金屬冶煉廢水處理自動化控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

方俊宇

（衢州華友鈷新材料有限公司，浙江 衢州 324000）

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，礦山開采、金屬冶煉、金屬部件加工等各種金屬工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，各行業(yè)對金屬原料的需求也在不斷增加。大規(guī)模的金屬冶煉致使金屬污水排放量與日俱增，各類污染現(xiàn)象也不斷加劇?，F(xiàn)有的廢水在線監(jiān)控系統(tǒng)，只能單純上傳相關(guān)數(shù)據(jù)，不能對數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)也只能做到原始的數(shù)據(jù)顯示，廢水依然被排放。此外，現(xiàn)存的數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)僅僅可以提供日常觀察和污水顯示，沒有故障報警系統(tǒng)，后期維護困難，也不能自動上傳日志報告，需要系統(tǒng)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(tǒng)，實時檢測污水情況，上傳可靠數(shù)據(jù)，減少重金屬對自然水質(zhì)生態(tài)的危害[1]。

1 自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本次設計的廢水自動化控制系統(tǒng)主要分為上端平臺和基礎(chǔ)端兩部分。

上端平臺和基礎(chǔ)端之間通訊采用了hj212的擴展協(xié)議，內(nèi)部各層之間的傳輸選擇TCP協(xié)議，所有聯(lián)通協(xié)議均為雙線直接聯(lián)通并與公共網(wǎng)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(chǔ)端設立在冶煉廢水的排放出口現(xiàn)場。其主要功能在于實時監(jiān)控冶煉廢水排放量和廢水污染源情況，并與上位機進行數(shù)據(jù)通訊和資料傳輸。監(jiān)控設備包括美國生產(chǎn)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(xiàn)場工況控制器等。

上端平臺系統(tǒng)主要的作用在于接收基礎(chǔ)端發(fā)回的檢測數(shù)據(jù)和服務請求，包括數(shù)據(jù)接收端、WEB網(wǎng)絡頁面服務器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)端三部分。所有軟件數(shù)據(jù)研發(fā)均使用SQL2015版后臺數(shù)據(jù)庫，并與移動平臺對接。

2 自動控制系統(tǒng)硬件設計

2.1 基礎(chǔ)端硬件設計

在自動控制系統(tǒng)基礎(chǔ)端設計中，本次設計革命性的將PLC控制程序置入基礎(chǔ)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(wěn)定性，但是基礎(chǔ)端工控機邏輯運算能力突出，兩種技術(shù)融合后，可以更好的對后續(xù)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(shù)據(jù)傳輸、顯示、系統(tǒng)通訊等服務可以使用工控機管理。

2.2 基礎(chǔ)端軟件設計

基礎(chǔ)端監(jiān)控軟件整體采用了組態(tài)軟件和監(jiān)控系統(tǒng)共存的架構(gòu)方式，其優(yōu)點在于組態(tài)軟件可以確保程序細節(jié)整合度，降低軟件開發(fā)技術(shù)門檻，通過不斷調(diào)配，以“蓋房子”的方式進行完整的系統(tǒng)設計，將檢測素材進行完美整合。

根據(jù)實際檢測，系統(tǒng)軟件集成的監(jiān)控設備采用的協(xié)議具有多樣性特征，通過內(nèi)設的組態(tài)軟件，可以實時模擬通用協(xié)議，但是對于基礎(chǔ)端一些大型硬件設備設定的廠商自定義專用協(xié)議，需要利用組態(tài)軟件和開發(fā)商專用協(xié)議雙層驅(qū)動集合的方式，不僅提高了開發(fā)成本，在實際應用中，也會出現(xiàn)不兼容情況。針對這類情況，基礎(chǔ)端的監(jiān)控軟件在開發(fā)過程中，結(jié)合了組態(tài)軟件自身優(yōu)勢和高級語言的開發(fā)優(yōu)勢，進行架構(gòu)重組，也就是說用組態(tài)原件開發(fā)用戶監(jiān)控界面，用高級編程語言進行程序協(xié)議轉(zhuǎn)換開發(fā)。兩者對應的基礎(chǔ)端模塊為Tk Monitor軟件模塊和Tk Transfer軟件模塊，具體開發(fā)方式見表1。

表1 模塊開發(fā)方式表

在基礎(chǔ)端工控機上設置的Tk Transfer模塊具有多種數(shù)據(jù)接口，各個接口接收到的數(shù)據(jù)協(xié)議可以將連接的不同基礎(chǔ)端設備協(xié)議解析后，重新分解并轉(zhuǎn)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(xié)議量，兼容預設協(xié)議對污染因子控制數(shù)據(jù)的原本協(xié)議，在此基礎(chǔ)上，可以擴充設備自動檢測功能和周圍工況監(jiān)督數(shù)據(jù)分析功能，從而提高數(shù)據(jù)時效性。表2為基礎(chǔ)端軟件和系統(tǒng)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(zhì)是一個傳輸終端，其主要設計內(nèi)容有以下幾點：一是采用污水樣本資料錄入和在線狀態(tài)實時檢測的方式，進行污水檢測數(shù)據(jù)的實時判斷。二是對終端數(shù)據(jù)庫進行三端加密，數(shù)據(jù)庫管理員具有最高權(quán)限，可以刪改上傳信息，其他人員進行權(quán)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(tǒng)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(xiāng)市某大型氣泵加工廠為樣本進行系統(tǒng)應用。根據(jù)實際應用，可以確定本次設計的廢水處理自動化控制系統(tǒng)主要具備以下功能：金屬污水判別。該系統(tǒng)的自檢功能可以實時監(jiān)控污水池內(nèi)污水情況，對污水進行污染因子濃度檢測分析，并將檢測結(jié)果報告上傳至上端平臺；金屬廢水控制。該系統(tǒng)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(tǒng)。該系統(tǒng)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(jié)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(tǒng)，相比較傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)做到基礎(chǔ)端設備集成化管理，支持自動檢測、自動控制、數(shù)據(jù)日志自動上傳，解決了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)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(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]．電鍍與環(huán)保,2016,36(2)：39-42．

[2]江甫．企業(yè)廢水監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]．水能經(jīng)濟,2016,18(6)：343-343．