基于工業(yè)以太網(wǎng)的污水處理控制系統(tǒng)解決方案

何波

摘要：污水處理控制系統(tǒng)在運行過程中可能會出現(xiàn)一些小的問題，這些都會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、實時性和可靠性高等特點，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：TP202 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）09-0020-01

隨著我國生產(chǎn)力水平的提高，與之相應(yīng)的自動化系統(tǒng)也從封閉的小規(guī)模向無線網(wǎng)絡(luò)、大型網(wǎng)絡(luò)開放的大方向發(fā)展，根據(jù)具體問題的解決方案來看，部分自動化系統(tǒng)的功能將被關(guān)閉，開放的部分主要是基于計算機(jī)智能系統(tǒng)控制下的配電監(jiān)控系統(tǒng)。PLC和現(xiàn)場總線的廣泛應(yīng)用也逐漸成為污水自動化控制系統(tǒng)處理的重要解決方案。由于污水處理系統(tǒng)現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之間互不相容的特點嚴(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在污水處理的自動化控制領(lǐng)域中越來越多的被采用，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）的分布形式來控制整個凈化系統(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)對于控制系統(tǒng)管理過程中的各個環(huán)節(jié)的智能處理，對于污水處理的各階段都要安裝監(jiān)控，并且存儲和分析各種數(shù)據(jù)，控制層主要由PLC或計算機(jī)自動控制裝置來對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)場檢測數(shù)據(jù)的收集過程，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于污水處理運行階段的管理十分到位，同時也為技術(shù)的研究和升級奠定了堅實的基礎(chǔ)。鑒于增加設(shè)備需要長期應(yīng)用于污水處理廠的整個工藝流程，所以自動控制設(shè)備和通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理計算機(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)的工藝流程來看，污水處理的自動控制系統(tǒng)的預(yù)處理主要對污泥的生物處理，同時凈化生活污水和雨水，對污泥硝化且干燥處理。這些過程可以通過自動化系統(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)單向獨立的形式，即每個站點由網(wǎng)絡(luò)中的冗余計算機(jī)來控制工業(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)生在一個網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)渠道上時，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)系將會保證系統(tǒng)的正常運行，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)備時不可與其他通信的開關(guān)連接。在污水處理廠自動控制系統(tǒng)的設(shè)計中，每個處理區(qū)相對獨立，每個開關(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，某個開關(guān)的故障不會影響其他系統(tǒng)，操作開關(guān)上信息只是暫時的，不影響系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與合理性。智能電表對這部分?jǐn)?shù)據(jù)的采集進(jìn)行監(jiān)控，通過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)測中心區(qū)域。

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

（1）污水處理控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)保證網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，用于實時控制的網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲，沖突檢測的介質(zhì)訪問機(jī)制保證傳輸時間，這些都可以通過工業(yè)以太網(wǎng)來實現(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)建一個網(wǎng)絡(luò)冗余，從而降低了雙冗余總線集中風(fēng)險。降低成本并確保光纖環(huán)響應(yīng)時間小于300ms，數(shù)據(jù)不會丟失。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，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可直接通過互聯(lián)網(wǎng)處理實時數(shù)據(jù)。

（4）污水處理信息通過傳輸平臺云鏡頭控制站設(shè)置輸出視頻信號，再將視頻編碼器和一個控制信號壓縮成數(shù)字多媒體信號，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)，通過服務(wù)器和視頻解碼器上實現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視和記錄在監(jiān)控終端的控制臺進(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)場數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。服務(wù)器通過一系列數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場設(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

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)已成功地用于各項生產(chǎn)活動中，工業(yè)以太網(wǎng)的廣泛應(yīng)用也是自動控制的發(fā)展趨勢，一般來說，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)傳輸率低的問題?？刂片F(xiàn)場總線來完成相應(yīng)功能，同時通過串口服務(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)。整個社會的自動化水平正在提高，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)勢成為自動化系統(tǒng)的中心技術(shù)。

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