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怀柔污水处理厂自动化控制系统改造方案北京金控

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 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MODBUS TCP/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, 就使得她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, 不利于日后的扩展。
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Wincc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, 而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, 可是, 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, 能够总结成以下两点: ( 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, 而且互不兼容, 通讯方式不同, 因此, 两套系统不可能在现有平台基础上进行合并或整合, 只能分开使用, 使用上不方便, 也为将来污水处理厂的扩建升级留下了隐患, 也成为本次改造工作的重点。
三、 改造方案
随着技术的创新和不断发展, 污水处理厂的自控系统发挥了越来越重要的作用, 管控一体化技术不断在污水处理厂实现和发展。光纤以太环网技术已经成为主流, 具有速度快, 扩展性好, 兼容性好等优点, 下图为当前较为典型的某厂自控系统结构图。虽然当前该污水处理厂还达不到此案例中的先进程度, 但能够据此结构确定未来改造或扩建方向。

1、 改造原则
根据自控技术的发展趋势和该污水处理厂自控系统的现状, 我们确定以下改造原则:
( 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, 解决当前的问题依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, 待日后合适的机会能够再次进行改造。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:

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——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, 而且兼容性良好, 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KingTrol SCADA, 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——信息化建设
根据当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, 而且与水量结合分析, 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。经过建立数据仓库, 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) 可随时经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
经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, 特别是信息化系统改造, 全面提升了也得管控水平, 经过这次改造, 达到了提升管理水平, 节能降耗的目的。