大亚湾石化区污水排海管线自动控制及在线监测系统的设计与实现

王张磊

摘要：介绍了大亚湾石化区污水排海管线自动控制及在线监测系统的总体设计方案，从设计思路、总体架构、分层分区等方面阐述了计算机监控、水质在线监测、安防视频等子系统的组成及功能。同时简述项目的实施及系统的运行情况，针对该系统提出了一些改进意见，对水利工程管理单位信息化系统的建设方案设计具有一定的参考作用。

关键词：计算机监控;水质监测：安防视频

中图分类号：TP311

文献标识码：A.

文章编号：2095-6487（2019）03-0051-02

0引言

大亚湾石化区排污管道位于大亚湾东侧海域，下海点位于清源污水处理厂附近，主体工程包含一条长约37.8km的海底管线和长约154m的管道终端连接扩散器、两条陆地管线、一座排海泵站及配套设施。排海泵站设计流量为3800m*/h，装设有4台卧式单级双吸中开离心泵，其中3台为排海泵，1台为回流泵，工程规模为中型。泵站厂区内布置污水缓冲池、泵房、站内进、出水管道及附属阀件设备、运营管理中心大楼等，中控室设在运营管理中心大楼一层。

1系统总体设计方案

本系统涵盖计算机监控、水质在线监测、安防视频等多个专业。其中计算机监控系统实现对排海泵站内主、辅设备的运行监控，水质在线监测系统实现对排海总管下海点水质、石化区4个污水排放口流量、排海管出口海洋环境数据的实时在线监测，同时将数据按照规定接入到惠州市环保局水质在线信息平台，安防视频系统实现对重点部位的实时图像监视，并提供画面存储、历史查询等安全运行辅助手段，同时通过大屏对各子系统进行综合展示。直流系统用来保障排污泵站计算机监控系统、水质监测房设备稳定供电。

2设计思路

系统设计充分考虑安全性、稳定性及可扩展性。系统以工业以太网及各类现场总线实现数据采集、传输、共享的同时，通过路由器、防火墙及物理隔离等设备实现系统的分层、分区，保证系统的安全性。系统平台、软硬件产品均选用行业内的成熟产品和技术，保证系统运行的稳定性。系统硬件资源留有适当冗余，软件采用层次化、组件化设计，通信接口、规约符合通用规范标准，为后期系统扩展和集成留有扩充余量。

3总体架构

本系统采用开放的、分层分布式体系结构，自下而上分成现地级、站控级，并预留与办公自动控制系统（本方案未涵盖）通信。

现地级设备由布置在现场的现地控制单元（LCU）、视频摄像机、拾音器及水质检测设备组成，负责现场数据的实时采集、存储及处理。现地控制单元以PLC为核心，实现对泵站主机组、公用设备、变配电设备等被控对象进行测量和控制，分散布设在现地的摄像头、拾音器实现对泵站、水质站及管路等重要部位的实时视频、音频数据采集，各类水质传感器及分析仪，完成水温、PH值、COD、氨氮等水质参数采集、处理、存储及发送。系统结构如图1所示。

站控级设备由中控室内的多台计算机、服务器及网络设备等组成，负责整个系统运行监控事务。计算机监控系统工作站以各种人机界面、语音、简报等方式实时显示泵站设备运行的状态和数据，对对泵站运行数据进行统计、分析、记录，异常情况发生时发出报警，是监控泵站运行的主要手段。视频监视器实时显示各摄像头采集的视频图像，硬盘录像机负责存储历史图像，供事后回放、检索与分析历史画面，是对计算机监控系统的有效补充。

4系统层次

按照“纵向分层、横向分区”的原则设计1，整个系统网络分为“控制区”和“管理区”两个大区，“控制区”承載泵站监控及水质在线监测系统等与生产密切相关、安全性要求比较高的业务，控制区又分为I区和II区，I区主要负责泵站监控业务，II区主要负责水质在线监测业务。“管理区”承载一些安全性要求相对较低的业务，如安防视频、大屏系统等。

为保证系统的安全、可靠运行，同时兼顾经济实用型，本系统采取如下网络安全策略。

生产控制区局域网。计算机监控系统与水质在线监测系统分别设置工业级交换机，并进行级联，实现两系统间数据共享。水质在线监测系统通过带防火墙功能的核心路由器与公网连接，实现与水质监测站点及惠州环保局的数据通信。

管理信息区局域网。安防及视频监视系统、DLP大屏显示系统及办公自动化系统（本方案未涵盖）属管理信息III区，DLP大屏、安防及视频监视系统利用管理区交换机组成管理区局域网。

生产控制区局域网与办公自动控制系统连接时设置网络安全隔离装置，只允许计算机监控系统向外传输数据，确保计算机监控系统等主要业务系统的网络不受外来侵袭。

5网络结构

系统以自建为主、部分租用的方式建设以光缆为传输介质的星型以太网结构。星型拓扑网络以核心交换机作为网络的中央节点，所有节点设备都连接到中央节点并通过中央节点进行信息交换，各节点呈星状分布。网络中各节点具有相对的“独立性”，当一个节点故障时，不会影响其它节点的连接及整个网络拓扑结构变化，便于系统扩充。适用于网络节点较多，实时性要求高，且出现故障可迅速排查的系统。

6系统建设

6.1计算机监控系统

计算机监控系统依照“无人值班”（少人值守）[2]的原则设计，实现对泵站主机组、公用设备、高低压配电设备等设备进行运行监视、控制、保护、以及调度运行管理等工作，具有数据采集与处理、监视与报警、控制与调节、系统自诊断与恢复、数据记录与存储、人机接口、时钟同步、数据通信等功能。主要配置2台操作员工作站、1台应用兼数据库服务器、1台核心交换机、1套公用LCU控制单元、3套机组LCU控制单元、1套渗漏排水控制箱及4套管蝶阀控制箱等设备。计算机监控系统结构如图2所示。

LCU控制单元核心为PLC，通过配置不同类型的模件，可以硬接线或通信的方式采集控制对象及其自动化仪表的数据，实时向站控级上送过程信息，同时接受站控级发来的控制指令，并将执行情况和结果回送到站控级。站控级计算机实现全站的运行监视、事件报警、数据统计和记录等功能，各计算机与LCU控制单元采用以太网方式连接，当网络断开时，LCU控制单元具有对泵站进行必要的监视和控制的功能，而当网络恢复后能自动地服从站控级的控制和管理。

6.2水质在线监测系统

水质在线监测系统的监测指标有水温、PH值、流量、COD、氨氮等5项，系统主要由取水单元、预处理单元、辅助分析单元、分析监测单元、现地系统控制单元、通信单元、运行环境支持单元、远程监控中心等构成。取水单元、预处理单元、辅助分析单元完成水质自动监测站的水样采集、水样预处理、管路清洗等采样控制过程;分析监测单元完成监测站水质监测参数的分析过程;系统控制单元完成系统的监控操作、数据的采集;通信单元实现数据及控制指令的上行及下行传输过程;运行环境支持单元提供整个系统的运行支持。站控级汇集实时监测数据，统计、处理监测数据，可打印输出日、周、月、季、年平均数据以及最大值、最小值等各种监测、统计报告及图表（棒状图、曲线图、多轨迹图、对比图等）。

6.3安防视频系统

安防视频系统由视频采集部分、信号传输部分和管理控制部分组成，用于实现对两条陆地管线与4家污水厂排污支管接口位置电动蝶阀及电磁流量计、排海泵站等重点区域设备运行情况的实时监视，为水调工作的监督提供直观的依据，主要包括视频监视、视频控制、视频录像及画面捕捉等功能。

另本系统在厂区周界设置红外对射报警系统，此系统与视频监控系统实时联动。控制部分分为泵站中控室及厂区入口保卫室，以便保安人员和运行管理人员能同时监视厂区情况。系统结构如图3所示。

6.4直流系统

直流系统可提供稳定的交直流电源，主要供电对象为计算监控系统各现地控制单元、高压开关柜及微机保护、水质在线监测设备及站控级设备。直流电源具有逆变功能，平时输出交流220V电源供给监控系统设备用;当交流电源失电时，由蓄电池逆变为交流220V电源供电，以确保监控设备电源可靠。

经计算并考虑一定冗余，计算机监控系统各现地控制单元功率为1000W，开关柜及保护装置功率1400W，水质在线检测系统及站控级设备功率3500W。直流系統选用微机型直流电源装置，额定电压为220V，额定容量65Ah，配置一组免维护铅酸蓄电池组，充电模块采用高频开关电源组件，包括直流控制逆变屏1面、蓄电池屏1面。

7结束语

本系统目前已完成建设并投入运行，系统运行平稳，功能满足设计要求，为大亚湾石化区污水处理运行管理单位提供了可靠地技术支撑。结合本系统特点，提出以下改进建议。

（1）本系统计算机监控、水质监测及安防视频等子系统虽层次分明、分区清晰，但受系统构架所限，未能实现不同专业系统的深度整合，若采用一体化管控构架，可打破不同专业间的壁垒3]，进一步节省硬件重复建设及人力资源投入，从而提高工作效率。.

（2）伴随近年来互联网技术迅猛发展、智能手机高度普及，本系统可在手机APP、微信等移动终端、GIS等方面进一步进行功能扩展，增强系统的实用性、便捷性，从而提升管理水平。

参考文献

[1]彭志强，闵峥，朱辰，等.基于1EC61850的智能水电厂建设关键技术分析[J].水电厂自动化，2012（1）：1-3.

[2]汪军，郑冬梅，方辉钦.第3代水电厂计算机监控系统及其在水口电厂的应用[J].水电自动化与大坝监测，2004，28（2）：13-16.

[3]张保才.吉音水利枢纽智能一体化管控系统的研究[J].水利信息化，2016（4）：64-72.