基于DCS技術(shù)的工業(yè)廢水自動(dòng)化處理研究

龔小良

摘 ? 要：該文以基于DCS的工業(yè)廢水自動(dòng)化處理技術(shù)為切入點(diǎn)，首先闡述了DCS技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，并對(duì)工業(yè)廢水自動(dòng)化處理系統(tǒng)的功能要求進(jìn)行了詳細(xì)地描述和分析，最后提出了基于DCS工業(yè)廢水自動(dòng)化處理的設(shè)計(jì)實(shí)施方案，希望為我國(guó)污水處理領(lǐng)域提供一些有價(jià)值的參考借鑒。

關(guān)鍵詞：DCS;廢水處理;自動(dòng)化技術(shù);網(wǎng)絡(luò)通信

中圖分類(lèi)號(hào)： X703 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

當(dāng)前階段，我國(guó)對(duì)于工業(yè)廢水處理的需求日益加大，在這樣的現(xiàn)實(shí)需求下，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用能夠有效提高工業(yè)廢水的處理效率，增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行的可靠性，并減少人力勞動(dòng)，特別是對(duì)于一些有毒有害水體的處理，必須盡可能利用自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)代替人工，這符合現(xiàn)代社會(huì)以人為本的發(fā)展理念。

1 DCS技術(shù)用于工業(yè)廢水處理的可行性及優(yōu)勢(shì)分析

DCS（Distributed Control System）即集散控制系統(tǒng)，該技術(shù)起源于模擬電子傳感控制技術(shù)，隨著網(wǎng)絡(luò)化和信息化的發(fā)展，DCS技術(shù)逐漸融合了工業(yè)總線技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等多種自動(dòng)控制和IT技術(shù)，在工業(yè)廢水處理領(lǐng)域，DCS技術(shù)也有很多應(yīng)用案例。DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠配適多種溫度、壓力和流量等傳感器[1]，支持的硬件產(chǎn)品豐富多樣，可適用于DCS設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的軟件也有很多通用性商業(yè)軟件，比如微軟的Visual Studio軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)以及國(guó)產(chǎn)自動(dòng)化軟件三維力控、組態(tài)王等商業(yè)軟件，都可以應(yīng)用于基于DCS的工業(yè)廢水處理軟件開(kāi)發(fā)中。此外，DCS系統(tǒng)上位機(jī)可以采用可靠性更高的IPC（工業(yè)計(jì)算機(jī)），并采用多設(shè)備冗余技術(shù)和故障自診斷技術(shù)，這樣可以有效提高系統(tǒng)的可靠性，并且具有一定的成本優(yōu)勢(shì)。DCS的核心理念在于分散控制和集中管理，分散控制的優(yōu)勢(shì)在于將傳感器和控制器件布置在硬件設(shè)備附近，不但能優(yōu)化系統(tǒng)布線，還能更便于后續(xù)的設(shè)備檢查與維護(hù)，設(shè)備運(yùn)行管理人員只需要在中控室利用上位機(jī)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備的監(jiān)視和控制功能。

2 基于DCS的廢水自動(dòng)化處理功能要求

2.1 系統(tǒng)硬件功能

基于DCS的工業(yè)廢水自動(dòng)化處理系統(tǒng)由傳感器和智能儀表、DCS核心控制器、閥泵的驅(qū)動(dòng)器以及網(wǎng)絡(luò)總線通信設(shè)備和IPC（工業(yè)計(jì)算機(jī)）等組成。DCS核心控制器是整個(gè)自動(dòng)化污水處理系統(tǒng)的關(guān)鍵運(yùn)算設(shè)備，主要功能包括對(duì)系統(tǒng)內(nèi)所有開(kāi)關(guān)狀態(tài)量、模擬量信號(hào)和智能儀表信號(hào)數(shù)據(jù)的采集，并根據(jù)采集的狀態(tài)參數(shù)，按預(yù)定控制算法控制目標(biāo)設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行，由于系統(tǒng)設(shè)備較為分散，除了需要布置DCS核心控制器，還需要安裝多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)就地控制器，以此來(lái)控制分處于不同區(qū)域的電氣設(shè)備，可以使系統(tǒng)控制功能更獨(dú)立分散，減少核心處理器的運(yùn)算壓力，各個(gè)就地控制器與DCS核心控制器利用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，最后由工業(yè)計(jì)算機(jī)連接到DCS核心控制器，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面的數(shù)據(jù)顯示、手動(dòng)操作和數(shù)據(jù)查詢(xún)等功能[2]。

2.2 系統(tǒng)軟件功能

基于DCS的工業(yè)廢水自動(dòng)化處理軟件主要由2個(gè)部分組成。1）布置在DCS控制器中的自動(dòng)控制程序。2）布置在IPC中的監(jiān)控人機(jī)界面程序。其中，DCS中央控制器軟件是整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行的核心部分，軟件功能主要包括對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各信號(hào)傳感器和數(shù)字化儀表上傳參數(shù)的數(shù)字化解析、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)判斷、控制命令下發(fā)、安全閾值判定、故障報(bào)警觸發(fā)等。另一部分軟件程序布置在IPC上位機(jī)上，需要具備可視化的人機(jī)界面，其主要功能包括接收并顯示DCS控制器上發(fā)的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和報(bào)警故障等內(nèi)容，同時(shí)還需要具備手動(dòng)控制功能，實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水處理系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)控制切換。

3 基于DCS的工業(yè)廢水自動(dòng)化處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

基于DCS的工業(yè)廢水處理自動(dòng)化系統(tǒng)可采用三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)如圖1所示。最上一層是位于監(jiān)控中心的集中管理設(shè)備，主要包括IPC、顯示器等人機(jī)交互設(shè)備，還包括數(shù)據(jù)服務(wù)器用于存儲(chǔ)設(shè)備的運(yùn)行記錄和故障信息。位于中間一層的是網(wǎng)絡(luò)通信管理層，主要包括以太網(wǎng)交換機(jī)和光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，其功能在于連接集中監(jiān)控層設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)控制器，形成完整的網(wǎng)絡(luò)控制總線，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備IP分配與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全管理功能。位于系統(tǒng)最底層的是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制層，主要包括各傳感器、DCS控制器和驅(qū)動(dòng)裝置，現(xiàn)場(chǎng)控制層集信號(hào)采集、控制運(yùn)算、指令下達(dá)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)于一體，是整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能的核心部分。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括DCS自動(dòng)控制軟件和上位機(jī)人機(jī)界面軟件2個(gè)部分。DCS軟件可以利用標(biāo)準(zhǔn)的IEC 61131軟件進(jìn)行編程，可以利用梯形圖或ST語(yǔ)言根據(jù)設(shè)備運(yùn)行邏輯進(jìn)行編程開(kāi)發(fā)。集中監(jiān)控層中的上位機(jī)人機(jī)界面軟件，以商業(yè)軟件組態(tài)王為例，軟件集成了多種控制功能模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊總線通信功能。操作界面主要包括污水處理過(guò)程中的多個(gè)部分，如泵、水箱、過(guò)濾裝置、故障點(diǎn)和報(bào)警燈等，人機(jī)界面中可以充分顯示系統(tǒng)運(yùn)行流程狀態(tài)并包括各種故障信息報(bào)警，如水位超高報(bào)警，壓力高報(bào)警，化學(xué)藥劑液位低報(bào)警等顯示。

3.3 系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)

DCS系統(tǒng)的通信采用環(huán)形冗余以太網(wǎng)總線通信方案保證了系統(tǒng)的可靠性（如圖2所示），采用雙環(huán)網(wǎng)冗余工業(yè)以太網(wǎng)通信方式，減少了風(fēng)險(xiǎn)并降低了實(shí)現(xiàn)成本。工業(yè)以太網(wǎng)采用TCP/IP技術(shù)，采用主/從架構(gòu)通信，各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制器需要有固定的局域網(wǎng)IP地址和端口號(hào)，各個(gè)設(shè)備IP應(yīng)設(shè)置在同一網(wǎng)段內(nèi)且不能重復(fù)。與其他工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線相比，工業(yè)以太網(wǎng)具有向下兼容性，對(duì)于雙絞線或光纖介質(zhì)，如果傳輸速度從 l0M 提高到 100 M 大多數(shù)場(chǎng)合不需要改變現(xiàn)有的布線，只需更新網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即可。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，DCS控制系統(tǒng)以其布置靈活、運(yùn)行可靠的特點(diǎn)，非常適用于工業(yè)廢水自動(dòng)化處理系統(tǒng)，在具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，應(yīng)采用三層物理結(jié)構(gòu)，利用可靠的工業(yè)以太網(wǎng)通信技術(shù)，將系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)設(shè)備整合成完整的DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控需求，使現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)人員能夠更加高效便捷地使用并維護(hù)工業(yè)廢水處理自動(dòng)化系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]潘會(huì)友.電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在污水處理廠曝氣量控制中的應(yīng)用 [J]. 現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2018，8（16）：58-59.

[2]李濱.污水處理廠控制系統(tǒng)發(fā)展前景的思考與探討[J].城市道橋與防洪，2018（7）：312-314.