基于DCS技術的工業廢水自動化處理研究

龔小良

摘 ? 要：該文以基于DCS的工業廢水自動化處理技術為切入點，首先闡述了DCS技術的特點和優勢，并對工業廢水自動化處理系統的功能要求進行了詳細地描述和分析，最后提出了基于DCS工業廢水自動化處理的設計實施方案，希望為我國污水處理領域提供一些有價值的參考借鑒。

關鍵詞：DCS;廢水處理;自動化技術;網絡通信

中圖分類號： X703 ? 文獻標志碼：A

0 引言

當前階段，我國對于工業廢水處理的需求日益加大，在這樣的現實需求下，自動化技術的應用能夠有效提高工業廢水的處理效率，增強設備運行的可靠性，并減少人力勞動，特別是對于一些有毒有害水體的處理，必須盡可能利用自動化監控系統代替人工，這符合現代社會以人為本的發展理念。

1 DCS技術用于工業廢水處理的可行性及優勢分析

DCS（Distributed Control System）即集散控制系統，該技術起源于模擬電子傳感控制技術，隨著網絡化和信息化的發展，DCS技術逐漸融合了工業總線技術、計算機網絡技術和數據庫技術等多種自動控制和IT技術，在工業廢水處理領域，DCS技術也有很多應用案例。DCS系統結構簡單，能夠配適多種溫度、壓力和流量等傳感器[1]，支持的硬件產品豐富多樣，可適用于DCS設計開發的軟件也有很多通用性商業軟件，比如微軟的Visual Studio軟件開發平臺以及國產自動化軟件三維力控、組態王等商業軟件，都可以應用于基于DCS的工業廢水處理軟件開發中。此外，DCS系統上位機可以采用可靠性更高的IPC（工業計算機），并采用多設備冗余技術和故障自診斷技術，這樣可以有效提高系統的可靠性，并且具有一定的成本優勢。DCS的核心理念在于分散控制和集中管理，分散控制的優勢在于將傳感器和控制器件布置在硬件設備附近，不但能優化系統布線，還能更便于后續的設備檢查與維護，設備運行管理人員只需要在中控室利用上位機，就可以實現對系統內所有設備的監視和控制功能。

2 基于DCS的廢水自動化處理功能要求

2.1 系統硬件功能

基于DCS的工業廢水自動化處理系統由傳感器和智能儀表、DCS核心控制器、閥泵的驅動器以及網絡總線通信設備和IPC（工業計算機）等組成。DCS核心控制器是整個自動化污水處理系統的關鍵運算設備，主要功能包括對系統內所有開關狀態量、模擬量信號和智能儀表信號數據的采集，并根據采集的狀態參數，按預定控制算法控制目標設備的自動化運行，由于系統設備較為分散，除了需要布置DCS核心控制器，還需要安裝多個現場就地控制器，以此來控制分處于不同區域的電氣設備，可以使系統控制功能更獨立分散，減少核心處理器的運算壓力，各個就地控制器與DCS核心控制器利用工業以太網進行通信，實現數據交換，最后由工業計算機連接到DCS核心控制器，實現人機界面的數據顯示、手動操作和數據查詢等功能[2]。

2.2 系統軟件功能

基于DCS的工業廢水自動化處理軟件主要由2個部分組成。1）布置在DCS控制器中的自動控制程序。2）布置在IPC中的監控人機界面程序。其中，DCS中央控制器軟件是整個系統實現自動化運行的核心部分，軟件功能主要包括對現場各信號傳感器和數字化儀表上傳參數的數字化解析、設備運行狀態判斷、控制命令下發、安全閾值判定、故障報警觸發等。另一部分軟件程序布置在IPC上位機上，需要具備可視化的人機界面，其主要功能包括接收并顯示DCS控制器上發的系統運行數據和報警故障等內容，同時還需要具備手動控制功能，實現工業廢水處理系統的自動運行和手動控制切換。

3 基于DCS的工業廢水自動化處理系統設計

3.1 系統硬件設計

基于DCS的工業廢水處理自動化系統可采用三層結構設計，系統如圖1所示。最上一層是位于監控中心的集中管理設備，主要包括IPC、顯示器等人機交互設備，還包括數據服務器用于存儲設備的運行記錄和故障信息。位于中間一層的是網絡通信管理層，主要包括以太網交換機和光電轉換設備，其功能在于連接集中監控層設備與現場控制器，形成完整的網絡控制總線，并實現設備IP分配與網絡數據安全管理功能。位于系統最底層的是現場設備控制層，主要包括各傳感器、DCS控制器和驅動裝置，現場控制層集信號采集、控制運算、指令下達和執行機構驅動于一體，是整個系統實現自動控制功能的核心部分。

3.2 系統軟件設計

系統軟件設計主要包括DCS自動控制軟件和上位機人機界面軟件2個部分。DCS軟件可以利用標準的IEC 61131軟件進行編程，可以利用梯形圖或ST語言根據設備運行邏輯進行編程開發。集中監控層中的上位機人機界面軟件，以商業軟件組態王為例，軟件集成了多種控制功能模塊、數據顯示模塊總線通信功能。操作界面主要包括污水處理過程中的多個部分，如泵、水箱、過濾裝置、故障點和報警燈等，人機界面中可以充分顯示系統運行流程狀態并包括各種故障信息報警，如水位超高報警，壓力高報警，化學藥劑液位低報警等顯示。

3.3 系統通信設計

DCS系統的通信采用環形冗余以太網總線通信方案保證了系統的可靠性（如圖2所示），采用雙環網冗余工業以太網通信方式，減少了風險并降低了實現成本。工業以太網采用TCP/IP技術，采用主/從架構通信，各個現場設備控制器需要有固定的局域網IP地址和端口號，各個設備IP應設置在同一網段內且不能重復。與其他工業現場總線相比，工業以太網具有向下兼容性，對于雙絞線或光纖介質，如果傳輸速度從 l0M 提高到 100 M 大多數場合不需要改變現有的布線，只需更新網絡設備即可。

4 結語

綜上所述，DCS控制系統以其布置靈活、運行可靠的特點，非常適用于工業廢水自動化處理系統，在具體的實現過程中，應采用三層物理結構，利用可靠的工業以太網通信技術，將系統內的各個設備整合成完整的DCS系統，實現設備的遠程監控需求，使現場運行維護人員能夠更加高效便捷地使用并維護工業廢水處理自動化系統。

參考文獻

[1]潘會友.電氣自動化控制技術在污水處理廠曝氣量控制中的應用 [J]. 現代工業經濟和信息化，2018，8（16）：58-59.

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