金屬冶煉廢水處理自動化控制系統的設計與實現

方俊宇

（衢州華友鈷新材料有限公司，浙江 衢州 324000）

隨著現代工業的不斷發展，礦山開采、金屬冶煉、金屬部件加工等各種金屬工業生產規模不斷擴大，各行業對金屬原料的需求也在不斷增加。大規模的金屬冶煉致使金屬污水排放量與日俱增，各類污染現象也不斷加劇。現有的廢水在線監控系統，只能單純上傳相關數據，不能對數據背后的冶煉廢水做出有效評價，即便確定冶煉廢水污染物超標，數據監測系統也只能做到原始的數據顯示，廢水依然被排放。此外，現存的數據監測系統僅僅可以提供日常觀察和污水顯示，沒有故障報警系統，后期維護困難，也不能自動上傳日志報告，需要系統工作人員進行手工上傳和人工報送，耗費人力物力。因此，必須全力設計新的金屬冶煉廢水處理自動化控制系統，實時檢測污水情況，上傳可靠數據，減少重金屬對自然水質生態的危害[1]。

1 自動控制系統結構

本次設計的廢水自動化控制系統主要分為上端平臺和基礎端兩部分。

上端平臺和基礎端之間通訊采用了hj212的擴展協議，內部各層之間的傳輸選擇TCP協議，所有聯通協議均為雙線直接聯通并與公共網絡相連。通過UDP加上平臺通訊，最終集成移動平臺，并支持移動辦公[2]。

基礎端設立在冶煉廢水的排放出口現場。其主要功能在于實時監控冶煉廢水排放量和廢水污染源情況，并與上位機進行數據通訊和資料傳輸。監控設備包括美國生產的兩臺六價金屬元素污染檢測儀、CDPP污水自動分析檢測儀、石磷自動檢測儀，污水自動等比例采樣儀、污水流量計和現場工況控制器等。

上端平臺系統主要的作用在于接收基礎端發回的檢測數據和服務請求，包括數據接收端、WEB網絡頁面服務器、數據轉發端三部分。所有軟件數據研發均使用SQL2015版后臺數據庫，并與移動平臺對接。

2 自動控制系統硬件設計

2.1 基礎端硬件設計

在自動控制系統基礎端設計中，本次設計革命性的將PLC控制程序置入基礎端工控機，進行控制整合。事實證明PLC控制程序具有更強大的運行穩定性，但是基礎端工控機邏輯運算能力突出，兩種技術融合后，可以更好的對后續控制進行合理劃分，對于需要高強邏輯操控的設備利用PLC程序控制，而數據傳輸、顯示、系統通訊等服務可以使用工控機管理。

2.2 基礎端軟件設計

基礎端監控軟件整體采用了組態軟件和監控系統共存的架構方式，其優點在于組態軟件可以確保程序細節整合度，降低軟件開發技術門檻，通過不斷調配，以“蓋房子”的方式進行完整的系統設計，將檢測素材進行完美整合。

根據實際檢測，系統軟件集成的監控設備采用的協議具有多樣性特征，通過內設的組態軟件，可以實時模擬通用協議，但是對于基礎端一些大型硬件設備設定的廠商自定義專用協議，需要利用組態軟件和開發商專用協議雙層驅動集合的方式，不僅提高了開發成本，在實際應用中，也會出現不兼容情況。針對這類情況，基礎端的監控軟件在開發過程中，結合了組態軟件自身優勢和高級語言的開發優勢，進行架構重組，也就是說用組態原件開發用戶監控界面，用高級編程語言進行程序協議轉換開發。兩者對應的基礎端模塊為Tk Monitor軟件模塊和Tk Transfer軟件模塊，具體開發方式見表1。

表1 模塊開發方式表

在基礎端工控機上設置的Tk Transfer模塊具有多種數據接口，各個接口接收到的數據協議可以將連接的不同基礎端設備協議解析后，重新分解并轉換成標準設備。輸出方式可以分為兩種，一是通過標準路徑傳輸，并且進入工控機另一接口，另一種是通過擴大HJT212的傳輸協議量，兼容預設協議對污染因子控制數據的原本協議，在此基礎上，可以擴充設備自動檢測功能和周圍工況監督數據分析功能，從而提高數據時效性。表2為基礎端軟件和系統硬件接口方式列表：

表2 接口方式表

2.3 上端平臺設計

上端平臺的本質是一個傳輸終端，其主要設計內容有以下幾點：一是采用污水樣本資料錄入和在線狀態實時檢測的方式，進行污水檢測數據的實時判斷。二是對終端數據庫進行三端加密，數據庫管理員具有最高權限，可以刪改上傳信息，其他人員進行權限分層管理。此外，上端平臺采取了分布式設計方法，對于污水處理樣本可以進行預處理服務，平臺之間的傳輸，也可以達到10M/S。

3 實驗驗證分析

為了檢測整套金屬冶煉廢水處理自動化控制系統是否具備控制功能，特進行實際應用實驗。以我國河南省新鄉市某大型氣泵加工廠為樣本進行系統應用。根據實際應用，可以確定本次設計的廢水處理自動化控制系統主要具備以下功能：金屬污水判別。該系統的自檢功能可以實時監控污水池內污水情況，對污水進行污染因子濃度檢測分析，并將檢測結果報告上傳至上端平臺；金屬廢水控制。該系統可以智能化控制污水處理過程中各個位置閥門，實踐真正自動化控制；機器故障報警系統。該系統支持操控者提前設立PH值閾值，如果金屬廢水超過閾值范圍，機器自動報警。

4 結語

本次研究設計了一種對金屬冶煉廢水處理的自動化控制系統，相比較傳統控制系統，該系統做到基礎端設備集成化管理，支持自動檢測、自動控制、數據日志自動上傳，解決了傳統控制系統的缺陷，可以投入使用。

[1]黃玉萍,楊懷磊．電鍍廢水處理自動化控制系統的設計與實現[J]．電鍍與環保,2016,36(2)：39-42．

[2]江甫．企業廢水監控系統的設計與實現[J]．水能經濟,2016,18(6)：343-343．