前言

    中國水資源人均占有量少，空間分布不平衡。隨著(zhù)中國城市化、工業(yè)化的加速，水資源的需求缺口也日益增大。因而，保護有限的水資源、增加水資源的循環(huán)利用，越來(lái)越受到企業(yè)和社會(huì )的重視。在這樣的背景下，污水處理行業(yè)成為新興產(chǎn)業(yè)，目前與自來(lái)水生產(chǎn)、供水、排水、中水回用行業(yè)處于同等重要地位。污水由兩個(gè)部分組成，一部分是生產(chǎn)廢水，一部分是生活污水。生產(chǎn)廢水主要是來(lái)自于電爐煉鋼，釓鋼，化工廠(chǎng)等一些大型的用水工業(yè)工廠(chǎng)。

    目前，全國661個(gè)設市城市中，已有383個(gè)城市建成污水處理廠(chǎng)792座，其中，有135個(gè)城市的污水處理率已達到或接近70％，單廠(chǎng)處理規模達到每天100萬(wàn)立方米。雖然由于國家和各級政府對環(huán)境保護重視程度的不斷提高，中國污水處理行業(yè)正在快速增長(cháng)，城鎮污水處理率不斷提高，但目前中國污水處理行業(yè)仍處于發(fā)展的初級階段。

1 傳感器成為工業(yè)污水處理的眼睛

    污水處理過(guò)程的監視與控制系統由模型、傳感器、局部調節器和上位監控策略等4個(gè)部分組成。其中，傳感器是污水處理廠(chǎng)監控系統中最重要也是最基礎的環(huán)節。日益嚴格的污水排放標準導致了污水處理工藝流程和裝備的復雜化。同時(shí)，這對用于污水處理過(guò)程監視與控制的傳感器的性能，也提出了更高的要求，促進(jìn)了污水處理領(lǐng)域傳感器技術(shù)的發(fā)展。由此，一些適用于污水處理過(guò)程的新型傳感器相繼問(wèn)世。污水處理過(guò)程中所涉及的儀器儀表種類(lèi)繁多，多數傳感器是污水處理過(guò)程所特有的，可分別應用于不同的場(chǎng)合，因為這些專(zhuān)用的傳感器收集的信號將反應一個(gè)或多個(gè)特定變量的狀態(tài)信息變化?？梢钥陀^(guān)地說(shuō)，傳感器將成為工業(yè)污水處理的眼睛。

2 工業(yè)水處理廠(chǎng)問(wèn)題

    由于傳感器在工業(yè)污水處理中有著(zhù)舉足輕重的作用，因此傳感器的布局相當重要。工業(yè)水處理的規模相當大，一般都經(jīng)過(guò)幾道工序，如果粗分可分為：預處理工序、水解酸化工序、SBR工序、接觸氧化工序、污泥脫水工序，細分又可分為：粗格柵及污水提升泵、細格柵、曝氣沉砂池、生化池、集配水井、終沉池、濾池、消毒渠等。一個(gè)中型的水處理廠(chǎng)都要占地幾十畝到幾百畝的水池用地，在這么大的區域內，為了采集放置于污水中傳感器的模擬量數據，需要布置很長(cháng)的數據線(xiàn)，同時(shí)考慮到信號的穩定，有時(shí)還需要采用屏蔽電纜線(xiàn)。開(kāi)溝布線(xiàn)和采用高性能導線(xiàn)所帶來(lái)的成本將占據很大一部分工程預算，極大地制約了水處理廠(chǎng)的發(fā)展。

3 DX70無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統成為工業(yè)污水處理的視覺(jué)神經(jīng)

    針對于此，邦納公司推出的DX70無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統，能夠很好地應對水處理行業(yè)中的應用需求。
     
                               圖1   Banner DX70無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統

    當污水經(jīng)過(guò)一道道的工序進(jìn)入相應的處理池中時(shí)，首先由各種監測儀表（包括溫度、壓力、液位、流量、pH值、電導率、懸浮固體等傳感器）將污水的相關(guān)值進(jìn)行采集，這些監測儀表將接入邦納DX70無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統的節點(diǎn)，隨后DX70無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統節點(diǎn)將采集的模擬量數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波發(fā)送到網(wǎng)關(guān)，然后網(wǎng)關(guān)將數據傳輸到主控PLC或計算機系統，實(shí)現對污水處理過(guò)程的全程監測和控制。

    邦納無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)，使遠程信號采集和多點(diǎn)監測測量成為可能，大大方便了污水處理過(guò)程監視的實(shí)施。無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)與傳統有線(xiàn)系統相比，具有很大潛力。水處理工廠(chǎng)由于地理的限制和污水的限制，使得布線(xiàn)成為一個(gè)很大的難關(guān)，在某些塔式藥劑投放地點(diǎn)，根本不可能實(shí)現布線(xiàn)來(lái)采集數據，而此時(shí)，無(wú)線(xiàn)系統就可以發(fā)揮關(guān)鍵的作用。邦納的DX70無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統給予用戶(hù)的既是成本上的節省和又是實(shí)施時(shí)間上的便利。

                            圖2   DX70無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統接線(xiàn)圖

    DX70 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統可將現場(chǎng)離散傳感器信號通過(guò)節點(diǎn)傳輸到控制室的的網(wǎng)關(guān)?？梢灾С指鞣N傳感器的輸入，如開(kāi)關(guān)量、模擬量、熱電偶等信號。采用跳頻擴頻技術(shù)（FHSS），抗干擾性能好。SureCross節點(diǎn)可連接液位、PH值、電導率和流量等各種模擬量信號,而這些模擬量信號分散在水處理廠(chǎng)的不同的地方，節點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)關(guān)將數據發(fā)送到中央控制中心，DX70的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統解決了污水處理廠(chǎng)環(huán)境的障礙、資源的影響等因素，明副其實(shí)地成為了連接分布在污水處理各個(gè)環(huán)節傳感器眼睛的視覺(jué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )系統。

                               圖3   DX70無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的現場(chǎng)使用圖

4 邦納無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統拓撲

    無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統網(wǎng)關(guān)作為主設備擔負著(zhù)各個(gè)節點(diǎn)的輸入輸出間的映射關(guān)系和控制，同時(shí)與上位系統進(jìn)行通訊，實(shí)現數據交換。節點(diǎn)負責現場(chǎng)數據的采集，并發(fā)送往網(wǎng)關(guān)。節點(diǎn)數量可靈活配置。

               
                               圖4   星型網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

    如圖4所示，采用星型網(wǎng)絡(luò )拓撲技術(shù)， 如一個(gè)網(wǎng)關(guān)及15個(gè)節點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)與各節點(diǎn)實(shí)行雙向通訊。

   

                                             圖5

    如圖5所示，網(wǎng)關(guān)作為主設備擔負著(zhù)各個(gè)節點(diǎn)的輸入輸出間的映射關(guān)系和控制，同時(shí)與上位系統進(jìn)行通訊，實(shí)現數據交換。

    支持的通訊協(xié)議有：

   （1）RS-485 Modbus RTU；
   （2）Modbus TCP；
   （3）Ethernet IP。

    節點(diǎn)負責現場(chǎng)數據的采集，并發(fā)送往網(wǎng)關(guān)。節點(diǎn)數量可靈活配置。

5 邦納無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統的技術(shù)參數

   （1）Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) 無(wú)線(xiàn)電跳頻擴頻以及Time Division Multiple Access (TDMA)時(shí)分多址控制架構的技術(shù)結合, 抗干擾強；
   （2） 無(wú)線(xiàn)工業(yè)級I/O 系統, 4 路開(kāi)關(guān)量I/O, 2路模擬量I/O, 連接信號丟失輸出；
   （3） 網(wǎng)關(guān)與節點(diǎn)為雙向數據傳輸, 包括數據傳輸的應答；
   （4） 堅固的外殼, 防護等級為IP67；
   （5） 即插即用；
   （6） 2.4 GHz 頻率；
   （7） 內建信號強度指示；
   （8） 內置或外置天線(xiàn)可選, 天線(xiàn)種類(lèi)繁多；
   （9） 超遠距離3.2 km。

6 總結

   邦納DX70無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統在實(shí)際中的應用中，適用于各種已有的傳感器安裝，減少了布線(xiàn)距離增加的成本，解決了現場(chǎng)布線(xiàn)障礙 (高架橋路, 橋梁, 河流…)及生產(chǎn)中斷或是在室外工作的限制，并且解決了需要耗時(shí)耗力的布線(xiàn)及現場(chǎng)的環(huán)境如灰塵等問(wèn)題。該產(chǎn)品可以應用到許多行業(yè)及自動(dòng)化領(lǐng)域的多種信號輸入輸出而無(wú)需布線(xiàn)的場(chǎng)合。DX70無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統的出現，將為國內傳感器市場(chǎng)帶來(lái)更為廣泛、高效的產(chǎn)品應用。

   據有關(guān)機構統計，使用無(wú)線(xiàn)傳感器和使用有線(xiàn)傳感器相比，在應用條件和輸出結果相同的情況下，總體的應用成本后者將是前者的3倍。因為有線(xiàn)不可避免布線(xiàn)和開(kāi)槽這些常規操作，而無(wú)線(xiàn)的傳感器將更為自由、方便地使用。相信，隨著(zhù)應用理念的提升，更具性?xún)r(jià)比和實(shí)用性的無(wú)線(xiàn)傳感器將會(huì )被越來(lái)越多的國內企業(yè)所接受。