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３１６化工自动化及仪表第４２卷污水处理应用系统的设计与体系构想杨帆（北京机电研究院高技术股份有限公司环保事业一部工程中心，北京１０００２７）摘要介绍了一种基于物联网技术的污水处理自控系统的框架组成与体系构想。关键词物联网污水处理综合自动化系统中图分类号ＴＨ８６文献标识码Ａ文章编号１０００-３９３２（２０１５）０３-０３１６-０４随着改革开放以来工业粗放型发展，工厂废随着污水厂处理规模的增大，控制系统的水不达标排放造成自然水体的污染日益严重。污“自动化孤岛模式”越来越不能满足日益发展的水处理问题越来越受到人们的关注，２００７年中央需要，集过程控制、常规控制、生产调度及企业管投入２０亿元专项资金用于建设科学完善的污染理等功能于一体的综合自动化系统成为当前发展减排指标体系、减排监测体系和减排考核体系，即的趋势。目前网络技术的发展迅猛，将新兴的物“三大体系”。其中污染减排监测体系是在占全联网技术与过程控制系统结合，实现信息和功能国主要污染物工业排放负荷６５％的企业约７０００的集成，把控制、优化、调度、管理、经营和决策集个重点排污单位安装自动监控设备，建设国家、成在一起，最终形成一个能适应生产环境的不确省、市三级３３６个重点污染源监控中心，通过网络定性，市场需求的多变性，全局优化的高质量、高［２］连接构成国控重点污染源自动监控系统。项目实效益、高柔性的智能生产系统。施后虽有起色，但有些地方依然污染严重。这与2系统网络构架上传的监测数据不准、管理不严、没有先进的技术从技术架构上来看，物联网可分为３层：感知［３］而造成无法获得准确的实时数据有很大关系。层、网络层和应用层，如图１所示。感知层由各２００９年政府提出“感知中国”战略，物联网、云计种传感器以及传感器网关构成，包括污水厂各个算这些新兴技术得到大力的推广和发展。应用物车间的仪表，如各种流量计、液位计、ＣＯＤ、总磷总联网将监控中心和污水处理厂连接在一个网络氮测量仪表、摄像头以及厂区红外报警传感器等里，监控中心可随时获取一手数据资料，实时监终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和神经控，再根据海量数据的存储和分析，掌握未来的发末梢，其主要功能是识别物体和采集信息。网络展趋势，这对于节污减排工作的监控和管理有非层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、常好的效果。网络管理系统及云计算平台等组成，相当于人的1物联网技术简介①神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的机对机（Ｍ２Ｍ）技术也称为物联网，是近几年信息。应用层是物联网和用户（包括环保局、监迅速发展并为人们所熟知的概念，其市场前景预测站、污水厂或污水处理公司远程用户访问端）期将远远超过计算机、互联网和移动通信，必将成的接口，它与污水污泥处理行业需求结合，实现物为世界经济的新增长点，为未来社会经济发展、社联网针对各行业的具体应用。前两层主要是通用会进步和科技创新提供最重要的基础设施保障，技术的应用，应用层则是针对各个领域的专业技也必将彻底改变人们的生活方式。物联网技术的术和专家系统软件。基础是互联网技术，并在此基础上进行了延伸和扩展，任何物品和物品之间，都可以进行信息交换［１］和通信。①收稿日期：２０１４-１１-２５（修改稿）\n第３期杨帆．污水处理应用系统的设计与体系构想３１７图１物联网网络构架3综合处理系统在污水污泥处理中的应用3．2分布式过程控制系统3．1污水污泥处理工艺分布式过程控制系统选用罗克韦尔公司的污水处理厂工艺流程为：进水→粗格栅间→ＣｏｍｐａｃｔＬｏｇｉｘ５３７０Ｌ３控制器，中控室设置主站，＃＃预沉砂池→进水泵房→细格栅间→旋流沉砂池→二期厂区设置５个从站：１配电间、２配电间、鼓＃＃初沉池→生物反应池→二沉池→紫外消毒间→应风机房、污泥处理间和细格栅间。１配电间、２配急提升泵站→出水。电间、鼓风机房和污泥处理间这４个车间级监控污泥处理流程为：剩余污泥→污泥储池→排分站和一、二期中控室通过１００ＭＢ光纤构成环泥泵房→污泥脱水间→外运卫生填埋。网，如图２所示。图２自控系统组态\n３１８化工自动化及仪表第４２卷分站ＰＬＣ的ＣＰＵ分别选用１７６９-Ｌ３０ＥＲ和状态送至通信网络中，为别的现场控制站ＰＬＣ和１７６９-Ｌ３３ＥＲ，自带１ＧＢ存储卡（１７８４-ＳＤ１），两个中央控制站服务，同时接收车间级控制站ＰＬＣ和Ｅｔｈｅｒｎｅｔ端口和一个ＵＳＢ端口。内存卡选用ＳＤ中央控制站送来的指令信息。卡更易读取数据，ＣＰＵ内置大电容可断电后保持3．3远程控制系统３０ｍｉｎ，为ＣＰＵ掉电提供了冗余配置，提供更大安中控室可对提升泵房泵站进行远程控制，通全保障。这款ＣＰＵ支持基于Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰ的集成过光纤与现场ＰＬＣ通信，也可通过无线（数传、扩运动控制。可连接２５６路Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰ，１７６９-频电台、ＧＰＲＳ）通信方式与泵站进行通信。由监Ｌ３０ＥＲ在一个Ｌｏｇｉｘ设计器应用程序中Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／控室统一监控、指挥、协调泵站的运行。现场ＰＬＣＩＰ节点为１６个，可扩展８个１７６９模块。１７６９-负责控制泵站机组的启停、闸门的开关（或调节Ｌ３３ＥＲ在一个Ｌｏｇｉｘ设计器应用程序中Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／开度）以及辅助设备油、气、水的自动控制。中控ＩＰ节点为３２个，可扩展１６模块。室还可以通过从重要设备的电机智能保护器上调从站Ｉ／Ｏ模块选用１７６９ＣｏｍｐａｃｔＩ／Ｏ模块，取电机的运行参数（电流、电压及故障信息等）从模块具有集成的通信总线，通过可移动总线连接而监视设备是否正常运转。监视水位、水质、电器将各模块连接起来。设计组态软件采用量、温度以及压力等是否有越限等。ＲＳＬｏｇｉｘ５０００，画面软件采用ＦａｃｔｏｒｙＴａｌｋＶｉｅｗＳｔｕ-中控室采用ＦａｃｔｏｒｙＶｉｅｗ实现的ＨＭＩ人机交ｄｉｏ。互系统作为上位组态软件，在泵站运行现场也可3．2．1厂级监控中心采用设备级ＨＭＩ人机界面（ＰａｎｅｌＶｉｅｗＰｌｕｓ）。厂级监控中心能监控污水厂所有设备和工艺3．4ＳＣＡＤＡ系统参数并采集和存储数据，和各车间及监控中心实ＳＣＡＤＡ系统分为３层：中央控制层、各车间现对等通信。正常情况下污水厂通过厂级监控中分控制层和现场控制单元。中央控制层综合全局心进行监视。设备进行调试、维护、保养时必须在考虑，对重要设备实时监测（如变压器、断路器及就地控制级或手动控制级进行。刀闸等运行情况），根据需要进行总调度。各车3．2．2车间级监控室间分控制层对车间级设备（如电动蝶阀、调节阀、用ＰＬＣ作为核心直接监控现场水处理工艺泵组及风机等）进行监控。现场控制单元采用的过程单元。本系统设计５个车间级监控分站，ＰＬＣ进行控制。通过光纤将各个车间、现场的监＃＃分别是１配电间分站、细格栅间分站、２配电间分控摄像头组成视频监控网络，在中央控制室可以＃站、鼓风机房分站和污泥处理间分站。其中１配查看到各车间重要设备的运行情况。配合上位机电间分站、鼓风机房分站和污泥处理间分站选用画面的工业数据的实时监测，对于整套系统中最ＣＰＵ、电源、输入输出模块及通信模块等设备，采为重要的风机、泵类设备可以实现更为全面的监用与监控系统统一品牌的液晶显示操作屏作为人控。智能软件能将预见的各种问题防患于未然，机界面接口。对可能发生的设备故障提前预警，及时排除。车间级监控分站的任务是在分站所在车间进3．5云计算行下属现场设备运行工况信号与工艺参数的采监控中心设置的历史数据服务器与云计算服集、检测和监控，并通过分站的人机界面监控系统务器通过网络连接，时间较早的历史数据可以在运行状态，适时对设备进行操作，同时向监控中心远端备份存储，节省了前端的存储空间和费用。传送实时数据。后台的污水处理专家系统还可以对大数据进行分3．2．3现场ＰＬＣ自动控制级析处理，对生产工艺进行指导，便于改进和提高。现场ＰＬＣ自动控制级即现场控制站ＰＬＣ控4结束语制方式，各个工艺区域内的联锁控制和程序控制构建了基于物联网的污水处理控制系统，通主要通过现场控制级来实现。当污水厂在自动控过国家制定统一的标准接口，在每个污水处理厂制方式运行时，现场控制站ＰＬＣ可以独立自动对利用Ｗｅｂ上传相应的关键生产指标，监测部门通它所负责的工艺区域进行控制，而不需要任何中过物联网络实时访问各个监测点的数据信息，使央控制级的介入。并将采集到的设备数据及运行得国家层面对污水处理的有效监管得以实现。\n第３期杨帆．污水处理应用系统的设计与体系构想３１９［２］梁昭峰，李兵，裴旭东．过程控制工程［Ｍ］．北京：北参考文献京理工大学出版社，２０１０．［１］刘丽军，邓子云．物联网技术与应用［Ｍ］．北京：清［３］王文珍．基于物联网的污水处理智能监控系统［Ｊ］．华大学出版社，２０１２．化工自动化及仪表，２０１３，４０（２）：２４７～２４９．ControlSystemDesignandStructureConfigurationforWastewaterTreatmentＹＡＮＧＦａｎ（EngineeringCenter，BMEIEnvironmentalEngineeringDivision，Beijing１０００２７，China）AbstractＡｎｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｎｔｅｒｎｅｔｏｆｔｈｉｎｇｓｗａｓｉｎｔｒｏ-ｄｕｃｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｉｔｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ．Keywordsｉｎｔｅｒｎｅｔｏｆｔｈｉｎｇｓ，ｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ（上接第２６６页）［８］ＤｅｍｐｓｔｅｒＡＰ，ＬａｉｒｄＮＭ，ＲｕｂｉｎＤＢ．Ｍａｘｉｍｕｍ-ｌｉｋｅｌｉ-ＣｏｎｔｒｏｌＰｒｏｂｌｅｍ［Ｊ］．ＣｏｍｐｕｔｅｒｓＣｈｅｍｉｓｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｈｏｏｄｆｒｏｍＩｎｃｏｍｐｌｅｔｅＤａｔａｖｉａｔｈｅＥＭＡｌｇｏｒｉｔｈｍ［Ｊ］．１９９３，１７（３）：２４５～２５５．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＲｏｙａｌＳｔａｔｉｓｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，ＳｅｒｉｅｓＢ［１０］ＬａｗｒｅｎｃｅＲＮ．ＤｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄＣｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅＴｅｎｎｅｓｓｅｅ（Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｉｃａｌ），１９７７，３９（１）：１～３８．ＥａｓｔｍａｎＣｈａｌｌｅｎｇｅＰｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｒｏｃｅｓｓ［９］ＤｏｗｎｓＪＪ，ＶｏｇｅｌＥＦ．ＡＰｌａｎｔ-ｗｉｄｅＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＰｒｏｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ，１９９６，６（４）：２０５～２２１．ProcessMonitoringResearchBasedonMultimodeMixtureModelＧＡＯＪｕｎ-ｆｅｎｇ，ＺＨＯＵＬｉｎｇ-ｋｅ（SchoolofAutomation，NanjingUniversityofScienceandTechnology，Nanjing２１００９４，China）AbstractＡｍｕｌｔｉｍｏｄｅＧａｕｓｓｉａｎＭｉｘｔｕｒｅＭｏｄｅｌ（ＧＭＭ）ｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｎｄｅｓｔｉｍａｔｅｄｗｉｔｈＥｘｐｅｃｔａｔｉｏｎＭａｘｉｍｉｚａｔｉｏｎ（ＥＭ）ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｍｉｘｔｕｒｅｍｏｄｅｎｕｍｂｅｒａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅＥＭａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｈｒｏｕｇｈｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇＢａｙｅｓｉａｎＹｉｎｇ-Ｙａｎｇ（ＢＹＹ）ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．ＢｙｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇＰｒｉｎｃｉｐａｌＣｏｍｐｏｎｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓ（ＰＣＡ）ｍｏ-ｎｉｔｏｒｉｎｇｍｏｄｅｌｉｎＧＭＭ’ｓｅａｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，ａｍｕｌｔｉｍｏｄｅｆａｕｌｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｍｉｘｔｕｒｅｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．ＴｈｅＴｅｎｎｅｓｓｅｅＥａｓｔｍａｎ（ＴＥ）ｂｅｎｃｈｍａｒｋｐｒｏｖｅｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｏｄｅｌｉｎｐｒｏｃｅｓｓｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．Keywordsｐｒｏｃｅｓｓｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ，ｍｕｌｔｉｍｏｄｅｍｏｄｅｌ，ＰＣＡ（ＣｏｎｔｉｎｕｅｄｆｒｏｍＰａｇｅ３１５）ｓｃｒｉｂｅｄ，ａｎｄａｎｏｐｔｉｏｎａｌｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈｃｏｕｐｌｉｎｇＰＩＤｌｏｏｐｓｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｄｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｌｏｗ-ｓｅｌｅｃｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｃｅｓｓｂａｓｉｎｇｏｎａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｓｗｅｌｌａｓｓｕｍｍａｒｉ-ｚｉｎｇｔｈｅｌｏｗ-ｓｅｌｅｃｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌ’ｓｆｅａｔｕｒｅｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ．Keywordsｌｏｎｇ-ｄｉｓｔａｎｃｅｌｉｑｕｉｄｐｉｐｅｌｉｎｅ，ｉｎ／ｏｕｔ-ｓｔａｔｉｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅ，ＰＩＤｌｏｗ-ｓｅｌｅｃｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌ