北京市懷柔污水處理廠自動控制系統(tǒng)改造方案

一、概述

懷柔區(qū)污水處理廠一、二期共計日處理量5萬噸，再生水處理量

5萬噸，污水處理工藝采用A/A/O工藝，再生水處理采用某公司的

MBR膜工藝，整體工藝運行良好。由于歷史原因，污水處理自控系

統(tǒng)與再生水處理自控系統(tǒng)獨立運行，互不影響，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不完善，

數(shù)據(jù)采集不全面，給用戶的使用帶來一些不便，本次系統(tǒng)改造即是針

對系統(tǒng)中存在的問題進行改造。

二、實際情況分析

1、污水處理系統(tǒng)

1.1簡介

污水處理自控系統(tǒng)(以下稱“污水系統(tǒng)”)由某公司負(fù)責(zé)集成，

主要采用施耐德品牌的設(shè)備，PLC采用Primium系列，共7個PLC

分站，通訊方式采用總線通訊，上位軟件采用AB公司的RSView組

態(tài)軟件，I/O點數(shù)約200()點，原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

1.2系統(tǒng)存在的問題

(1)通訊方式落后

由于污水系統(tǒng)建立較早，采用了較早的CANopen總線通訊方式。

該方式相比于施耐德公司MODBUSTCP/IP以太網(wǎng)方式具有通訊速

度慢、可靠性低、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)落后等缺點。特別需要注意的是，作為總

線通訊的主干線路，如果發(fā)生斷路，則該斷點之后的總線通路上的所

有數(shù)據(jù)將無法與主站進行通訊，主站將無法對這部分子站中的設(shè)備進

行監(jiān)測和控制，直接影響到正常生產(chǎn)。

(2)PLC與上位軟件不配套

PLC采用了法國施耐德公司的產(chǎn)品，上位軟件采用了美國羅克韋

爾公司的產(chǎn)品，就使得他們的通訊不能采用任何一方的特有方式，不

利于兩種產(chǎn)品之間的穩(wěn)定通訊，不利于口后的擴展。

2、再生水系統(tǒng)

2.1簡介

再生水MBR處理自控系統(tǒng)(以下稱“MBR系統(tǒng)”)由某公司負(fù)

責(zé)集成，主要采用西門子品牌的設(shè)備，PLC采用S7-300系列，共3

個PLC分站，采用TCP/IP光纖以太網(wǎng)通訊方式，上位軟件采用Wince

組態(tài)軟件，I/O點數(shù)約1000點，原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

2.2系統(tǒng)存在的問題

（1）數(shù)據(jù)采集不完善

MBR系統(tǒng)沒有將現(xiàn)場的所有設(shè)備信號采集到上位監(jiān)控系統(tǒng)中，

因此，對一些重要設(shè)備的監(jiān)控不及時、不準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)不完善，并且不

能實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，操作不方便，給運營管理人員造成工作上的不便。

（2）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不合理

MBR系統(tǒng)采用了光纖以太網(wǎng)方式進行通訊，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用

了星型連接，雖然問題沒有污水系統(tǒng)的嚴(yán)重，但是，如果中控室與現(xiàn)

場通訊的主光纖斷路的話，中心控制室就無法與現(xiàn)場PLC進行通訊,

無法對現(xiàn)場設(shè)備進行監(jiān)測和控制。

作為該污水處理廠的整個自控系統(tǒng)來說，可以總結(jié)成以下兩點：

（1）自控設(shè)備先進，工藝運行良好；（2）自控系統(tǒng)沒有合理組合，

品牌太多，造成系統(tǒng)不兼容，擴展性差，使用不方便。

由于污水和MBR的自控系統(tǒng)采用了法國施耐德、德國西門子、

美國羅克韋爾三個不同品牌的PLC和組態(tài)軟件，并且互不兼容，通

確定以下改造原則:

(1)堅持主干，豐富枝葉

(2)統(tǒng)一平臺，易于擴展

(3)立足現(xiàn)實，完善創(chuàng)新

2、改造方案

根據(jù)該污水處理廠的實際情況和我們在自控領(lǐng)域的專業(yè)經(jīng)驗，我

們認(rèn)為，解決目前的問題仍然需要依靠現(xiàn)有底層PLC系統(tǒng)，對底層

PLC及其通訊方式不進行大的改造，以保持現(xiàn)有設(shè)備的良好運行，待

日后合適的機會可以再次進行改造。系統(tǒng)結(jié)果圖如下：

在具體實施方面，我們提出，分三步對該污水處理廠自控系統(tǒng)進

行改造。

(1)第一步——基礎(chǔ)改造

/基礎(chǔ)改造主要解決現(xiàn)場PLC數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性和全面性問題，按

點檢查，重新編制程序，畫出準(zhǔn)確竣工圖，具體包括：

①對照圖紙，檢查MBR系統(tǒng)的PLC點是否連接，是否與圖紙一

致，不一致的情況下進行修正，在原竣工圖上進行準(zhǔn)確標(biāo)記。

②將MBR系統(tǒng)PLC系統(tǒng)中包括故障、運行、自動和儀表信號在

內(nèi)的所有信號采集到中控室監(jiān)控計算機，對不完善的數(shù)據(jù)點重新編制

PLC程序和上位軟件程序，實現(xiàn)報警信號報表、實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)

報表和數(shù)據(jù)存儲；

③改變原系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，增加兩條光纖，使其成

為光纖環(huán)網(wǎng)，以增加該系統(tǒng)的可靠性。

④在中控室監(jiān)控計算機實現(xiàn)MBR系統(tǒng)中的設(shè)備啟動/停止等遠(yuǎn)程

控制；

⑤檢查污水系統(tǒng)的PLC點的連接情況，與原竣工圖進行核對，對

不一致的地方在原圖上進行準(zhǔn)確標(biāo)記；

工作流程:

進廠

▼

收集整理竣工資料

備份原工控機系統(tǒng)

讀取并備份原上位軟件

▼—

讀取并備份3個現(xiàn)場PLC程序

校對竣工資料與實際情況

否

-----------------------匚二是否一致二二，

____________________I____________________

現(xiàn)場重新校對、整理、定義

是

A

PLC程序中添加變量、編程

____________________I____________________

在上位監(jiān)控軟件中添加變量

上位監(jiān)控軟件畫面修改、增加、制作

通訊測試檢查

驗收

經(jīng)過基礎(chǔ)改造，使MBR系統(tǒng)和污水系統(tǒng)的圖紙描述準(zhǔn)確，資料

齊全，以便于未來進行擴建和檢修等，同時，核對MBR系統(tǒng)中的數(shù)

據(jù)點，對PLC編制控制程序，在上位監(jiān)控軟件中實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

(2)第二步一一整合改造

從業(yè)主單位的長遠(yuǎn)利益考慮，注重于系統(tǒng)的整合改造，使改造后

的系統(tǒng)具有完整性，并且兼容性良好，便于以后擴建工程的擴展,主

要增加至少一臺高性能工控機和一臺數(shù)據(jù)服務(wù)器，增加一套第三方監(jiān)

控軟件KingTrolSCADA,在此基礎(chǔ)上對上位監(jiān)控系統(tǒng)重新設(shè)計、集

成。改造后的系統(tǒng)具有以下功能和特點：

①污水與MBR系統(tǒng)合并，在同一臺監(jiān)控主機上對所有PLC分站

進行監(jiān)控；

②所有設(shè)備可實現(xiàn)中控室遠(yuǎn)程控制，便于全過程控制和流程優(yōu)

化；

③故障報警信號具有全面、良好、完整的顯示和記錄；

④儀表信號實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)存儲和查詢，采用數(shù)據(jù)庫存儲。

工作流程：

經(jīng)過整合改造，污水系統(tǒng)和MBR系統(tǒng)在統(tǒng)一的監(jiān)控平臺進行監(jiān)

測、控制和管理，數(shù)據(jù)采集全面、存儲完善、查詢方便、操作簡單。

(3)第三步一一信息化建設(shè)

根據(jù)目前國際國內(nèi)污水處理廠建設(shè)的發(fā)展趨勢和業(yè)主單位的管

理需要，以完善的自控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，進行污水處理廠信息化建設(shè)，實

現(xiàn)管控一體化成為本次工作的又一個重點。根據(jù)與業(yè)主單位的溝通，

主要實現(xiàn)以下功能：

①電能管理。將配電中心的電力數(shù)據(jù)與現(xiàn)有系統(tǒng)進行通訊和存

儲，以車間為單位，可對每個車間以日或月為查詢統(tǒng)計條件，分別進

行電能監(jiān)測和成本核算，為管理者的優(yōu)化調(diào)度管理及績效考核提供參

考。

②成本分析。對全廠的電費和藥劑費進行統(tǒng)計和分析，形成全廠

的運營管理成本分析系統(tǒng)，并且與水量結(jié)合分析，對單位污水處理成

本進行監(jiān)控和管理，為管理者調(diào)度、全過程優(yōu)化運行、節(jié)能降耗提供

參考，切實降低企業(yè)運營成本。

③數(shù)據(jù)倉庫。為便于長時間、大容量存儲運行數(shù)據(jù)，必須建立全

廠的實時數(shù)據(jù)倉庫，采用企業(yè)版SQLSever實時數(shù)據(jù)庫軟件和IBM服

務(wù)器相結(jié)合的方式。通過建立數(shù)據(jù)倉庫，對報表進行全面改進，改變

以往表格形式的報表，全部采用趨勢圖、柱狀圖、餅圖等直觀的、便

于分析的方式進行匯總，方便管理者進行查閱。

④WEB訪問與管理、網(wǎng)站建設(shè)。為提高污水處理廠的管理效率,

提高信息化水平，為管理系統(tǒng)建立一個網(wǎng)站，設(shè)置WEB遠(yuǎn)程訪問與

管理的功能，便于管理者進行遠(yuǎn)程管理，隨時隨地掌握污水廠的運行

情況。同時，不同車間單位（例如化驗室）可隨時通過站點將管理數(shù)

據(jù)統(tǒng)一到同一個數(shù)據(jù)平臺上，方便管理者進行實時管理和調(diào)度。

總結(jié)

通過北京金控自動化技術(shù)有限公司對懷柔區(qū)污水處理廠的改造，徹底

解決了原有系統(tǒng)的問題，改變了其廠污水處理系統(tǒng)與再生水系統(tǒng)長期

獨立運行，無法融合的局面，從而大大提高了企業(yè)的自動化管理水平,

尤其是信息化系統(tǒng)改造，全面提升了也得管控水平，通過這次改造，

達(dá)到了提升管理水平，節(jié)能降耗的目的。