基于工业以太网的污水处理控制系统解决方案

何波

摘要：污水处理控制系统在运行过程中可能会出现一些小的问题，这些都会影响水体净化的效果，因此我们考虑可以将工业以太网络技术引入污水处理控制系统中。工业以太网的分布形式常常以嵌入式控制系统为主，它具有明显的分散性、实时性和可靠性高等特点，工业以太网的开放性和互操作性，以及数据视频在多系统网络中的应用等特点也代表了以太网技术和工业控制相结合的新发展方向，可以广泛应用于污水处理控制系统当中。

关键词：以太网 污水处理控制 智能系统

中图分类号：TP202 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）09-0020-01

随着我国生产力水平的提高，与之相应的自动化系统也从封闭的小规模向无线网络、大型网络开放的大方向发展，根据具体问题的解决方案来看，部分自动化系统的功能将被关闭，开放的部分主要是基于计算机智能系统控制下的配电监控系统。PLC和现场总线的广泛应用也逐渐成为污水自动化控制系统处理的重要解决方案。由于污水处理系统现场总线标准之间互不相容的特点严重限制了不同厂家之间设备的互连效果，随着以太网技术和PLC在污水处理的自动化控制领域中越来越多的被采用，各种仪表和智能设备的执行能力也越来越理想，并已与DCS系统的以太网接口通用。

污水处理厂的自动控制系统目前已经取得了好的效果，基于可编程逻辑控制器（PLC）的分布形式来控制整个净化系统和数据采集系统，还包括一部分视频监控。分布式管理控制层主要是基于工业以太网对于控制系统管理过程中的各个环节的智能处理，对于污水处理的各阶段都要安装监控，并且存储和分析各种数据，控制层主要由PLC或计算机自动控制装置来对污水处理的工艺流程进行调整，而在常规控制的基础上，提供智能控制仪可以分析的数据流，SCADA系统和网络现场检测数据的收集过程，以及数据通信都要采用标准100Mbps的工业以太环网络。

1 污水处理控制系统的基本结构

污水处理控制系统具有监控功能、控制生产过程功能和数据处理功能，工业以太网强大的编程的通信能力对于污水处理运行阶段的管理十分到位，同时也为技术的研究和升级奠定了坚实的基础。鉴于增加设备需要长期应用于污水处理厂的整个工艺流程，所以自动控制设备和通信系统的网络管理计算机等相关硬件要尽可能选择更加先进的设备。

根据污水处理系统的工艺流程来看，污水处理的自动控制系统的预处理主要对污泥的生物处理，同时净化生活污水和雨水，对污泥硝化且干燥处理。这些过程可以通过自动化系统的中央预处理系统、生物处理系统、污泥处理系统和雨水处理系统等四组不同大小的控制站（PLC控制子站）完成，污泥硝化和干燥系统为中心的控制系统，这些设备的操作控制和采集的参数都在工业以太网的控制范围内，进而分别负责各控制站的工作。

主干网络采用多模光纤百兆环网单向独立的形式，即每个站点由网络中的冗余计算机来控制工业以太环网的开关。该网络层的功能冗余网络，当故障发生在一个网络中的网络渠道上时，新的拓扑300ms网络结构和总线型网络的形成逻辑关系将会保证系统的正常运行，从而保持住网络拓扑的结构，形成一层冗余网络。在出现故障的情况下在网络上关闭不正常的结构，出现故障的开关在连接设备时不可与其他通信的开关连接。在污水处理厂自动控制系统的设计中，每个处理区相对独立，每个开关系统由以太网连接，相互之间的通信由PLC控制变电站，因此，某个开关的故障不会影响其他系统，操作开关上信息只是暂时的，不影响系统的经济性与合理性。智能电表对这部分数据的采集进行监控，通过RS-232串口服务器的网络接口模块和HDRS系统进行远程传输，再由以太网传输数据到监测中心区域。

2 污水处理工业以太网控制系统特点的基础

（1）污水处理控制系统通过以太网保证网络传输系统，用于实时控制的网络传输延迟，冲突检测的介质访问机制保证传输时间，这些都可以通过工业以太网来实现。

（2）平面环形冗余保证系统的可靠性，随着以太网交换技术的发展，可以创建一个网络冗余，从而降低了双冗余总线集中风险。降低成本并确保光纤环响应时间小于300ms，数据不会丢失。更新千兆以太网络一般不需要改变其他网络设备。

（3）污水处理控制系统的以太网要有良好的可扩展性和通用性。网络能力允许条件下可以直接在网络领域加强ERP的推广和污水处理生产水平，计算机网络管理系统可直接通过互联网处理实时数据。

（4）污水处理信息通过传输平台云镜头控制站设置输出视频信号，再将视频编码器和一个控制信号压缩成数字多媒体信号，转换成符合标准的H.323网络接入工业以太网，通过服务器和视频解码器上实现远程视频监视和记录在监控终端的控制台进行远程控制。

（5）使用端口聚合（支撑）环网交换机连接到监控中心。大幅度降低处理成本，确保现场数据传输的稳定性。服务器通过一系列数据采集现场设备的智能化仪表和以太网络（RS-485/422接口）相连。

3 结语

基于工业以太网的污水处理控制系统的方案分布式监控系统已成功地用于各项生产活动中，工业以太网的广泛应用也是自动控制的发展趋势，一般来说，开放高速工业以太网的可靠性很高，可以有效解决数据传输率低的问题。控制现场总线来完成相应功能，同时通过串口服务器接入设备完善总线网络，污水处理控制系统的视频系统也纳入到工业以太网的管理范围内，大大降低经济成本，而且还充分利用了高带宽的工业以太网。整个社会的自动化水平正在提高，多网络概念也逐渐得到推广，建设大中型工业以太网技术的控制系统，成熟、可靠、低成本的优势成为自动化系统的中心技术。

参考文献

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