基于工業以太網的污水處理控制系統解決方案

何波

摘要：污水處理控制系統在運行過程中可能會出現一些小的問題，這些都會影響水體凈化的效果，因此我們考慮可以將工業以太網絡技術引入污水處理控制系統中。工業以太網的分布形式常常以嵌入式控制系統為主，它具有明顯的分散性、實時性和可靠性高等特點，工業以太網的開放性和互操作性，以及數據視頻在多系統網絡中的應用等特點也代表了以太網技術和工業控制相結合的新發展方向，可以廣泛應用于污水處理控制系統當中。

關鍵詞：以太網 污水處理控制 智能系統

中圖分類號：TP202 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）09-0020-01

隨著我國生產力水平的提高，與之相應的自動化系統也從封閉的小規模向無線網絡、大型網絡開放的大方向發展，根據具體問題的解決方案來看，部分自動化系統的功能將被關閉，開放的部分主要是基于計算機智能系統控制下的配電監控系統。PLC和現場總線的廣泛應用也逐漸成為污水自動化控制系統處理的重要解決方案。由于污水處理系統現場總線標準之間互不相容的特點嚴重限制了不同廠家之間設備的互連效果，隨著以太網技術和PLC在污水處理的自動化控制領域中越來越多的被采用，各種儀表和智能設備的執行能力也越來越理想，并已與DCS系統的以太網接口通用。

污水處理廠的自動控制系統目前已經取得了好的效果，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和數據采集系統，還包括一部分視頻監控。分布式管理控制層主要是基于工業以太網對于控制系統管理過程中的各個環節的智能處理，對于污水處理的各階段都要安裝監控，并且存儲和分析各種數據，控制層主要由PLC或計算機自動控制裝置來對污水處理的工藝流程進行調整，而在常規控制的基礎上，提供智能控制儀可以分析的數據流，SCADA系統和網絡現場檢測數據的收集過程，以及數據通信都要采用標準100Mbps的工業以太環網絡。

1 污水處理控制系統的基本結構

污水處理控制系統具有監控功能、控制生產過程功能和數據處理功能，工業以太網強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，同時也為技術的研究和升級奠定了堅實的基礎。鑒于增加設備需要長期應用于污水處理廠的整個工藝流程，所以自動控制設備和通信系統的網絡管理計算機等相關硬件要盡可能選擇更加先進的設備。

根據污水處理系統的工藝流程來看，污水處理的自動控制系統的預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的中央預處理系統、生物處理系統、污泥處理系統和雨水處理系統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為中心的控制系統，這些設備的操作控制和采集的參數都在工業以太網的控制范圍內，進而分別負責各控制站的工作。

主干網絡采用多模光纖百兆環網單向獨立的形式，即每個站點由網絡中的冗余計算機來控制工業以太環網的開關。該網絡層的功能冗余網絡，當故障發生在一個網絡中的網絡渠道上時，新的拓撲300ms網絡結構和總線型網絡的形成邏輯關系將會保證系統的正常運行，從而保持住網絡拓撲的結構，形成一層冗余網絡。在出現故障的情況下在網絡上關閉不正常的結構，出現故障的開關在連接設備時不可與其他通信的開關連接。在污水處理廠自動控制系統的設計中，每個處理區相對獨立，每個開關系統由以太網連接，相互之間的通信由PLC控制變電站，因此，某個開關的故障不會影響其他系統，操作開關上信息只是暫時的，不影響系統的經濟性與合理性。智能電表對這部分數據的采集進行監控，通過RS-232串口服務器的網絡接口模塊和HDRS系統進行遠程傳輸，再由以太網傳輸數據到監測中心區域。

2 污水處理工業以太網控制系統特點的基礎

（1）污水處理控制系統通過以太網保證網絡傳輸系統，用于實時控制的網絡傳輸延遲，沖突檢測的介質訪問機制保證傳輸時間，這些都可以通過工業以太網來實現。

（2）平面環形冗余保證系統的可靠性，隨著以太網交換技術的發展，可以創建一個網絡冗余，從而降低了雙冗余總線集中風險。降低成本并確保光纖環響應時間小于300ms，數據不會丟失。更新千兆以太網絡一般不需要改變其他網絡設備。

（3）污水處理控制系統的以太網要有良好的可擴展性和通用性。網絡能力允許條件下可以直接在網絡領域加強ERP的推廣和污水處理生產水平，計算機網絡管理系統可直接通過互聯網處理實時數據。

（4）污水處理信息通過傳輸平臺云鏡頭控制站設置輸出視頻信號，再將視頻編碼器和一個控制信號壓縮成數字多媒體信號，轉換成符合標準的H.323網絡接入工業以太網，通過服務器和視頻解碼器上實現遠程視頻監視和記錄在監控終端的控制臺進行遠程控制。

（5）使用端口聚合（支撐）環網交換機連接到監控中心。大幅度降低處理成本，確?，F場數據傳輸的穩定性。服務器通過一系列數據采集現場設備的智能化儀表和以太網絡（RS-485/422接口）相連。

3 結語

基于工業以太網的污水處理控制系統的方案分布式監控系統已成功地用于各項生產活動中，工業以太網的廣泛應用也是自動控制的發展趨勢，一般來說，開放高速工業以太網的可靠性很高，可以有效解決數據傳輸率低的問題?？刂片F場總線來完成相應功能，同時通過串口服務器接入設備完善總線網絡，污水處理控制系統的視頻系統也納入到工業以太網的管理范圍內，大大降低經濟成本，而且還充分利用了高帶寬的工業以太網。整個社會的自動化水平正在提高，多網絡概念也逐漸得到推廣，建設大中型工業以太網技術的控制系統，成熟、可靠、低成本的優勢成為自動化系統的中心技術。

參考文獻

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