淺談以太網(wǎng)技術(shù)與水處理自動(dòng)化的融合途徑

文/方志平 浙江杭州 310000

以太網(wǎng)是當(dāng)今信息領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的局域網(wǎng)，隨著以太網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性、開放性、安全性等優(yōu)勢(shì)，使得以太網(wǎng)迅速進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域。近年來(lái)，我國(guó)水處理能力，標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)模不斷提高，計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)信息、控制技術(shù)等廣泛應(yīng)用在水處理自動(dòng)化系統(tǒng)中，使得水處理控制系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不斷增加，對(duì)水自動(dòng)化系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，如何推動(dòng)我國(guó)工業(yè)水自動(dòng)化的發(fā)展，對(duì)我國(guó)工業(yè)節(jié)能減排具有重要意義。

1、以太網(wǎng)技術(shù)概述

IEEE802.3系列標(biāo)準(zhǔn)是以太網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)生的基礎(chǔ)，以太網(wǎng)技術(shù)的產(chǎn)生是通過(guò)CSMA/CD（載波偵聽多路訪問(wèn)技術(shù)）在共享媒體中進(jìn)行控制及訪問(wèn)而形成的一種局域網(wǎng)技術(shù)。以太網(wǎng)技術(shù)在上世紀(jì)八十年代不斷發(fā)展至今，其轉(zhuǎn)換形式由最初的共享性發(fā)展為至今的交換型，全雙工以太網(wǎng)技術(shù)也因此應(yīng)運(yùn)而生，而且其數(shù)據(jù)傳輸率也從原來(lái)的10M比特每秒提高到10G比特每秒。以太網(wǎng)的傳輸媒體也從最早的同軸電纜進(jìn)行不斷發(fā)展成至今的光纜。以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也發(fā)生了巨大的變化，如今的以太網(wǎng)呈現(xiàn)星型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展使得以太網(wǎng)技術(shù)更加成熟，帶寬得到了千百倍的提升，以太網(wǎng)技術(shù)的系統(tǒng)覆蓋范圍也隨著廣泛的應(yīng)用得到了巨大的增長(zhǎng)。

2、水處理自動(dòng)系統(tǒng)

水處理自動(dòng)系統(tǒng)由控制設(shè)備、信號(hào)采集設(shè)備、人機(jī)界面與操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)保護(hù)系統(tǒng)以及工藝設(shè)備系統(tǒng)等組成。控制設(shè)備指的是水處理控制系統(tǒng)的變頻器、可編程控制，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)回路進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的開啟等操作；信號(hào)采集系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)水利系統(tǒng)的設(shè)備參數(shù)進(jìn)行處理，通過(guò)分析調(diào)頻器和PLC的數(shù)據(jù)信息，從而確保整個(gè)系統(tǒng)有效運(yùn)行；人機(jī)界面和操作系統(tǒng)密不可分，工作人員通過(guò)儀表、系統(tǒng)開關(guān)對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作，然后通過(guò)人機(jī)界面確定操作系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，人機(jī)界面和操作系統(tǒng)是整個(gè)水處理系統(tǒng)的主干，支撐整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行；保護(hù)系統(tǒng)對(duì)整個(gè)水處理自動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，一旦水處理系統(tǒng)出現(xiàn)故障，保護(hù)系統(tǒng)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)發(fā)出報(bào)警，避免故障影響到整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)；設(shè)備工藝系統(tǒng)指的是企業(yè)按照相關(guān)需求，對(duì)水進(jìn)行處理，以達(dá)到用戶的需求。一整套工藝系統(tǒng)設(shè)備包括水質(zhì)檢測(cè)設(shè)備，加藥設(shè)備，濾池反沖洗和過(guò)濾設(shè)備，送水水泵電機(jī)設(shè)備等。

3、以太網(wǎng)技術(shù)與水處理自動(dòng)化的融合途徑

3.1 以太網(wǎng)技術(shù)在水處理自動(dòng)化中可靠性方面的融合

水處理自動(dòng)化的可靠性設(shè)計(jì)十分必要，如果不能滿足可靠性需要，水處理自動(dòng)化系統(tǒng)便不能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境，增加了水處理自動(dòng)化系統(tǒng)在運(yùn)行中的安全隱患。因此，以太網(wǎng)技術(shù)在水處理自動(dòng)中可靠性的融合就顯得十分必要，水處理自動(dòng)化系統(tǒng)要求具備良好的可靠性、可維護(hù)性及可恢復(fù)性。可靠性設(shè)計(jì)是為了對(duì)平均無(wú)故障時(shí)間的增加，對(duì)平均故障修復(fù)時(shí)間的減少設(shè)計(jì)，因此，在對(duì)水處理自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一定要選擇平均無(wú)故障時(shí)間高的產(chǎn)品，并且能夠?qū)崿F(xiàn)在最短的時(shí)間內(nèi)對(duì)故障進(jìn)行修復(fù)。可靠性設(shè)計(jì)還要確保可恢復(fù)性能的提升，利用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)提升水處理自動(dòng)化系統(tǒng)的可恢復(fù)性能。

3.2 以太網(wǎng)技術(shù)在水處理自動(dòng)化中實(shí)時(shí)性方面的融合

水處理自動(dòng)化系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，一旦網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷過(guò)大，就會(huì)增加系統(tǒng)的不確定性，使其在實(shí)時(shí)控制的要求增加了不確定性。而以太網(wǎng)技術(shù)在實(shí)時(shí)性方面的融合能有效減少這種問(wèn)題，以太網(wǎng)技術(shù)隨著近些年來(lái)的迅猛發(fā)展，創(chuàng)新出了全雙工通信、流量控制、自動(dòng)負(fù)載平衡、服務(wù)質(zhì)量、交換技術(shù)、自動(dòng)協(xié)商等新型的科學(xué)技術(shù)，使得以太網(wǎng)技術(shù)的傳輸速率千百倍的提升，進(jìn)而使得水處理自動(dòng)化中的實(shí)時(shí)性問(wèn)題得以良好的解決，提升了水處理自動(dòng)化的實(shí)時(shí)性控制。

3.3 以太網(wǎng)技術(shù)在水處理自動(dòng)化中安全性方面的融合

以太網(wǎng)技術(shù)在水處理自動(dòng)化系統(tǒng)中的主要目的，就是為了提升系統(tǒng)的安全性要求。由于系統(tǒng)可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，而進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接就必然存在一定的安全隱患。因此，以太網(wǎng)技術(shù)在安全性方面的設(shè)計(jì)主要是對(duì)本質(zhì)安全及網(wǎng)絡(luò)信息安全方面上入手，以此來(lái)提升水處理自動(dòng)化的安全性能。

3.4 線以太網(wǎng)在自來(lái)水廠的應(yīng)用

該自來(lái)水與取水泵站相隔幾公里，因此，水泵站通過(guò)微波通信與自來(lái)水廠組成無(wú)線以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)無(wú)線以太網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)自來(lái)水廠的兩大功能：（1）PLC系統(tǒng)之間通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸；（2）用于生產(chǎn)調(diào)度通信系統(tǒng)，為水廠的生產(chǎn)調(diào)度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控和IP數(shù)據(jù)的傳輸。這樣水廠不但可以及時(shí)了解取水泵站水泵的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，而且水廠的值班人員通過(guò)IP直接進(jìn)行傳話，傳達(dá)生產(chǎn)調(diào)度命令，大大降低了生產(chǎn)的成本。

結(jié)語(yǔ)：

本文通過(guò)對(duì)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展背景做出了分析，并對(duì)以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的概述，提出了以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本特點(diǎn)，明確了其在水處理自動(dòng)化領(lǐng)域的相關(guān)優(yōu)勢(shì)，并總結(jié)出了以太網(wǎng)技術(shù)在水處理自動(dòng)化上的融合途徑，通過(guò)對(duì)水處理自動(dòng)化中的實(shí)時(shí)性、可靠性及安全性等方面的融合與應(yīng)用，使水處理自動(dòng)化的實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性問(wèn)題都得以良好的解決，從而實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)技術(shù)在水處理自動(dòng)化中的應(yīng)用，確保了水處理自動(dòng)化向著更加先進(jìn)、科學(xué)的方向上進(jìn)行發(fā)展，使我國(guó)在水處理自動(dòng)化領(lǐng)域中的技術(shù)水平得以大幅度提高。