基于DCS技术的工业废水自动化处理研究

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　　摘   要：该文以基于DCS的工业废水自动化处理技术为切入点，首先阐述了DCS技术的特点和优势，并对工业废水自动化处理系统的功能要求进行了详细地描述和分析，最后提出了基于DCS工业废水自动化处理的设计实施方案，希望为我国污水处理领域提供一些有价值的参考借鉴。
　　关键词：DCS;废水处理;自动化技术;网络通信
　　中图分类号： X703   文献标志码：A
　　0 引言
　　当前阶段，我国对于工业废水处理的需求日益加大，在这样的现实需求下，自动化技术的应用能够有效提高工业废水的处理效率，增强设备运行的可靠性，并减少人力劳动，特别是对于一些有毒有害水体的处理，必须尽可能利用自动化监控系统代替人工，这符合现代社会以人为本的发展理念。
　　1 DCS技术用于工业废水处理的可行性及优势分析
　　DCS（Distributed Control System）即集散控制系统，该技术起源于模拟电子传感控制技术，随着网络化和信息化的发展，DCS技术逐渐融合了工业总线技术、计算机网络技术和数据库技术等多种自动控制和IT技术，在工业废水处理领域，DCS技术也有很多应用案例。DCS系统结构简单，能够配适多种温度、压力和流量等传感器[1]，支持的硬件产品丰富多样，可适用于DCS设计开发的软件也有很多通用性商业软件，比如微软的Visual Studio软件开发平台以及国产自动化软件三维力控、组态王等商业软件，都可以应用于基于DCS的工业废水处理软件开发中。此外，DCS系统上位机可以采用可靠性更高的IPC（工业计算机），并采用多设备冗余技术和故障自诊断技术，这样可以有效提高系统的可靠性，并且具有一定的成本优势。DCS的核心理念在于分散控制和集中管理，分散控制的优势在于将传感器和控制器件布置在硬件设备附近，不但能优化系统布线，还能更便于后续的设备检查与维护，设备运行管理人员只需要在中控室利用上位机，就可以实现对系统内所有设备的监视和控制功能。
　　2 基于DCS的废水自动化处理功能要求
　　2.1 系统硬件功能
　　基于DCS的工业废水自动化处理系统由传感器和智能仪表、DCS核心控制器、阀泵的驱动器以及网络总线通信设备和IPC（工业计算机）等组成。DCS核心控制器是整个自动化污水处理系统的关键运算设备，主要功能包括对系统内所有开关状态量、模拟量信号和智能仪表信号数据的采集，并根据采集的状态参数，按预定控制算法控制目标设备的自动化运行，由于系统设备较为分散，除了需要布置DCS核心控制器，还需要安装多个现场就地控制器，以此来控制分处于不同区域的电气设备，可以使系统控制功能更独立分散，减少核心处理器的运算压力，各个就地控制器与DCS核心控制器利用工业以太网进行通信，实现数据交换，最后由工业计算机连接到DCS核心控制器，实现人机界面的数据显示、手动操作和数据查询等功能[2]。
　　2.2 系统软件功能
　　基于DCS的工业废水自动化处理软件主要由2个部分组成。1）布置在DCS控制器中的自动控制程序。2）布置在IPC中的监控人机界面程序。其中，DCS中央控制器软件是整个系统实现自动化运行的核心部分，软件功能主要包括对现场各信号传感器和数字化仪表上传参数的数字化解析、设备运行状态判断、控制命令下发、安全阈值判定、故障报警触发等。另一部分软件程序布置在IPC上位机上，需要具备可视化的人机界面，其主要功能包括接收并显示DCS控制器上发的系统运行数据和报警故障等内容，同时还需要具备手动控制功能，实现工业废水处理系统的自动运行和手动控制切换。
　　3 基于DCS的工业废水自动化处理系统设计
　　3.1 系统硬件设计
　　基于DCS的工业废水处理自动化系统可采用三层结构设计，系统如图1所示。最上一层是位于监控中心的集中管理设备，主要包括IPC、显示器等人机交互设备，还包括数据服务器用于存储设备的运行记录和故障信息。位于中间一层的是网络通信管理层，主要包括以太网交换机和光电转换设备，其功能在于连接集中监控层设备与现场控制器，形成完整的网络控制总线，并实现设备IP分配与网络数据安全管理功能。位于系统最底层的是现场设备控制层，主要包括各传感器、DCS控制器和驱动装置，现场控制层集信号采集、控制运算、指令下达和执行机构驱动于一体，是整个系统实现自动控制功能的核心部分。
　　3.2 系统软件设计
　　系统软件设计主要包括DCS自動控制软件和上位机人机界面软件2个部分。DCS软件可以利用标准的IEC 61131软件进行编程，可以利用梯形图或ST语言根据设备运行逻辑进行编程开发。集中监控层中的上位机人机界面软件，以商业软件组态王为例，软件集成了多种控制功能模块、数据显示模块总线通信功能。操作界面主要包括污水处理过程中的多个部分，如泵、水箱、过滤装置、故障点和报警灯等，人机界面中可以充分显示系统运行流程状态并包括各种故障信息报警，如水位超高报警，压力高报警，化学药剂液位低报警等显示。
　　3.3 系统通信设计
　　DCS系统的通信采用环形冗余以太网总线通信方案保证了系统的可靠性（如图2所示），采用双环网冗余工业以太网通信方式，减少了风险并降低了实现成本。工业以太网采用TCP/IP技术，采用主/从架构通信，各个现场设备控制器需要有固定的局域网IP地址和端口号，各个设备IP应设置在同一网段内且不能重复。与其他工业现场总线相比，工业以太网具有向下兼容性，对于双绞线或光纤介质，如果传输速度从 l0M 提高到 100 M 大多数场合不需要改变现有的布线，只需更新网络设备即可。
　　4 结语
　　综上所述，DCS控制系统以其布置灵活、运行可靠的特点，非常适用于工业废水自动化处理系统，在具体的实现过程中，应采用三层物理结构，利用可靠的工业以太网通信技术，将系统内的各个设备整合成完整的DCS系统，实现设备的远程监控需求，使现场运行维护人员能够更加高效便捷地使用并维护工业废水处理自动化系统。
　　参考文献
　　[1]潘会友.电气自动化控制技术在污水处理厂曝气量控制中的应用 [J]. 现代工业经济和信息化，2018，8（16）：58-59.
　　[2]李滨.污水处理厂控制系统发展前景的思考与探讨[J].城市道桥与防洪，2018（7）：312-314.
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