大连市某污水处理厂在线监测系统———大连市某污水处理厂在线监测系统
北京硕人时代科技有限公司

1 项目概述
1.1 项目背景
● 地理环境背景
         大连地处欧亚大陆东岸,中国辽东半岛最南端,西北濒临渤海,东南面向黄海。渤海是一个近似封闭的内海,平均水深只有25米,其湾口狭窄,内径较大,渤海的海水与外海海水之间的交换并不顺畅。海洋专家测算,渤海海水与外海海水交换一次大约需要几十年甚至上百年的时间,由于海水交换的时间长,自净能力较差,因此,看上去辽阔无边的渤海,实际上对环境污染的容量是极其有限的。 与渤海相连的黄海,海水的污染情况也相当严重,它的污染使黄海不仅不能向渤海提供清洁的海水促使其自净,反而加剧了整个黄海渤海海域的水质恶化。
● 大连市污水处理发展概况
       大连市科学地处理城市污水的总体工程开始于上世纪80年代。市政府根据大连市总体规划,先后建成傅家庄污水厂、老虎滩污水厂、旅顺污水厂、开发区污水一厂、开发区污水二厂、瓦房店污水厂等城市污水处理厂,增强了城市污水的处理能力,这些污水处理厂每日能净化污水58万吨,有效地遏制了城市污水排放对大连近海海域的污染。
        随着城市的不断扩大,人口的不断增加,人们日常生活用水量的不断提升,工农业生产的不断发展,城市污水处理的工作量也在不断加大。这对我们这座城市的污水排放治理提出了更高的要求。已有的污水处理工程已经不能满足治污需要,于是我市又新建成和正在建设下列污水处理厂:
泉水污水处理厂,2003年8月开工、2006年底投入运行,占地2.2公顷,日处理能力3.5万吨。工程总投资6500万元。
        凌水污水处理厂,2004年开工,2006年10月投入运行,占地3.5公顷,日处理能力6万吨,工程总投资7600万元。
        马栏河污水处理厂二期,2006年8月开工,2007年投入运行,占地4公顷,日处理能力8万吨,工程总投资1亿元。
        春柳河污水处理厂二期,2006年8月开工,2007年底投入运行,占地5.5公顷,日处理能力12万吨,工程总投资2.25亿元。
       夏家河污水处理厂,2006年8月开工,2007年底投入运行,日处理能力3万吨,工程总投资4841万元。 
        面对如此庞大的污水处理系统,如果全靠人工来进行监测、控制、记录水质、水量的话,将浪费大量的人力物力。所以为了加强对建成及即将建成污水处理厂的运行监管,为保证污水处理厂满负荷运行,所有污水处理厂将全部安装在线监测装置,实现水质、水量实时在线监控,以便于发现问题及时进行处理。
1.2 建设内容
        本项目主体包括在线监测系统软件和相关检测设备。其中,软件采用北京硕人时代科技有限公司的HOMS5.0系统(HOMS全称Hyper-Operation & Management System,即超级运行管理在线监测系统),以下简称在线监测系统;相关检测设备为采样器和电磁流量计,在采样器和电磁流量部分拟采用国际知名品牌美国哈希公司的采样器和德国e+h公司的电磁流量计以及北京硕人时代科技有限公司的自主知识产权的数据采集与控制模块。
1.3 软件设计原则
        大连市某污水处理厂在线监测系统的设计要充分考虑实用性及扩展性,要考虑未来业务发展以及与环保等部门的数据共享需求,设计原则如下:
(1)满足现有业务需求并充分考虑未来业务发展需求与其他部门数据共享,软件系统具有良好的可扩展性。
(2)保证系统技术上的规范性。
(3)保证系统的实用性和易用性。
(4)从软、硬两方面考虑系统的安全性。
(5)保证系统管理的方便性。
1.4技术路线
         大连市某污水处理厂在线监测系统由数据采集、传输、存储、处理、应用和显示等技术组成,充分利用网络技术、数据库技术、模型技术、显示技术实现污水水质水量信息的接收处理、存储管理和综合利用,所采用的主要技术路线有:
(1)采用层次化的设计方法,将系统划分为硬件系统、数据采集系统、数据库系统、应用系统。
(2)硬件系统采用安全、可靠、稳定的设备,为监控系统运行提供有力的保障。
(3)数据采集站点布设做到合理布局,一点多用,信息源统一,充分利用现有站点,避免重复利用。

2 系统总体设计方案
2.1总体设计思路
        根据本项目的总体要求,本次建设的大连市某污水处理厂在线监测系统不仅要完成标书要求的基本功能,还能够预留接口完成未来新增业务需求以及与环保等部门相关系统进行相关数据传输和数据同步,因此只有充分考虑系统的扩展能力并配置相应模块才能满足未来业务范围发展的需求。
2.2系统架构设计
       根据项目的总体需求和总计建设内容,系统的总体构架分为 五个层次,即采集层、传输层、数据层、应用服务层和客户服务层。
 采集层是指水厂流量、氨氮等水质信息等信息采集。
 传输层是这些信息的传输,主要指骨干网、二级通讯网及计算机网络系统
 数据层指水厂数据、报警信息、指令信息、空间数据等专业数据库的结构、编码分类。
 应用服务层是系统的核心,提供水厂流量信息及各种检测数据的管理。
 客户服务层是用户最终使用的界面,用户对整个在线监测系统功能的调用都在此进行。客户服务层构架一个人机交互平台,提供给用户一个自然的、人性化的图形用户界面来发出请求、输入信息和查看结果。
2.3在线监测软件总体设计
        根据本项目的总体要求和大连市排水处相关污水处理厂的实际情况,本系统是在大连市排水处内,通过单点登录访问在线监测系统,用户可通过本地局域网或远程internet上的授权访问。功能满足如下:
1. 软件为B/S结构,仅需要在监控中心安装一套软件,通过普通IE网页浏览器就可以实现在本地局域网、或远程Intetnet上的授权访问;
2. 监控点与监测控制中心的通讯采用GPRS无线通讯。
3. 调度中心上位机对各监测点运行数据进行手动或自动采集,采集完成后对数据进行保存形成历史数据库,并能形成打印报表。
4. 软件以地图方式直观显示各监测点的位置,使用图形化操作的方式, 具有方便实用的人机界面,能够实时检测与显示水质参数,保证查询方便灵活。
5. 监控中心实时采集测控数据及运行状态,并将数据加工处理后以数据文件形式存储在实时数据库里面,各类不同的数据可以有不同的存储时间间隔。数据采集存储周期最小为1秒钟,可以自己设定。可以将实时数据库内的数据进行定期归档或手动归档,形成历史数据,储存5年以上的历史数据。
6. 软件能形成多种实时和历史曲线,各种运行记录的日报表、周报表、月报表等;
7. 针对不同的用户设置不同的操作权限,只有赋予权限的用户才能进行允许的操作。
8. 针对不同的用户设置不同的操作权限,手机或掌上电脑上可以访问环境在线监控中心,显示水质参数,同时监控中心软件可以自动向各有关人员发送短信,告知相应监控点的水质参数,以便相关管理人员及时了解水质参数。
9. 软件系统全部为中文显示;
10. 调度中心服务器通过专线方式连接通讯网络,具有固定的IP地址。
11. 只有当进行数据传输时,现场采集控制器才自动连接到网上。
12. 可以根据实际情况灵活设置采集和传输时间。
13. 系统具有精确的时钟校对功能。
14. 应能提供远程系统诊断和修复功能。
系统开发采用微软的vb.net作为开发工具。
        在线监测系统安装在作为监控中心的服务器上,该服务器将采集现场采集控制器所连接的自动采样器和流量计实时数据,监测现场设备的运行情况。服务器定期从现场采集控制机采集数据以保证其数据库不断更新。服务器还可向现场采集控制机发送控制和参数设置指令。操作员从控制中心通过该系统能够方便地得到监测点运行的数据。基本功能如下:


图:软件功能结构

3 项目特点及关键技术问题措施方案
        根据本项目的总体要求,本次建设的大连市某污水处理厂在线监测系统不仅要完成标书要求的基本功能,还能够预留接口完成未来新增业务需求以及与环保等部门相关系统进行相关数据传输和数据同步,因此只有充分考虑系统的扩展能力并配置相应模块才能满足未来业务范围发展的需求。
3.1 在线监测系统关键技术及措施方案
       我公司是从事监控信息系统软硬件开发与生产的专业化公司。自1999年来相继开发出HOMS1.0、HOMS2.0等监控系统软件和与其配套的STEC系列、ARKA系列嵌入式多功能控制器。
       HOMS5.0是硕人时代在多年监控软件系统平台开发经验的基础上推出的新一代监控系统中心平台软件。该平台通过组态可定制为大连市污水处理在线监测系统。


图:在线监测系统
        系统是构建于世界先进的.NET技术平台上,全面支持XML技术,纯粹B/S结构,基于Internet和无线网络技术,支持从工作站到掌上电脑等本地、远程和无线终端设备;具有高度的稳定、可靠、安全性,同时具有极大的系统伸缩性;对从以太网、电话拨号、无线电台,到ADSL、GPRS、光纤、电力载波等多种通讯方式广泛支持;支持海量数据存储及数据挖掘和分析的功能的全面的监控系统平台。
3.1.1 软件功能结构
● 数据中心
        在线监测系统的数据中心基于大型数据库,支持海量的数据存储。数据中心可记录整个监控系统的所有数据,数据记录间隔可小于1秒。在记录数据的同时,系统内置了数据统计功能,可以按不同的时间段统计数据的最高、最低、平均值等。同时支持各种专业的统计与分析功能,并提供自定制的统计与分析接口。
在线监测系统数据中心与其它监控系统数据中心相比的一大优势是支持后补历史数据。对于非实时在线的系统,如基于电话轮询方式的SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition 数据采集与监视控制系统)系统,一次通讯采到的数据往往不仅是当前的数据,对于很多应用场合,还会采回下位站存储的历史数据;或者在SCADA系统的运行过程中,有时会有一些站的通讯暂时中断,恢复通讯后,中央站可以从下位站采回下位站存储的历史数据。在线监测系统由于其结构支持这一应用模式,相对于其它SCADA系统平台独具优势。
● 运行决策系统
① 监控画面
        软件以地图方式直观显示各监测点的位置,使用图形化操作的方式, 具有方便实用的人机界面,能够实时检测与显示流量与其他水质监测参数,保证查询方便灵活。


② 历史数据
历史数据存放在数据库中,用户可以随时查看以往数据,进行查询,或者定制、生成、打印报表。


③ 实时数据
实时数据提供实时的查询,数据报表则通过选择的刷新频率进行实时同步。


④ 图表曲线
         在线监测系统表界面大多为矢量化界面,图表和曲线的表现更是美观明快、表现丰富。由于使用VML矢量技术,在很小的流量情况下,用户即可看到实时变化的图表和曲线。
         网络发布服务的自动识别功能使得图表曲线不仅在一般图络终端---PC上表现良好,在掌上电脑、投影仪上均有出色的表现。


⑤ 报警管理
         实时接收各监测点的报警信息,提示操作人员进行报警处理,可以实行语音报警;记录报警信息,形成报警日志。


● 专业分析工具
        在线监测系统提供一体化的实时和历史数据接口。面向不同的行业应用,可以在在线监测系统提供的数据接口的基础上开发统计和分析软件。并且,在线监测系统提供了这些软件的计算结果的回写接口,使得分析软件的分析结果可以统一集成到监控管理系统中。同时,在线监测系统提供了丰富的基于B/S网络化和VML方式的统计分析结果表现模块。使得行业工程师非常容易的实现统计结果的直观、网络上、矢量化地表达。
在线监测系统本身有基本的分时间区段的最大值、最小值、平均值的统计分析功能。这一种类的统计分析可以直接组态生成,无需编程。
● 通讯系统
        在线监测系统支持的通讯方式有:以太网、ADSL、GPRS、APN、VPDN、电话拨号、ModBus、TCP/IP、HTTP、XML、电力载波、无线局域网等。在线监测系统采用多线程并发技术,通讯资源得到最大限度的利用,性能得到最大的优化。同时,通讯任务分配、调度、执行与记录机制使得通讯资源的利用可以自由配置组态,通讯成本得到很好的控制,通讯制造情况得到管理,大大方便通讯系统的调试与维护。
● 组态工具
        在线监测系统的大部分组态功能为B/S结构软件,即用户可以在任何可以连接到在线监测系统服务器的地方进行组态工作。并且,有一部分组态工作甚至可以在掌上电脑上完成。
在线监测系统的可组态范围不仅仅是在监控画面上,更包含通讯方式、通讯的调度、曲线、报表、用户设定、分组等等方面。
● STEC系列控制器
        在线监测系统与STEC系列控制器组成系统时。在线监测系统可以自动将组网控制器中的配置读入到系统中,自动进行系统的组态,大大简化了工程实施过程。在线监测系统还面向一些典型的行业应用提供了工程自动生成工具,自动地形成监控中心的组态信息。
● 权限管理系统
        在线监测系统的权限管理增加了对数据分组分片管理的能力。针对不同的用户设置不同的操作权限,只有赋予权限的用户才能进行允许的操作。针对不同的用户设置不同的操作权限,手机或掌上电脑上可以访问环境在线监控中心,显示水质参数,同时监控中心软件可以自动向各有关人员发送短信,告知相应监控点的水质参数,以便相关管理人员及时了解水质参数。


● 网络化人机界面
        软件为B/S结构,仅需要在监控中心安装一套软件,局域网内的计算机就可以通过IE浏览器进行浏览和相关控制的操作。
● 第三方软硬件
        基于XML数据交换格式,开放,易于其它系统集成。待系统运行成熟后,可按照实际需求与第三方软、硬件整合,使系统功能更加完善。
3.1.2 软件应用结构


图:在线监测系统应用结构图
         污水处理厂在线监测系统应用结构图如上图所示,本期工程监控中心实现后可管理30个远程终端站,且系统可以进行二次开发,具有强大的扩展能力,未来可以满足用户后期扩展到100个监测点的要求。
● 极高的系统伸缩性,大到数据点超过十万,下位通讯站上千的大型SCADA系统,小到只有一台计算机的简单本地控制系统,均能胜任。
● 随着业务的发展和业务需求的深入,通过配置和权限管理可以灵活的定制系统的功能模块,使系统具有较高的灵活性和可扩展性。
● 全面支持远程组态和维护,极大降低实施和维护成本。
● 支持手持无线设备,使用手持无线设备同样可以访问和操作系统。

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