡檢人員的周/月考勤表，巡檢人員的績效對比結果等。保證巡檢人員及時，合規完成巡檢任務，保障系統的正常運行。

當設備和工況發生報警時，系統同時將以短信的形式發送給運行人員和主要管理人員，方便及時了解運行狀況，使相關人員第一時間了解報警信息，及時處理問題。報警可以單獨設置值班人員、報警重復次數、報警延時、報警間隔等。

1.2 值班運行人員移動終端

當值班運行人員離開中控室，在各車間現場巡查時，可以手持移動終端，隨時隨地了解全廠的運行工況情況。該系統在全廠運行監控范圍內需配置內部私網無線AP，并增配幾臺移動終端iPad，可以通過無線的方式登錄定制的監控畫面，方便操作人員實時實地監測全廠運行工況，掌握全廠情況，并可以操作和控制各個設備的開停。同時，在iPad上還可以隨時接受報警信息，便于緊急處理。

1.3 遠程登錄

Web服務器提供用戶認證及用戶認證訪問權限，使高級管理人員無論是在家里還是出差在外，都可以遠程登錄訪問到監控系統界面，了解生產運行情況。非注冊用戶無權登錄到Web服務器，注冊用戶權限分3級：管理員、控制員、一般用戶。管理員有權發送定值命令對現場設備的參數進行設置，并能夠增刪用戶；控制員有權發送控制命令對現場設備進行控制；一般用戶能夠登錄到運行界面，對現場設備進行實時狀態監測。遠程登錄系統是利用公網，考慮到安全性，一般只容許監視，不做控制。

1.4 預處理系統的提前預判軟件

通過對各污水處理廠的調研，許多污水處理廠經常會有突發的、大量的高濃度污水混入管道中，進水污水處理廠，嚴重超出污水處理廠設計處理能力。運行人員不易監管到，對預處理系統和生化池運行造成重大影響，如果格柵機等預處理設備正常工況在運行，就會造成粗格柵底部被大量淤泥堵塞，使格柵機無法運行，只能采用后續的人工挖泥方法清除淤泥。

為解決這一現實問題，特增加了預判軟件。即在進水速閉閘的前段增加一臺污泥濃度計，信號接入PLC系統。當污泥濃度儀穩定檢測到來水污泥濃度持續增加或突然增加時，則發出分級報警信號，對預處理系統自動采取以下分級運行措施：

第1級報警污泥濃度高于平常值，但低于設計值，增加預處理各設備的運行數量。

第2級報警污泥濃度高于設計值，但低于上限值，各設備全力運行，防止污泥沉積，同時關小進水閘口。

第3級報警污泥濃度高于上限值，超出污水處理廠設計能力和工藝現實，關閉進水速閉閘。

1.5 綜合生產成本管理分析

目前，很多污水處理廠均以商業投資的形式或者BOT形式運行，需要對污水處理廠處理成本及財務狀況實施有效的管控。

運行成本主要構成包括總電量、加藥量、總進水水量、總出水水量等，這些數據在現有的系統里均已經采集到。增加綜合成本管理分析，對這些數據進行收集、分析、計算、匯總，形成班、日、月、年的報表，同時進行數據曲線對比記錄，從而作為管理人員的一個有效管理手段。它是在線的成本管理分析軟件，非財務級別，不包含人工費用，適用于同口徑長期對比。

1.6 精確曝氣系統專項管理分析

精確曝氣系統的目的是節省電費和優化生物曝氣。由精確曝氣流量控制系統控制柜、系統控制軟件（由曝氣量計算、曝氣量分配、鼓風機控制、信號處理等模塊構成），對鼓風機和受控曝氣單元的氣量分配進行自動調節。實際需氣量由現場每個受控曝氣單元根據溶解氧探測儀、污泥濃度計、液位、進水流量、COD，NH4-N等信號進行計算；總曝氣量由鼓風機控制模塊向鼓風機主控柜MCP或者控制鼓風機的PLC站發出指令進行調節。該系統能夠適用于多個流量調節閥門的同時調節，使受控曝氣單元達到按需曝氣，節約鼓風機電耗。

1.7 化驗管理功能

化驗管理功能模塊依據實際中化驗管理的流程，通過使用該模塊提供的功能，實現化驗工單電子化管理。該模塊由以下幾部分組成：化驗模塊配置、化驗計劃、化驗單流轉、化驗單批量審核、未完成化驗單、已完成化驗單和化驗報表。

化驗管理的操作流程如下：

1）配置化驗模板 不同的模板對應一系列采樣數據，即首先要確定化驗分析需要采集那些數據。

2）發布化驗計劃 選定化驗模板，即選定已配置好的待采樣數據，設置采樣周期及時間間隔，自動生成化驗工單進入化驗工單流轉，選擇頻率周期為“單次”即立即生成工單，其它情況系統每間隔多少日執行一次工單自動生成操作。

3）化驗單流轉 運行流程是化驗員分析水質，在系統中填入經化驗得出的數據結果；復核人復核已填寫的化驗單，檢查無誤則復核通過；審核人審核已通過復核的化驗單，審核無誤則審核通過該化驗單，即完成整個流轉過程，該化驗單生成。

其它功能還有系統提供批量審核已復核的化驗工單功能；可查閱未完成和已完成化驗單，查看化驗報告。

1.8 報警管理系統和水質管理信息化

報警管理系統實現工藝運行過程各種異常報警和智能維保預警，并通過短信、微信等多種方式實現報警信息的推送，能夠使相關負責人員盡早發現異常狀況，采取預防措施，避免重大事故發生。進水設立 COD，NH3-N，TP，SS，PH 等監控儀表，中間提升泵房設立SS計，高效沉淀池后設立TP計，定時采集數據并上傳至中控，每天生成生產水質報表。如果出現水質異常情況則馬上報警，并自動采取對應問題的應急操作聯動，當班人員接到報警后核實異常情況是否屬實，若屬實上傳異常數據到上級報告，若誤報則可發送指令恢復正常運行。

2 無人值守系統對安防系統、工控系統的要求

一個完善的無人值守系統在很大程度上依賴于安防視頻監控系統的規劃和布局，安防系統應做到全廠無死角。

2.1 周界報警視頻和電子圍欄系統升級優化

傳統的紅外對射僅具有報警功能，而沒有阻擋功能。入侵者往往能毫無阻擋地跨越警戒線。當有人入侵時，在系統發生報警之前，就可能已經進入安防區域。電子脈沖圍欄系統在防區的周邊架設了一道電子圍欄。如果有人企圖入侵，首先看到掛在圍欄上的“小心電子圍欄”警示牌，給予心理上的威懾感。如果企圖跨越當觸及圍欄，便給予電擊，使之退縮離開，且不敢再次觸及。一旦強行攀登則系統發出報警。再則，電子圍欄采用了帶有彈性的掛線桿。當入侵者企圖跨越時，撓性的圍欄不給予支持力，使入侵者無法跨越。電子圍欄具有有效阻擋功能，而傳統的紅外對射則沒有此類功能。

2.2 工控報警信號的視頻聯動軟件

工控系統和視頻信號系統是相對獨立的系統，將二者進行軟件鏈接，提升管理效能。當污水處理廠中某臺設備發生報警信號時，攝像機將在第一時間對準該設備，同時其設備畫面將在中控室自動地以單幅大畫面的方式彈出，有助于運行人員快捷地觀察設備情況。

視頻監控平臺采用開放的通訊接口：

①在視頻業務對接方面，提供開放接口，可提供給第三方系統用于開發視頻相關的功能（如實時預覽、錄像查詢和回放、云臺控制、報警接受等）；

②在聯網協議對接方面，支持GB/T28181—2011或DB33/T629—2011標準聯網協議進行通信對接。自控系統設備提供設備報警信號，視頻監控平臺通過協議接口接入，聯動相關設備視頻監控圖像，可實時觀察設備運行狀況，第一時間收集有效的信息，針對無人值守項目提供很大的便利，減少人員現場設備管理，準確判斷現場設備報警信息。

2.3 視頻移動偵查軟件

由于廠區工作人員極少，當有人進入房間時或者室外攝像區域，攝像機可自動啟動移動偵測，彈出畫面，提示運行人員。對防止外來異常人員闖入，可以第一時間偵測到。

視頻移動偵測，也稱運行檢測，常用于無人值守監控錄像和自動報警。通過現場攝像頭按照不同幀率采集得到的圖像，會被CPU按照一定算法進行計算和比較，當畫面有變化時，如有人走過、鏡頭被移動，計算比較結果得出的數字會超過閥值，且指示系統自動作出相應的處理。

視頻移動偵測可以降低污水處理廠的人工監控成本，并且避免人員長期值守疲勞導致的監察失誤，可以極大地提高監控效率和監控精度。移動偵測技術是運動檢測錄像技術的基礎，現已被廣泛使用于網絡攝像機。常見的移動偵測系統還允許使用者可以自由設置布防撤防時間、偵測的靈敏度、探測區域。當觸發時應可聯動錄像、聯動報警輸出、聯動攝像機轉到相應的預置位，可及時對闖入人員進行分析管理，有效提供重點場所的監管，可第一時間對非法闖入人員進行處理。

2.4 對工控系統的要求

隨著自動化行業的發展，現在所有的污水處理廠基本上已經達到所有數據上傳及中央控制，技術已經完全成熟，已經能夠滿足開發無人值守系統，此處不再列舉。

3 結語

無人值守系統結合工控系統、安防系統穩定運行。對突發事故提前做出預警，及時通知工作人員。在滿足工藝要求的前提下低功耗運行，節省成本。安防系統自動報警，可以降低污水處理廠的人工監控成本，能夠避免人員長期值守疲勞導致的監察失誤，可以極大地提高監控效率和監控精度。

無人值守系統已經在一些污水處理廠中得到了部分實施，正在朝著無人或少人值守方向邁進。無人值守系統前期投資小，隨著自動化行業的不斷發展，在未來的污水處理廠建設中，無人值守作為自動化行業發展的一個趨勢。

[1]袁木林，汪艷紅.無人值守自動化系統在小水電站的應用探討[J].吉林水利，2013，33（8）：60-64.

[2]張寶華，李靜，孫毅.無人值守變電站綜合監控系統[J].電力科學與工程，2009，25（9）：76-78.

[3]趙生崗，鮑惠，趙建立.網絡視頻監控系統及其在電力系統中的應用[J].電力系統通信，2007，28（5）：10-14.