怀柔污水处理厂自动化控制系统改造方案

北京市怀柔污水处理厂自动控制系统改造方案

一、概述

怀柔区污水处理厂一、二期共计日处理量5万吨，再生水处理量

5万吨，污水处理工艺采用A/A/O工艺，再生水处理采用某公司的

MBR膜工艺，整体工艺运行良好。由于历史原因，污水处理自控系

统与再生水处理自控系统独立运行，互不影响，但系统结构不完善，

数据采集不全面，给用户的使用带来一些不便，本次系统改造即是针

对系统中存在的问题进行改造。

二、实际情况分析

1、污水处理系统

1.1简介

污水处理自控系统(以下称“污水系统”)由某公司负责集成，

主要采用施耐德品牌的设备，PLC采用Primium系列，共7个PLC

分站，通讯方式采用总线通讯，上位软件采用AB公司的RSView组

态软件，I/O点数约200()点，原系统结构图如下：

1.2系统存在的问题

(1)通讯方式落后

由于污水系统建立较早，采用了较早的CANopen总线通讯方式。

该方式相比于施耐德公司MODBUSTCP/IP以太网方式具有通讯速

度慢、可靠性低、拓扑结构落后等缺点。特别需要注意的是，作为总

线通讯的主干线路，如果发生断路，则该断点之后的总线通路上的所

有数据将无法与主站进行通讯，主站将无法对这部分子站中的设备进

行监测和控制，直接影响到正常生产。

(2)PLC与上位软件不配套

PLC采用了法国施耐德公司的产品，上位软件采用了美国罗克韦

尔公司的产品，就使得他们的通讯不能采用任何一方的特有方式，不

利于两种产品之间的稳定通讯，不利于口后的扩展。

2、再生水系统

2.1简介

再生水MBR处理自控系统(以下称“MBR系统”)由某公司负

责集成，主要采用西门子品牌的设备，PLC采用S7-300系列，共3

个PLC分站，采用TCP/IP光纤以太网通讯方式，上位软件采用Wince

组态软件，I/O点数约1000点，原系统结构图如下：

2.2系统存在的问题

（1）数据采集不完善

MBR系统没有将现场的所有设备信号采集到上位监控系统中，

因此，对一些重要设备的监控不及时、不准确，数据不完善，并且不

能实现远程控制，操作不方便，给运营管理人员造成工作上的不便。

（2）网络拓扑结构不合理

MBR系统采用了光纤以太网方式进行通讯，网络拓扑结构采用

了星型连接，虽然问题没有污水系统的严重，但是，如果中控室与现

场通讯的主光纤断路的话，中心控制室就无法与现场PLC进行通讯,

无法对现场设备进行监测和控制。

作为该污水处理厂的整个自控系统来说，可以总结成以下两点：

（1）自控设备先进，工艺运行良好；（2）自控系统没有合理组合，

品牌太多，造成系统不兼容，扩展性差，使用不方便。

由于污水和MBR的自控系统采用了法国施耐德、德国西门子、

美国罗克韦尔三个不同品牌的PLC和组态软件，并且互不兼容，通

确定以下改造原则:

(1)坚持主干，丰富枝叶

(2)统一平台，易于扩展

(3)立足现实，完善创新

2、改造方案

根据该污水处理厂的实际情况和我们在自控领域的专业经验，我

们认为，解决目前的问题仍然需要依靠现有底层PLC系统，对底层

PLC及其通讯方式不进行大的改造，以保持现有设备的良好运行，待

日后合适的机会可以再次进行改造。系统结果图如下：

在具体实施方面，我们提出，分三步对该污水处理厂自控系统进

行改造。

(1)第一步——基础改造

/基础改造主要解决现场PLC数据采集准确性和全面性问题，按

点检查，重新编制程序，画出准确竣工图，具体包括：

①对照图纸，检查MBR系统的PLC点是否连接，是否与图纸一

致，不一致的情况下进行修正，在原竣工图上进行准确标记。

②将MBR系统PLC系统中包括故障、运行、自动和仪表信号在

内的所有信号采集到中控室监控计算机，对不完善的数据点重新编制

PLC程序和上位软件程序，实现报警信号报表、实时数据、历史数据

报表和数据存储；

③改变原系统网络采用的星型拓扑结构，增加两条光纤，使其成

为光纤环网，以增加该系统的可靠性。

④在中控室监控计算机实现MBR系统中的设备启动/停止等远程

控制；

⑤检查污水系统的PLC点的连接情况，与原竣工图进行核对，对

不一致的地方在原图上进行准确标记；

工作流程:

进厂

▼

收集整理竣工资料

备份原工控机系统

读取并备份原上位软件

▼—

读取并备份3个现场PLC程序

校对竣工资料与实际情况

否

-----------------------匚二是否一致二二，

____________________I____________________

现场重新校对、整理、定义

是

A

PLC程序中添加变量、编程

____________________I____________________

在上位监控软件中添加变量

上位监控软件画面修改、增加、制作

通讯测试检查

验收

经过基础改造，使MBR系统和污水系统的图纸描述准确，资料

齐全，以便于未来进行扩建和检修等，同时，核对MBR系统中的数

据点，对PLC编制控制程序，在上位监控软件中实现远程控制。

(2)第二步一一整合改造

从业主单位的长远利益考虑，注重于系统的整合改造，使改造后

的系统具有完整性，并且兼容性良好，便于以后扩建工程的扩展,主

要增加至少一台高性能工控机和一台数据服务器，增加一套第三方监

控软件KingTrolSCADA,在此基础上对上位监控系统重新设计、集

成。改造后的系统具有以下功能和特点：

①污水与MBR系统合并，在同一台监控主机上对所有PLC分站

进行监控；

②所有设备可实现中控室远程控制，便于全过程控制和流程优

化；

③故障报警信号具有全面、良好、完整的显示和记录；

④仪表信号实时数据和历史数据存储和查询，采用数据库存储。

工作流程：

经过整合改造，污水系统和MBR系统在统一的监控平台进行监

测、控制和管理，数据采集全面、存储完善、查询方便、操作简单。

(3)第三步一一信息化建设

根据目前国际国内污水处理厂建设的发展趋势和业主单位的管

理需要，以完善的自控系统为基础，进行污水处理厂信息化建设，实

现管控一体化成为本次工作的又一个重点。根据与业主单位的沟通，

主要实现以下功能：

①电能管理。将配电中心的电力数据与现有系统进行通讯和存

储，以车间为单位，可对每个车间以日或月为查询统计条件，分别进

行电能监测和成本核算，为管理者的优化调度管理及绩效考核提供参

考。

②成本分析。对全厂的电费和药剂费进行统计和分析，形成全厂

的运营管理成本分析系统，并且与水量结合分析，对单位污水处理成

本进行监控和管理，为管理者调度、全过程优化运行、节能降耗提供

参考，切实降低企业运营成本。

③数据仓库。为便于长时间、大容量存储运行数据，必须建立全

厂的实时数据仓库，采用企业版SQLSever实时数据库软件和IBM服

务器相结合的方式。通过建立数据仓库，对报表进行全面改进，改变

以往表格形式的报表，全部采用趋势图、柱状图、饼图等直观的、便

于分析的方式进行汇总，方便管理者进行查阅。

④WEB访问与管理、网站建设。为提高污水处理厂的管理效率,

提高信息化水平，为管理系统建立一个网站，设置WEB远程访问与

管理的功能，便于管理者进行远程管理，随时随地掌握污水厂的运行

情况。同时，不同车间单位（例如化验室）可随时通过站点将管理数

据统一到同一个数据平台上，方便管理者进行实时管理和调度。

总结

通过北京金控自动化技术有限公司对怀柔区污水处理厂的改造，彻底

解决了原有系统的问题，改变了其厂污水处理系统与再生水系统长期

独立运行，无法融合的局面，从而大大提高了企业的自动化管理水平,

尤其是信息化系统改造，全面提升了也得管控水平，通过这次改造，

达到了提升管理水平，节能降耗的目的。