何波

摘要：污水處理控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)一些小的問(wèn)題，這些都會(huì)影響水體凈化的效果，因此我們考慮可以將工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入污水處理控制系統(tǒng)中。工業(yè)以太網(wǎng)的分布形式常常以嵌入式控制系統(tǒng)為主，它具有明顯的分散性、實(shí)時(shí)性和可靠性高等特點(diǎn)，工業(yè)以太網(wǎng)的開放性和互操作性，以及數(shù)據(jù)視頻在多系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用等特點(diǎn)也代表了以太網(wǎng)技術(shù)和工業(yè)控制相結(jié)合的新發(fā)展方向，可以廣泛應(yīng)用于污水處理控制系統(tǒng)當(dāng)中。

關(guān)鍵詞：以太網(wǎng) 污水處理控制 智能系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP202 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）09-0020-01

隨著我國(guó)生產(chǎn)力水平的提高，與之相應(yīng)的自動(dòng)化系統(tǒng)也從封閉的小規(guī)模向無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、大型網(wǎng)絡(luò)開放的大方向發(fā)展，根據(jù)具體問(wèn)題的解決方案來(lái)看，部分自動(dòng)化系統(tǒng)的功能將被關(guān)閉，開放的部分主要是基于計(jì)算機(jī)智能系統(tǒng)控制下的配電監(jiān)控系統(tǒng)。PLC和現(xiàn)場(chǎng)總線的廣泛應(yīng)用也逐漸成為污水自動(dòng)化控制系統(tǒng)處理的重要解決方案。由于污水處理系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)之間互不相容的特點(diǎn)嚴(yán)重限制了不同廠家之間設(shè)備的互連效果，隨著以太網(wǎng)技術(shù)和PLC在污水處理的自動(dòng)化控制領(lǐng)域中越來(lái)越多的被采用，各種儀表和智能設(shè)備的執(zhí)行能力也越來(lái)越理想，并已與DCS系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口通用。

污水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)目前已經(jīng)取得了好的效果，基于可編程邏輯控制器（PLC）的分布形式來(lái)控制整個(gè)凈化系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，還包括一部分視頻監(jiān)控。分布式管理控制層主要是基于工業(yè)以太網(wǎng)對(duì)于控制系統(tǒng)管理過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)的智能處理，對(duì)于污水處理的各階段都要安裝監(jiān)控，并且存儲(chǔ)和分析各種數(shù)據(jù)，控制層主要由PLC或計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制裝置來(lái)對(duì)污水處理的工藝流程進(jìn)行調(diào)整，而在常規(guī)控制的基礎(chǔ)上，提供智能控制儀可以分析的數(shù)據(jù)流，SCADA系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的收集過(guò)程，以及數(shù)據(jù)通信都要采用標(biāo)準(zhǔn)100Mbps的工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)絡(luò)。

1 污水處理控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

污水處理控制系統(tǒng)具有監(jiān)控功能、控制生產(chǎn)過(guò)程功能和數(shù)據(jù)處理功能，工業(yè)以太網(wǎng)強(qiáng)大的編程的通信能力對(duì)于污水處理運(yùn)行階段的管理十分到位，同時(shí)也為技術(shù)的研究和升級(jí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。鑒于增加設(shè)備需要長(zhǎng)期應(yīng)用于污水處理廠的整個(gè)工藝流程，所以自動(dòng)控制設(shè)備和通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理計(jì)算機(jī)等相關(guān)硬件要盡可能選擇更加先進(jìn)的設(shè)備。

根據(jù)污水處理系統(tǒng)的工藝流程來(lái)看，污水處理的自動(dòng)控制系統(tǒng)的預(yù)處理主要對(duì)污泥的生物處理，同時(shí)凈化生活污水和雨水，對(duì)污泥硝化且干燥處理。這些過(guò)程可以通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)的中央預(yù)處理系統(tǒng)、生物處理系統(tǒng)、污泥處理系統(tǒng)和雨水處理系統(tǒng)等四組不同大小的控制站（PLC控制子站）完成，污泥硝化和干燥系統(tǒng)為中心的控制系統(tǒng)，這些設(shè)備的操作控制和采集的參數(shù)都在工業(yè)以太網(wǎng)的控制范圍內(nèi)，進(jìn)而分別負(fù)責(zé)各控制站的工作。

主干網(wǎng)絡(luò)采用多模光纖百兆環(huán)網(wǎng)單向獨(dú)立的形式，即每個(gè)站點(diǎn)由網(wǎng)絡(luò)中的冗余計(jì)算機(jī)來(lái)控制工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的開關(guān)。該網(wǎng)絡(luò)層的功能冗余網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)故障發(fā)生在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)渠道上時(shí)，新的拓?fù)?00ms網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和總線型網(wǎng)絡(luò)的形成邏輯關(guān)系將會(huì)保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，從而保持住網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)，形成一層冗余網(wǎng)絡(luò)。在出現(xiàn)故障的情況下在網(wǎng)絡(luò)上關(guān)閉不正常的結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)故障的開關(guān)在連接設(shè)備時(shí)不可與其他通信的開關(guān)連接。在污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，每個(gè)處理區(qū)相對(duì)獨(dú)立，每個(gè)開關(guān)系統(tǒng)由以太網(wǎng)連接，相互之間的通信由PLC控制變電站，因此，某個(gè)開關(guān)的故障不會(huì)影響其他系統(tǒng)，操作開關(guān)上信息只是暫時(shí)的，不影響系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與合理性。智能電表對(duì)這部分?jǐn)?shù)據(jù)的采集進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)RS-232串口服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)接口模塊和HDRS系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，再由以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)到監(jiān)測(cè)中心區(qū)域。

2 污水處理工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)

（1）污水處理控制系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)保證網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)控制的網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲，沖突檢測(cè)的介質(zhì)訪問(wèn)機(jī)制保證傳輸時(shí)間，這些都可以通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（2）平面環(huán)形冗余保證系統(tǒng)的可靠性，隨著以太網(wǎng)交換技術(shù)的發(fā)展，可以創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)冗余，從而降低了雙冗余總線集中風(fēng)險(xiǎn)。降低成本并確保光纖環(huán)響應(yīng)時(shí)間小于300ms，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。更新千兆以太網(wǎng)絡(luò)一般不需要改變其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

（3）污水處理控制系統(tǒng)的以太網(wǎng)要有良好的可擴(kuò)展性和通用性。網(wǎng)絡(luò)能力允許條件下可以直接在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域加強(qiáng)ERP的推廣和污水處理生產(chǎn)水平，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可直接通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（4）污水處理信息通過(guò)傳輸平臺(tái)云鏡頭控制站設(shè)置輸出視頻信號(hào)，再將視頻編碼器和一個(gè)控制信號(hào)壓縮成數(shù)字多媒體信號(hào)，轉(zhuǎn)換成符合標(biāo)準(zhǔn)的H.323網(wǎng)絡(luò)接入工業(yè)以太網(wǎng)，通過(guò)服務(wù)器和視頻解碼器上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視和記錄在監(jiān)控終端的控制臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

（5）使用端口聚合（支撐）環(huán)網(wǎng)交換機(jī)連接到監(jiān)控中心。大幅度降低處理成本，確保現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。服務(wù)器通過(guò)一系列數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化儀表和以太網(wǎng)絡(luò)（RS-485/422接口）相連。

3 結(jié)語(yǔ)

基于工業(yè)以太網(wǎng)的污水處理控制系統(tǒng)的方案分布式監(jiān)控系統(tǒng)已成功地用于各項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)中，工業(yè)以太網(wǎng)的廣泛應(yīng)用也是自動(dòng)控制的發(fā)展趨勢(shì)，一般來(lái)說(shuō)，開放高速工業(yè)以太網(wǎng)的可靠性很高，可以有效解決數(shù)據(jù)傳輸率低的問(wèn)題?？刂片F(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)完成相應(yīng)功能，同時(shí)通過(guò)串口服務(wù)器接入設(shè)備完善總線網(wǎng)絡(luò)，污水處理控制系統(tǒng)的視頻系統(tǒng)也納入到工業(yè)以太網(wǎng)的管理范圍內(nèi)，大大降低經(jīng)濟(jì)成本，而且還充分利用了高帶寬的工業(yè)以太網(wǎng)。整個(gè)社會(huì)的自動(dòng)化水平正在提高，多網(wǎng)絡(luò)概念也逐漸得到推廣，建設(shè)大中型工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的控制系統(tǒng)，成熟、可靠、低成本的優(yōu)勢(shì)成為自動(dòng)化系統(tǒng)的中心技術(shù)。

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